Diferencias entre Reguladores Lineales Reguladores conmutados y Reguladores en Serie

1.Reguladores lineales vs. Reguladores conmutados

Un regulador lineal requiere una tensión de entrada superior a su tensión de salida. Maneja la diferencia entre las tensiones de entrada y salida—conocida como tensión de caída—variando la impedancia de su elemento regulador interno (como un transistor).

Piensa en un regulador lineal como un “experto en control de tensión” preciso. Cuando se enfrenta a una tensión de entrada excesiva, actúa decisivamente “recortando” la parte que excede el nivel de salida deseado, asegurando que la tensión de salida permanezca constante. La tensión excedente que se “recorta” se disipa finalmente como calor, manteniendo una salida estable.

En términos de configuración del circuito, un regulador lineal en serie típico utiliza un amplificador de error, una fuente de tensión de referencia y un transistor de paso para formar un sistema de retroalimentación cerrada que monitorea y corrige continuamente la tensión de salida en tiempo real.

Los reguladores lineales incluyen principalmente reguladores de tres terminales y reguladores LDO (Low Dropout). El primero utiliza una arquitectura convencional que requiere una diferencia de tensión de entrada a salida relativamente grande (típicamente ≥2 V), lo que resulta en una eficiencia menor, y es adecuado para aplicaciones de mediana a alta potencia. En contraste, los reguladores LDO están optimizados para una tensión de caída mínima (tan baja como 0.1 V), lo que los hace ideales para escenarios donde las tensiones de entrada y salida son cercanas—como en dispositivos alimentados por batería—aunque se requiere un diseño térmico cuidadoso.

La figura 1 ilustra los principios de funcionamiento de los reguladores lineales y conmutados.

Por otro lado, los reguladores conmutados controlan el tiempo de conducción y apagado de interruptores de potencia (por ejemplo, MOSFETs) para ajustar el ciclo de trabajo de la transferencia de energía. La tensión de entrada se convierte entonces en una tensión de salida promedio estable a través del almacenamiento y filtrado de energía por inductores y capacitores.

Su característica central es la regulación “tipo cortador”: la tensión de entrada se corta a alta frecuencia, y la energía entregada a la salida se controla ajustando el ciclo de trabajo del interruptor. Este enfoque logra una eficiencia significativamente mayor en comparación con los reguladores lineales.

Las topologías comunes de reguladores conmutados incluyen Buck (reductor), Boost (elevador) y otras, soportando rangos de tensión de entrada amplios y siendo adecuados para aplicaciones de alta potencia o entornos con fluctuaciones significativas de la tensión de entrada.

La figura 2 proporciona una comparación entre reguladores lineales y conmutados. Puedes seleccionar el tipo apropiado según tus necesidades específicas: elige un regulador lineal cuando la prioridad sea un bajo ruido y simplicidad del circuito; opta por un regulador conmutado cuando se requiera alta eficiencia y entrega de alta potencia.

2.Reguladores de voltaje en serie

Un regulador de voltaje en serie se coloca entre la fuente de alimentación y la carga, actuando como un preciso “guardián de regulación de voltaje”. Su principio de funcionamiento implica ajustar dinámicamente la resistencia de un resistor variable en respuesta a los cambios en el voltaje de entrada o la corriente de salida, manteniendo así el voltaje de salida en un valor estable y preestablecido.

En la tecnología electrónica moderna, los CI de reguladores en serie utilizan dispositivos activos, como MOSFETs o transistores de unión bipolar (BJTs), para reemplazar elegantemente los resistores variables tradicionales, mejorando significativamente el rendimiento y la confiabilidad del regulador.

La configuración del circuito de un regulador de voltaje en serie es precisa y bien estructurada, compuesta principalmente por los siguientes cuatro componentes principales:

● Transistor de salida: Conectado en serie entre los pines de entrada y salida del regulador, actúa como un puente que conecta la fuente de alimentación aguas arriba y la carga aguas abajo. Cuando ocurren fluctuaciones en el voltaje de entrada o la corriente de salida, la señal del amplificador de error controla con precisión el voltaje de la puerta (para MOSFETs) o la corriente de base (para BJTs) de este transistor.

● Fuente de voltaje de referencia: Sirve como el punto de referencia estable para el amplificador de error, desempeñando un papel crítico. El amplificador de error depende de esta referencia fija para regular con precisión la puerta o la base del transistor de salida, asegurando así un voltaje de salida estable.

● Resistencias de retroalimentación: Estas resistencias dividen el voltaje de salida para generar un voltaje de retroalimentación. El amplificador de error compara este voltaje de retroalimentación con el voltaje de referencia para lograr una regulación de salida precisa. Las dos resistencias de retroalimentación están conectadas en serie entre los pines VOUT y GND, y el voltaje en su punto medio se alimenta al amplificador de error.

● Amplificador de error: Funcionando como el “cerebro inteligente” del regulador en serie, el amplificador de error compara cuidadosamente el voltaje de retroalimentación (es decir, el voltaje en el punto medio del divisor de resistencias de retroalimentación) con el voltaje de referencia. Si el voltaje de retroalimentación cae por debajo del voltaje de referencia, el amplificador de error aumenta la fuerza de conducción al MOSFET, reduciendo su voltaje drenador-fuente y elevando así el voltaje de salida. Por el contrario, si el voltaje de retroalimentación supera el voltaje de referencia, el amplificador reduce la fuerza de conducción del MOSFET, aumentando el voltaje drenador-fuente y disminuyendo el voltaje de salida en consecuencia.

En este artículo, hemos explorado más a fondo los principios de funcionamiento, las funciones y las configuraciones de circuito de varios tipos de reguladores de voltaje. En la próxima entrega, explicaremos el mecanismo de regulación dinámica de los reguladores lineales y aclararemos las diferencias entre los reguladores de tres terminales y los reguladores LDO (Low Dropout).