Fuente de alimentacion parte 2 – Regulacion de voltaje

Pues bueno, antes que nada una disculpa por tardar tanto en darle seguimiento a este proyecto. No estan para saberlo ni yo para contarlo, pero entre trabajo y escuela se vuelve dificil tomar algo algo de tiempo para proyectos como este.  😛

En fin, regresemos a lo nuestro…

Despues de rectificar y filtrar el voltaje principal de la fuente, es necesario establecer la etapa de regulacion. Como recordaremos, la intencion de esta fuente es tener un voltaje variable que podamos controlar digitalmente.

Muchos recurren al clasico LM317 y para este proyecto el regulador mencionado tiene un inconveniente: regula a partir de 1.25V!!  y claro, no podriamos regular voltajes de 0.5V ó 1V (yo los he necesitado 😉 ) ademas de que cuando regulemos la corriente, necesitaremos poder regular desde 0V 🙂

Otra cosa que necesitamos es que la forma de regular el voltaje sea lo mas versatil posible, ya sea para usar un simple potenciometro o un microcontrolador. Por esto, recurriremos a las bases de la regulacion lineal, la cual tiene ventajas sobre la regulacion conmutada, como por ejemplo la “limpieza” de la señal para aplicaciones de audio, ademas de lo sencillo y lo rapido de implementar en comparacion de las fuentes conmutadas.

La “regulacion lineal” se basa en elementos activos, por ejemplo transistores, que trabajan en la “zona lineal” de operacion. Se que esto que acabo de escribir no tiene mucho sentido para los que no tienen tanta experiencia en electronica, pero bueno, espero que esto no sea un impedimento para enteder el funcionamiento de la “regulacion”

En fin, empecemos por decir brevemente que es un regulador…

Pues bueno, un regulador, como su nombre indica, trata señales de entrada, variables en el tiempo como un voltaje de rizo (ver parte anterior) y las “saca” como señales constantes, un ejemplo es el ya tradicional 7805:

señales fuente-reg1

Como pueden ver en las imagenes anteriores a la entrada del regulador esta un voltaje o señal no regulada que el 7805 convierte en una señal constante, todo bien hasta alli, hasta que nos preguntamos ¿como le hace? y bueno para poder responder a esta pregunta, necesitamos ayuda de los amplificadores operacionales.

Para no colocar aqui mucha teoria que no va con el proposito de este artículo (pueden ver mas aqui) diremos que usaremos la configuracion de amplificador no inversor

Opampnoninverting

Esta configuracion nos permite un volatje de salida (Vout), que depende del voltaje aplicado en Vin, definido como

V_{out} = V_{in} (1+ \frac{R_2}{R_1})

Por lo que con una variacion controlada en Vin, digamos de 0-4Vdc podemos obtener voltajes en Vout de 0-12V que es lo que estabamos buscando. La señal que podemos suministrar en Vin puede provenir de un DAC (R2R o PWM) o de un potenciometro. Lo interesante, es que esta señal no necesita de mucha corriente, lo que puede suministrar el microcontrolador facilmente.

Y ahora, ¿el amplificador operacional puede soportar el alimentar mi circuito que consume 2 amperes? La respuesta es simple y triste: NO!!! Entonces ¿para que perdimos nuestro tiempo con esto? Ninguna perdida de tiempo, este circuito es el corazón de nuestra fuente, necesitamos un sistema que pueda regular con facilidad un voltaje variable en uno fijo determinado por nosotros o por un control digital.

Ahora bien, ya tenemos como regular el voltaje a nuestra necesidad y placer, entonces ¿que hacemos para usar ese voltaje regulado en nuestra fuente y que pueda soportar varios amperes?

La respuesta se encuentra en el transistor BJT, un simple transistor que le dará la capacidad necesaria a nuestro circuito para poder suministrar una cantidad consideramble de corriente a nuestros proyectos. ¿Cómo lo usamos? Muy sencillo, usaremos la configuracion de seguidor de emisor (tambien llamado en colector comun, o seguidor de voltaje). Para ver de que se trata esto que intento explicar, veamos el circuito en una forma simple y con la grafica de sus señales:

señales fuente-reg2

Como se puede ver, se simula el voltaje que sale de la etapa de puente rectificador y capacitores como el Vrizo y la salida del circuito como Vsal. El amplificador operacional sigue estando en la configuracion de amplificador no-inversor, pero la salida del voltaje se pasa al transistor que se encuentra con una configuracion de seguidor de voltaje, esto es, que el voltaje aplicado en la base es igual al del emisor, bueno, menos el voltaje de base-emisor que es de 0.7V, pero el operacional compensa esta “perdida”, ya que para el operacional solo existe el voltaje que esta a la salida del emisor, que es donde empieza el divisor de tension donde esta la configuracion del calculo de la ganancia.

Para este caso (el de mostrado en la figura), la ganancia del operacional esta configurado en 3 ( G = (1+ \frac{R_1}{R_3}) ), por lo que a una entrada de 4V la salida sera de 12V.

El transistor es el que soporta toda la corriente que se le puede suminsitrar al circuito que fluye de colector a emisor, por lo tanto debe de ser de buena capacidad de corriente como el 2N3055 (o variante en encapsulado TO-220 que es MJE3055 y soporta hasta 10Amp) que puede soportar un acorriente de chasta 15Amperes!!! Claro, usando un buen sistema para disipar calor 🙂

mje3055

Y bueno, ya tenemos, con solo algunos elementos, la regulacion que es capaz de manejar bastante corriente y poder suministrar a nuestros proyectos de la energia necesaria para funcionar

Aun quedan cosas por hacer, no es el circuito final, falta adaptarle algunas cosas como el monitor de corriente y el de voltaje para poder usarlo con un microcontrolador. Pero despues de la siguiente parte, proporcionaremos, como es costumbre, diagramas en DipTrace 😉

Por ahora solo puedo proporcionarles el diseño basico en CircuitLab.

En la siguiente parte veremos el sensor de corriente y monitoreo de voltaje.

Sin mas por el momento…

Argos

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2 pensamientos en “Fuente de alimentacion parte 2 – Regulacion de voltaje

    • Tambien para nosotros esta siendo una buena experiencia; uno podria pensar que una fuente es de las cosas faciles en la electronica, pero cuando uno le pone un poco de seriedad a las especificaciones, los calculos crecen jejeje

      Saludos

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