Circuitos de regulación de tensión y protección

Los circuitos de regulación de tensión están construidos mediante un transistor bipolar como elemento de control así como estar equipados de una protección que evita las sobre tensiones que puedan dañar a nuestro equipos.

Circuitos de regulación de tensión y protección en serie

El circuito de la figura 11.6.a es un sencillo regulador de tensión construido mediante un transistor bipolar; como elemento de control, y un referencia de tensión que proporciona la tensión de referencia y controla a ese transistor.

El funcionamiento de este circuito es el siguiente: si la tensión de salida (V_o) decrece; aumenta la tensión V_BE del transistor e incrementa su corriente lo que permite restaurar la tensión de salida. Por el contrario, si V_o aumenta, la disminución en la tensión V_BE hace disminuir a su vez la corriente del transistor cuyo efecto es intentar reducir la tensión de salida hasta restaurar V_o al valor deseado.

Una versión mejorada de este regulador y que se adapta al diagrama de bloques de la figura 11.2 se presenta en la figura 11.6.b. Está constituido por un referencia de tensión y un OA que controla al Darlington (Q₁ y Q₂ ) de potencia de salida. Los transistores de potencia tienen una V_BE(on) ≈ 1V y el valor de h_FE es generalmente mucho menor que los transistores BJT de baja potencia (a veces tan baja como 10).

Por esta razón, el elemento de regulación en serie se implementa generalmente con un par Darlington que ofrece una ganancia en intensidad alta, típicamente de 1000 o más.

En este circuito, el OA actúa como amplificador de error comparando la tensión de referencia (V_REF) obtenida a partir de un referencia de tensión con la obtenida a través de la red de realimentación formada por un R₁ y R₂ . Como en un OA ideal, V_n =V_p , la tensión de salida de este circuito es

Circuitos de protección

Circuitos de regulación de tensión están equipados con un circuito de protección cuyo propósito es limitar la corriente del elemento en serie (o incluso anularla). Los circuitos de protección se diseñan para estar inactivos bajo condiciones de operación normal y activarse tan pronto como se intente exceder el correspondiente límite de seguridad.

El propósito del circuito de protección contra sobrecarga es evitar que la corriente que circula por el transistor en serie exceda un nivel de seguridad predeterminado; como sucedería, por ejemplo, en el caso de cortocircuitar la salida.

La primera técnica, en su forma más simple, se implementa con otro transistor (Q₂) y una resistencia (R_SC ); según se indica en la figura 11.7.a. La función de R_SC es chequear el valor de I _E1 y desarrollar una caída de tensión de valor suficiente para hacer que el transistor de vigilancia Q₂; conduzca cuando I_E1 alcance un nivel predeterminado de seguridad, I_E1(max )=I_SC (figura 11·.7.b). Esto se consigue imponiendo la condición:

Incluso con este circuito de limitación de corriente, el transistor en serie se puede calentar excesivamente bajo condiciones de cortocircuito de larga duración. Por ello, se utiliza también la segunda técnica de protección contra sobrecarga, denominada limitación de corriente foldback basado en el circuito descrito en la figura 11.8.a.

La idea de la limitación foldback es reducir la corriente y la tensión de la carga cuando ocurren las condiciones de sobrecarga. En la figura 11.8.b se muestra la característica V o –I o típica de una fuente de alimentación con limitación foldback.

Una vez que se alcanza la corriente de carga máxima (I_FB), el voltaje de salida disminuye y la corriente de la carga se reduce. Esto reduce la disipación de potencia del regulador y del resto de los componentes
de la fuente de alimentación.

Bajo condiciones normales de carga, R₁ , R₂ y Q₂ no tienen efecto en la operación del circuito. Bajo condiciones de sobrecarga, la caída de tensión en R_SC hará que Q₂ conduzca; robando corriente de base a Q₁ y produciendo una disminución en la tensión de salida. La disminución de V_o reduce aún más la caída de tensión en R₁; haciendo que Q₂ se sature y reduciendo aún más la corriente y la tensión de la carga. Las intensidades I_FB e I_SC están dadas por las siguientes ecuaciones

La corriente de cortocircuito no debe ser muy pequeña; una buena elección es I_SC ≈I_FB /3. Las fuentes con limitación foldback se usan generalmente en aplicaciones de alta corriente.