Ideas de diseño: Alimentación

por Mario 15 enero, 2011, 3:33 pm 21 Comments

Cuando diseñamos un circuito electrónico siempre nos encontramos con la necesidad de adaptar una tensión principal de entrada a otras de menor o mayor valor según el tipo de desarrollo que estemos afrontando. Reguladores lineales fijos como los de la línea 78XX suelen ser la opción más habitual. Además, cuando las posibilidades lo permiten, los reguladores de bajo “drop-out” se presentan como una solución más optimizada. Si crecemos en complejidad, pasamos a convertidores DC-DC con niveles de eficiencia de más del 90%. Sin embargo, hay soluciones mucho más sencillas que, sin llegar a tener la eficiencia de un regulador concebido para esa función, nos abren la mente a nuevas posibilidades con componentes muy económicos. Diseñemos juntos: Alimentación de sub-circuitos.

Como la mayoría conoce, el universo de reguladores fijos (o variables) de tensión, integrados en un chip, es enorme. La oferta de posibilidades que se encuentra en la red suele incluso ocasionarnos confusión para determinar cuál es el modelo más apropiado para nuestras necesidades, según la tensión de entrada, la corriente que pueda manejar y la disponibilidad a futuro del componente empleado. No olvidemos que solo los componentes exitosos en ventas perduran en el tiempo. Si seleccionamos un elemento muy exótico puede que en un año o dos ya no exista en el mercado para reparaciones o futuras construcciones. Otro problema que se suma es la posibilidad de trabajar con altas tensiones de entrada, por ejemplo, con más de 40Volts. Con solo pasar unos pocos Volts, los reguladores convencionales alcanzan temperaturas de trabajo muy importantes, y en algunas oportunidades no hay disipador de temperatura que alcance para irradiar tanto calor generado por la diferencia de tensiones entre la entrada de alimentación y la salida regulada.

En el diseño que hoy te mostramos, la tensión “drop-out” del sistema es de apenas 0,1Volt (o menos) para corrientes de más de 500mA utilizando un transistor de propósitos generales, como puede ser el BC640. En el circuito mostrado abajo vemos que en el LED del optoacoplador existirá una diferencia de potencial de 1Volt (según el tipo de optoacoplador usado) y el resto de la tensión de salida estará determinada por la característica del diodo zener colocado en serie. Un sencillo diodo zener de baja corriente de trabajo le brinda al circuito un excelente desempeño aún con corrientes de regulación (hacia la carga) tan bajas como 1mA. Si hay necesidad de regular la tensión de salida para un circuito alimentado con una única batería de 1,2Volts, el zener puede eliminarse y el circuito regulará la tensión de salida a 1Volt, que es la mínima posible. Otra opción puede ser la de colocar un preset de más de 10K en serie con un zener de cualquier valor para tener de ese modo una fuente ajustable con base de tensión en el valor característico de funcionamiento del diodo zener.

Las posibilidades de creación se multiplican a medida que uno comienza a analizar el circuito y observa la cantidad de variables que puede usar, por ejemplo, LEDs. No solo tendríamos una indicación visual sino que agregaríamos valores definidos de tensión en rangos donde los zeners no son habituales. Por ejemplo, un LED rojo posee una caída de tensión característica de 1,8Volts que, sumados a la tensión del LED del optoacoplador, nos resulta en 2,8Volts de tensión regulada a la salida. Un sencillo diodo 1N4148 polarizado en directa nos permite llegar de manera muy sencilla a los 3,3Volts. También podemos utilizar diodos del tipo Schottky para obtener tensiones más ajustadas y hasta transistores BJT convencionales hasta lograr la tensión deseada en la salida.

Utilizando transistores de alto valor de tensión de trabajo Colector – Emisor, podemos crear a nuestra medida y conveniencia reguladores mucho más robustos y eficaces que los conocidos de la serie 78XX, con el beneficio de ahorrar espacios ya que no serán necesarios los disipadores de calor clásicos. Por supuesto, esta energía calórica que no se disipa al aire se traduce en un sistema más eficiente de alimentación. Otra posibilidad de trabajo sería utilizar como transistor serie un conjunto darlington para trabajar con altas corrientes. Sumando más variables, un transistor MOSFET de canal P puede brindarnos la solución eficaz que necesitamos.

La única condición funcional que el circuito debe mantener es la siguiente: la sumatoria de las tensiones en la rama del LED del optoacoplador siempre deberá ser inferior a la tensión de entrada de alimentación y deberá coincidir con los valores nominales que la carga necesite para un funcionamiento correcto. Por lo tanto, con muy pocos componentes, todos ellos muy baratos y con un diseño que admite decenas de posibles configuraciones, podemos lograr en cuestión de minutos una fuente de alimentación muy útil, optimizada a nuestras necesidades. En nuestro caso, los valores empleados para los ensayos nos brindaron niveles de regulación muy fáciles de alcanzar y muy sencillos de lograr en pocos pasos, como si se tratara de un rompecabezas para niños. Pocos componentes, poco espacio, poca disipación de temperatura, alta eficiencia con bajo “drop-out”, ¿qué más se puede pedir?

Fuente:EDN

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