Los reguladores de tensión integrados facilitan enormemente el proyecto de fuentes con su simplificación, abaratamiento y reducción de las causas de fallas. Sin embargo, hay medidas importantes que deben tomarse, y eso si no se observa puede implicar varios problemas. En este artículo nos centramos en la atención primaria con fuentes que usan estos integrados, además de dar los procedimientos para la eliminación de posibles problemas.
Circuitos integrados reguladores de voltaje de 3 terminales e incluso tipos más complejos para las fuentes conmutadas, son muy populares hoy en día.
Sobre la base de los tipos de tres terminales, serie 78XX, por ejemplo, tenemos la posibilidad de fuentes de excelente rendimiento, con óptima regolaje, usando un solo componente (fig. 1).
Pero, ¿qué tipo de problemas pueden encontrar a un diseñador en el desarrollo de una buena fuente?
Muchos tienden a despreciar a este sector de cualquier montaje y que él no tiene influencia crítica en el desempeño de otras partes.
Pero eso implica un gran error. Problemas sencillos con la fuente, que podría ser eliminado tan pronto con el proyecto, tracen a veces serias complicaciones para toda la operación de un equipo.
Veamos algunos casos.
1. La tensión dee regulador oscila
Para obtener buenas respuestas en presencia de transitorios los reguladores de tensión integrados generalmente cuentan con características especiales.
Sin embargo, capacitancias parásitas pueden desestabilizar fácilmente estos recursos para presentar oscilaciones en una fuente.
Cuando esto ocurre el diseñador debe analizar el diseño de la placa de circuito impreso, porque pistas largo pueden significar altas inductancias y la colocación del capacitor de compensación es importante.
Este capacitor, como se muestra en la figura 2 debe montarse lo más cerca posible del integrado.
Valores en el rango de 10 nF a 10 uF son suficientes para eliminar el problema, dando preferencia a tipos de buen funcionamiento, como los cerámicos y de tantalio.
Debe también verificar la posibilidad de elementos externos están causando el circuito de oscilación.
Estos elementos pueden significar cargas que no son acompañadas por un desacoplamiento conveniente, que requiere la inclusión de este recurso.
2. Pérdida de regolaje con cargas pequeñas
La tensión de salida de una fuente puede escapar del esperado con una carga de baja corriente.
Este problema puede tener como causa primero la necesidad de un mínimo de 1mA, para la mayoría de los reguladores, con el fin de asegurar el correcto funcionamiento.
Una solución a este problema puede ser un resistor de carga adicional en paralelo con la salida, garantizando este mínimo de corriente (Figura 3).
En los circuitos que utilizan un transistor PNP, como se muestra en la figura 4, este problema puede ser causado por el resistor entre el emisor y la base del transistor de valor inadecuado.
Una resistencia demasiado grande en esta función puede afectar el ajuste con cargas de baja corriente.
El resistor R debe ser menor que la tensión de base/emisor en el transistor en estado de conducción, dividida por la corriente.
Por supuesto también influye en el comportamiento anormal de un circuito una configuración errónea.
3. Pérdidas de regulación con cargas pesadas
Esto, sin duda, es el problema más común y que puede traer graves consecuencias en los circuitos de potencia.
Una de las causas más comunes para este tipo de problema es la tensión de entrada baja. Hay un valor mínimo de tensión que debe aplicarse a la entrada de un regulador para que funcione correctamente.
El 7805, por ejemplo, regulador de tensión de 3 terminales de 1A, la diferencia mínima entre la tensión de entrada y de salida es 2.0 V, que significa que debemos tener por lo menos 7V en tu entrada para un correcto funcionamiento en una fuente de 5 V.
Está claro que debemos tener en cuenta que la potencia disipada por el regulador viene dado por la diferencia entre entrada y salida voltaje multiplicado por la corriente.
Así pues, tenemos en las mejores condiciones, que con 7 V entrada para salida de 5 V y una corriente de 1 A tenemos 2 W.
Aumentando la diferencia entre la tensión de entrada y salida, garantizamos el ajuste mejor, pero al mismo tiempo aumentamos la disipación.
Otra causa que se produce cuando usamos un elemento externo en el circuito de la figura 4, es el transistor de potencia de muy baja ganancia.
Por último, tenemos un problema que debe tenerse en cuenta en el diseño de la placa: la resistencia eléctrica se manifiesta por las pistas entre el punto en el cual la corriente es sensoriada y la carga (Figura 5).
Otro problema que afecta a la regulación actual de la carga en altas corrientes es la calefacción del integrado.
El montaje inadecuado en el disipador puede causar variaciones de temperatura muy grandes con la corriente de carga, que afecta al sistema interno de compensación, y lleva a variaciones de la tensión de salida.
El sobrecalentamiento integrado todavía tenga consecuencias más serias, como por ejemplo la falla de circuito regulador.
Disipadores de calor con dimensiones incorrectas o mal ubicados puede ser la causa de este problema. Recuerde que no es suficiente para ter un buen dimensionamiento del radiador para que se elimine cualquier problema de calefacción.
Disipadores de calor operan según 3 principios: radiación, conducción y convección.
Por conducción, el calor pasa a los elementos próximos, posiblemente una caja donde él está conectado; por radiación el calor se irradia en forma de infrarrojo para el medio ambiente y por transferencia de calor por convección al aire, circulando lo lleva lejos (Figura 6).
Con respecto a este último medio, que pesa mucho en el calor total transferido, está claro que debe haber una manera de facilitar la circulación del aire a través de su radiador.
De esta manera, una mala instalación, para evitar que este movimiento (en una caja hermética, por ejemplo) puede ocasionar graves problemas.
Y la instalación común de los reguladores o los transistores de potencia en radiadores de calor externo, fijados en el exterior de la caja, o con ventilación forzada, ya sea a través de aberturas en una caja o incluso con el empleo de pequeños ventiladores.
Vea que, incluso con el ventilador, su ubicación y la colocación de la caja deben ser rigurosamente planeados, por lo que no hay ningún obstáculo a la libre circulación de aire.
4. Falla del regulador en condiciones de cortocircuito
En algunos casos, esta protección puede ser un circuito externo.
El mal diseño de un radiador de calor puede causar excesiva calefacción del circuito integrado, causando entonces a falla del sistema.
Otro problema es el funcionamiento del circuito fuera de las especificaciones máximas (SOA). Durante el corto, dejando esta área de la seguridad, el circuito falla, no habiendo da protección debida.
5. exceso de ripple (ondulación)
La presencia de onda en nivel excesivo quiere de 60 Hz a 120 Hz (50 Hz o 100 Hz), puede ser causada ya sea por regeneración al diseño inadecuado del regulador.
El capacitor de filtro puede realimentar el circuito del sensor por la propia pista de la placa de circuito impreso (Figura 7).
Pistas delgadas o largas en el circuito de la entrada de referencia del circuito pueden ser responsables de este problema.
Conclusión
Y por supuesto los problemas citados no toman en cuenta errores de proyecto o incluso el uso de componentes defectuosos. Los capacitores electrolíticos de baja calidad y diodos de filtrado con fugas son algunos ejemplos de problemas que pueden afectar el funcionamiento de una fuente.
Una fuga en el transformador puede implicar niveles inadecuados de ondulación o aparición de transitorios, que queman los reguladores integrados cercanos.
La conclusión que hemos llegado es que, con el uso de los componentes adecuados y un proyecto bien hecho, anticipando los problemas citados, una fuente debería funcionar bien, no importa la aplicación y las condiciones de operación.