Reguladores integrados de tensión

RESUMEN DE REGULADORES

INTEGRADOS DE TENSIÓN

El propósito de todo regulador es convertir una tensión continua o alterna de entrada dada en una tensión continua de salida estable , y mantener dicha tensión dentro de amplias condiciones de carga . Dichos reguladores constan de :

* Elemento de Referencia ( proporciona un nivel de tensión estable ) :

Las variaciones de la Tensión de Referencia serán interpretadas como errores de la Tensión de Salida por el comparador , y harán que la Tensión de Salida varíe de acuerdo a dichos errores . La referencia debe ser lo más estable posible .-

* Elemento de Muestreo ( toma una muestra de la Salida del circuito ) :

Monitorea la Vo y la hace equivalente a un nivel igual al de la Vref para una determinada Vo antedicha . Los ð Vo harán que la tensión de realimentación varíe , superando o no a la Vref ( esta variación será la tensión de error con la cual el dispositivo tiende a estabilizarse ) .-

* Elemento Comparador ( o Amplificador de Error ) :

Monitorea la realimentación y proporciona la Ganancia para el nivel de error detectado . Su salida luego es tomada por el circuito de control para restablecer la nivelación de la tensión .-

* Elemento de Control ( proporciona la transformación de la Vin frente a distintas cargas ):

Este tipo de elemento varía según el tipo de regulador . Es el que determina la clasificación del tipo de regulador ( serie , paralelo , conmutación ) . Contribuye con un porcentaje pequeño al error total del regulador , pero influye en las características de su funcionamiento ya que afecta parámetros decisivos para dicho dispositivo ,-

- CLASES DE REGULADORES:

A) Regulador Serie :

Recibe esta denominación porque el elemento que controla la Vo esta en serie con la RL . Generalmente dicho elemento es un transistor . Las variaciones en la Vin producen una cambio en la resistencia equivalente del TR , donde el producto de la misma por la VL ó Vo , crea una Vd ( Tensión Diferencial ) que compensa los ð Vin .

Vo = Vin - Vd

Vd = IL . Rs ( resistencia equivalente del TR )

Vo = Vin - IL . Rs

- Para una entrada variable: ð Rs = ð Vin

IL

- Para una carga variable : ð Rs = ð IL . Rs

IL + ð lL

Si se utilizan corrientes elevadas , la caída de tensión sobre el TR será elevada , alcanzando una importante potencia de disipación . En estos casos se utiliza otro TR en cascada con el ya visto ( configuración D'Arlignton ) .-

b) Regulador Paralelo :

A través de un elemento paralelo , con lo cual nos dice que a través de corriente , dicho regulador controla las variaciones de Vin y RL . Donde :

Vo = Vin - l . Rs

l = IL - Iz

Vo = Vin - Rs . ( IL - Iz )

-Para unos ð IL : ð Iz = - ð IL

- Para unos ð Vin : ð Iz = ð Vin = Vo

Rz ð Rz

El regulador paralelo es menos sensible a las variaciones de la Vin , no refleja las pequeñas variaciones de la IL sobre la fuente y es inherente a prueba de cortocircuitos .-

c) Regulador de Conmutación o Switching :

Emplea una llave activa como elemento de control , la que se usa para muestrear la Vin en un determinado ciclo variable de acuerdo a la carga utilizada .

Se usa su filtro ( L-C ) para promediar la tensión vista a su entrada y entregar dicha tensión a la salida . Como el TR de paso está al Corte o a la Saturación , la Pdt que disipa es mínima . Esta configuración se utiliza para aplicaciones que incluyan grandes Vd de entrada / salida , o elevadas IL ( por ejemplo : elevadores , conversores , reductores o inversores ) .-

- PRINCIPALES FUENTES DE ERROR :

La constancia de la Vo dependerá aparte de la Vin , la RL y la temperatura , de los errores que puedan introducir todos los elementos que componen a un regulador integrado .

* Tipos de Referencia :

- Referencia con diodos Zener :

Simplemente Vz forma la Vref . Esta referencia es satisfactoria para tensiones de alimentación estables , no así para alimentaciones no reguladas . La inestabilidad , en este último caso , es producida por la Iz , que varía frente a las variaciones de la alimentación . Dichas variaciones provocan el cambio del valor de Vz .-

- Referencia con diodo Zener de Corriente Constante :

Posee el agregado de una fuente de corriente cte. , lo que reduce la impedancia del Zener al mínimo cuando está estabilizando .

Aquí , la Vref es relativamente independiente de la Vin . Además nos brinda una mejor estabilización térmica . Así mismo , tenemos que :

Vref = Vz + VBE 1

El único inconveniente que nos presenta esta configuración es que necesita una alimentación de 9 o más volts .-

- Referencia de Salto de Energía ( Band-Gap Reference ) :

Dicha referencia se desarrolla a partir de la VBE de los transistores integrados . La Vref se deriva de la tensión originada por un salto de energía en los TR integrados debido a su construcción con materiales semiconductores ( Vgo ( silicio) = 1,024 v - quiere decir que el potencial de Salto de Energía tiene ese valor - ).

La tensión de referencia será:

Vref = VBE 3 + l 2 . R 2

Los valores de R1 y R2 se eligen de manera de que las corrientes que circule por T1 y T2 sean diferentes ( l 1 = 10 . l 2 ) . Su diferencia provocará una diferencia en las VBE de ambos , cuya diferencia caerá sobre la R3 .

A través de un desarrollo matemático ( el cual lo omitiremos ) se evidenciará que la Vref se compensa de acuerdo con la temperatura .

Dicha configuración se utiliza para controlar Vref de aproximadamente 1,2 v .-

- Elemento de Muestreo :

Generalmente es una red divisoria resistiva R1/R2 la cual se determina por la relación entre la Vo y la Vref :

Vo = 1 + R1

Vref R2

Como la tensión que llega al terminal inversor del comparador ( V - ) , o sea la realimentación negativa , se determina por la relación de resistencias y no por su valor absoluto , si se varían R1 y/o R2 , no se influye en la exactitud del regulador .-

- Comparador :

Consiste en un A.O. al cual en la pata no inversora se le aplica la Vref , y en la inversora se le aplica un muestreo de la salida .

Este comparador determina el comportamiento del regulador de tensión . Al poseer parámetros de desviación ( Voffset ) , RRMC , impedancias de salida y coeficiente de temperatura , entre otros , la exactitud se ve afectada por factores como la temperatura , la RL o la alimentación que se le proporcione ( Vcc ) .

* Desviación ( Offset ) : La tensión de desbalance de entrada ( Vio ) es la tensión que se le debe aplicar al operacional para eliminar la Voffset de Salida .

La Vio es vista como una señal de error y hará que la salida responda ante dicha señal . Se compensa generalmente ajustando la red de muestreo ( o sea R1 y R2 ) . Tenemos que :

Vi = Vref - Vio - Vo . R2

R2 + R1

Entonces , despejamos Vo :

Vo = ( Vref - Vio ) . ( 1 + R1 )

R2

* Cambio de Desviación por la Temperatura :

Si eliminamos la desviación del regulador , obtendremos un regulador exacto , pero solo a una determinada temperatura . Como la Voffset varía de forma proporcional a la temperatura y también proporcionalmente a la Vio , al modificar la realimentación negativa en un regulador ajustable , no se reduce toda la desviación real .

Para mejorar parcialmente esta desviación se realiza el “nulling o puesta a cero “ del comparador , que en realidad estaríamos modificando la Vio del mismo , lo que corrige en lugar de compensar la desviación .-

* Variaciones de la Tensión de Alimentación :

Las Relaciones de Rechazo de Alimentación y de Modo Común son las causas principales de los errores en los reguladores , los cuales se introducen debido a la aplicación de una Vi no regulada .

En un Amplificador Diferencial Ideal , la Vo es solo función de la Vd . La Vc , que es el promedio de las V aplicadas a las entradas del Diferencial , con referencia a la M.V.D , varia si variamos las V+ o V - .

La RRMC es la relación entre la Ganancia de Tensión de Modo Diferencial y la Ganancia de Tensión de Modo Común :

RRMC = Avd

Avc

Avc = Avd

RRMC

La tensión de salida de Modo Común sería :

Voc = Vc . Avc = Vc . Avd

RRMC

Por lo tanto el error introducido será de + Vc

RRMC

Dicho error representa una desviación para el A.O. ; si se desprecia la desviación real , la Vo finalmente quedaría :

Vo = ( Vref + Vc ) . ( 1 + R1 )

RRMC R2

Solo aparecerá un error de modo Común , que disminuye si se utilizan fuentes de corriente cte. ; por lo tanto la Vo es solo función de la Vref y la ganancia del Comparador . Otro método sería regulando antes de alimentar el cto. la Vin , lo que genera un mejor comportamiento del Regulador de Tensión Integrado .-