En esta entrada vamos a construir una fuente de alimentación regulada para nuestros proyectos, que podremos integrar fácilmente en proyectos más grandes o utilizarla en una breadboard.

Vamos a ver dos fuentes de alimentación. La primera será con regulación lineal y se utilizará en proyectos que no necesiten demasiada corriente. La segunda será un regulador de conmutación, o switching regulator, con el que podremos utilizar proyectos que necesiten más corriente.

Pero, ¿qué alimentación es mejor para cada proyecto? Depende. Si se va a utilizar corriente muy pequeña, la diferencia entre las tensión de entrada y salida es baja o no preocupa desperdiciar energía, podremos utilizar un regulador lineal. Por el contrario, utilizaremos un switching regulator.

¿Cuál es la diferencia entre ambos?

La principal diferencia se basa en el modo de transformar la señal. Ambos circuitos utilizan amplificadores operacionales con feedback negativo. Cuando se alimenta con feedback negativo a un amplificador operacional, tratará de igualar las tensiones de sus dos entradas, por lo que conseguiremos que la tensión a la salida se modifique y vaya hacia la señal de referencia. Con esta salida (pin out del componente marcado como OP) se abrirá o cerrará el transistor, a través del pin 1, colocado en la entrada de Vin. Este transistor será normalmente del tipo NPN.

En el caso del regulador lineal, el transistor estará activo siempre que el circuito esté conectado, es por eso que producen gran cantidad de calor.

En el caso del switching regulator, no siempre estará encendido. A través de un oscilador, es decir, un dispositivo que genera una señal de onda cuadrada, se activará o desactivará el transistor operacional dependiendo de si es necesario subir o bajar la tensión para adecuar a la salida. Además, se añade un diodo y una bobina, donde se almacenará tensión cuando el transistor esté cerrado y se liberará cuando esté abierto. Este tipo de control, en el que no se está haciendo trabajar de manera continua al transistor genera mucho menos calor que el regulador lineal.

Ventajas e inconvenientes

Regulador lineal

En el caso del regulador lineal, tiene un precio muy bajo, y por muy poco dinero podemos tener una fuente de alimentación muy fiable. Es recomendable utilizar este tipo de reguladores cuando la corriente no es demasiado alta. Si la corriente es menor de 100 mA podremos utilizar este regulador sin disipador de calor, si es mayor convendrá utilizar un disipador para evitar sobrecalentamientos. Para calcular el calor que necesitamos disipar se utiliza la siguiente fórmula:

Q = (Vin – Vout)* I

Es decir, si queremos cargar nuestro terminal móvil con un cargador típico de 5 V – 1 A, y utilizamos una fuente de tensión de 12 V tendríamos:

Q = (12 – 5)* 1 = 7W

Lo que es bastante calor para no utilizar disipador. Además, podremos calcular la eficiencia del regulador de tensión con la formula:

η = Vin/Vout

Por lo que, si seguimos el ejemplo anterior, tendríamos:

η = Vout/Vin = 5/12 = 0,41667

Es decir, ¡una eficiencia del 41,667%! Esto no está nada bien.

Además, tenemos que tener en cuenta que la tensión necesaria a la entrada para asegurar que la salida será la deseada tiene que ser, normalmente, de 1,5 a 2 V mayor. Existen los reguladores de low drop voltage, es decir, de caída de tensión baja, que necesitan normalmente unos 0,5 V por encima de la tensión Vout deseada para funcionar, pero tienen otra serie de problemas. Con un regulador lineal normal tendríamos que utilizar al menos 6,5 o 7 V para hacerlo funcionar (η = 0,76923 o η = 0,71428) y en el caso de un low drop voltage al menos 5,5 V, lo que aumenta bastante la eficiencia (η = 0,90909).

Switching regulator

En el caso del switching regulator, el rendimiento que se obtiene depende de la tensión de alimentación y de la carga conectada a la salida, es decir, que queremos energizar utilizando el regulador. En la gráfica siguiente puede verse la eficiencia de la configuración Murata 7805SRH-C (que viene montado en un módulo):

En este caso, para una tensión de entrada de 12 V tendríamos una eficiencia del 87,5 al 90% (aproximadamente).

El precio de estas configuraciones es ligeramente más caro que un regulador lineal, pero soporta corrientes más altas sin sufrir sobrecalentamiento.

Por su sencillez, vamos a construir un regulador de voltaje lineal y utilizaremos una PCB para crear un pequeño módulo que podremos utilizar en nuestra breadboard, aunque podrás utilizar los mismos componentes sin soldarlos.