Mostrando entradas con la etiqueta LM317. Mostrar todas las entradas
Mostrando entradas con la etiqueta LM317. Mostrar todas las entradas

Reguladores de voltaje, ¿cuál mejor?

Reguladores de voltaje hay muchos, sin lugar a dudas toda persona del mundillo, conoce por lo menos al archifamoso LM7805 , y seguramente el LM317 , pero lo que veremos en esta ocasión serán alternativas válidas y mejoras a dichos integrados.

Para empezar el LM7805 es un regulador de tensión positiva, perteneciente a la familia 78xx, que entrega 5V (ideal para alimentar microcontroladores) a una corriente de 1A. Y el LM317 es un regulador de tensión variable de hasta 1.5A. Para refrescarse un poco la memoria pueden ver estos dos artículos Reguladores de voltaje 7805 y Fuente de alimentación y cargador de baterías

A la hora de elegir un regulador de voltaje, normalmente nos fijamos en dos cosas: Tensión de salida (Volts) y Corriente de salida (Amperes), pero en realidad hay mas cosas que nos deberían preocupar, por ejemplo el encapsulado, tensión máxima de entrada y sobretodo si nuestro diseño final es algún dispositivo a pilas, deberíamos prestar especial atención a la caída de tensión (Dropout voltage) ya que a menor caída, mayor eficiencia al consumir menos.

Empezaremos comparando los reguladores fijos de 5V de salida:

Modelo Fabricante Tensión Máx.Ent. Corriente salida Dropout voltage Otras tensiones (1) Pinout TO-220 (2)
LM1084-5.0 National 30V 5A 1.3V
1.5V
3.3V, 12V, ADJ GOI
LM1085-5.0 National 30V 3A 1.3V
1.5V
3.3V, 12V, ADJ GOI
LD1085xx50 ST 30V 3A 1.3V
1.5V
ADJ GOI
LM1086-5.0 National 30V 1.5A 1.3V
1.5V
3.3V, 12V, ADJ GOI
L4940V5 ST 17V 1.5A 0.5V
0.9V
8.5V IGO
µA7805 Texas Instruments 25V 1.5A 2V 8V, 10V, 12V, 15V, 24V IGO
LM7805
LM340-5.0
National 35V 1A 2V 12V, 15V IGO
LM7805 Fairchild 35V 1A 2V 6V, 8V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V IGO
L7805 ST 35V 1A 2V 6V, 8V, 8.5V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V IGO
LM2940-5.0 National 26V 1A 0.5V
0.8V
8V, 9V, 10V, 12V, 15V IGO
LF50 ST 16V 0.5A 0.4V
0.7V
1.5V, 1,8V, 2.5V, 3.3V, 6V, 8V, 9V, 12V IGO

(1) Los parámetros especificados en esta tabla corresponden a los modelos de 5V, "Otras tensiones" se refiere a las variedades disponibles en encapsulado TO-220 y cada variedad tiene sus especificaciones propias. Consulte los respectivos Datasheets.

(2) IGO: 1.Input (entrada), 2.GND (ground), 3.Output (salida)
GOI: 1.GND, 2.Output, 3.Input

Observando la tabla se puede ver que para reemplazar el integrado de batalla 7805 se puede usar el LM2940-5.0 ya que es un reemplazo directo en cuanto a disposición de pines y entrega de corriente, pero hay que tener en cuenta que su tolerancia máxima a la tensión de entrada es de 26V contra los 35V del otro, aunque para pruebas con microcontroladores en raras ocasiones se superan los 12V en la entrada del regulador. Este reemplazo trae como ventaja la menor caída de tensión reduciéndola a un cuarto (500mV) en condiciones normales y 800mV en las peores condiciones contra los 2V del 7805, esto es muy importante si la tensión de entrada proviene de una batería ya que a menor caída de tensión, mayor rendimiento, porque no olvidemos que la caída de tensión no es ni mas ni menos que un desperdicio de energía.

También se debe tener en cuenta al L4940V5 cuya caída de tensión es la misma que el anterior en condiciones normales (500mV) y de 900mV en el peor de los casos reduciendo la entrada máxima a 17V pero con el agregado de ser capaz de entregar hasta 1.5A de corriente contra 1A que entrega la familia 78xx, especial para cuando haya muchos integrados que alimentar en el circuito.

Y si 1.5A no nos resulta suficiente tenemos dos modelos más, el LM1085-5.0 y LM1084-5.0 capaces de entregar hasta 3 y 5A respectivamente, pero con una caída de tensión entre 1.3 y 1.5V.

En conclusión el mejor regulador para reemplazar a nuestro viejo y querido LM7805 es el L4940V5, con la ventaja de entregar un 50% mas de corriente y tener una caída de tensión 75% menor.

Fuente de alimentación y cargador de baterías.

Sin duda la mejor forma de obtener energía para nuestros robot es por medio de baterías y como ahora con el auge de los aparatos electrónicos portartiles estas han ido bajando sus precios. Hoy en día es muy fácil conseguir baterías recargables en casi cualquier lado y a un bajo costo... Nosotros nos centraremos en baterías de Ni-MH (Niquel-Hidruro Metálico) por ser la mejor opción en relación precio, capacidad, tamaño y peso.

Estas baterías deben ser cargadas al 10% de su corriente nominal durante un periodo de 10 o 12 horas. Esto significa que si tuvieramos una batería de 1000 mAh (1 Ah) deberíamos cargarla con una corriente de 100 mA (0.1 A) durante ese tiempo.

En el mercado se pueden conseguir baterías de 1.2 V y 2500 mAh, o lo que es lo mismo que son capaces de entregar una tensión de 1.2 volts con una corriente de 2,5 amperes durante 1 hora.

La tensión será costante hasta que la batería se comience a descargar pero la corriente será variable dependiendo el consumo, si el consumo es menor que 2,5 A,  la carga de la batería durará mas de 1 hora y si es mayor de 2,5 A, y si la batería lo soporta, durará menos.

Bueno, hasta aquí un poco de teoría, y seguro que muchísimos de ustedes ya lo sabrán, pero otros no y para el que le sirva, ahí queda... ahora bien, vamos a lo que prometí: La fuente con el cargador y para explicarlo nada mejor que el circuito:


Como pueden ver, es muy sencillo, y contiene componentes muy comunes que son los siguientes:

D1,D2,D3: Diodo 1N4007
C1,C2,C3: Capacitor cerámico o plástico de .1 uF
IC1: LM317
IC2:LM7805
R1: Resistor cuyo valor depende de la capacidad de la batería (ver mas abajo)

El funcionamiento del circuito es muy fácil de entender y se puede separar en dos etapas:

Primer etapa (etapa verde): es la que se encarga de filtrar y regular la tensión. El diodo D2 se encarga de evitar la inversión de polaridad en la batería, el IC2 regula la tensión en 5V y los capacitores (C1 y C2) se encargan hacer el filtrado. Con esta etapa obtenemos 2 tensiones Vcc de 5V y Vss con la misma tensión que la batería (B1) - 0,7V debido a la caída de tensión del diodo.

Segunda etapa (etapa amarilla): Se encarga de cargar la batería y alimentar la etapa amarilla cuando está presente una fuente de alimentación externa, si no hay una fuente externa esta etapa no funciona. El IC1 y la resistencia R1 proporcionan la tensión y corriente necesarias para cargar la batería, mientras que D1 se encarga de evitar que la tensión de la batería regrese al IC. D3 hace que la tensión de la batería no salga por el conector del transformador cuando este no esté conectado, pero a su vez hace que la etapa verde se alimente de la fuente de alimentación externa mientras la batería se carga. Y por último en modo carga el diodo D2 se encarga de que la tensión de la fuente de alimentación externa no ingrese directamente a la batería.

Bien hasta ahi todo claro, ¿no? pero nos queda algo en el aire: ¿y R1 que valor tiene? bueno, eso depende de la batería, en el ejemplo a continuación se supone que la batería tiene una capacidad de 2500mAh.

Para saber el valor del resistor primero debemos saber como funciona el integrado LM317, y para esto nada mejor que la hoja de datos del fabricante (Datasheet), pero como algunos no la entenderán, aquí les dejo una explicación menos técnica.

El integrado en cuestión, al igual que los de la familia LM78xx y LM79xx, es un regulador de tensión, pero la principal diferencia entre uno y otro es que el 317 es variable, obteniendo tensiones de salida desde los 1.2V hasta los 37V, pero por suerte para nosotros esta no es la única aplicación que tiene ya que a nosotros no nos interesa tanto, en este caso, regular la tensión sino regular la corriente y para eso el circuito recomendado por el fabricante es el que aparece en la siguiente figura.

Si observamos la formula dice que la corriente de salida es igual a VRef/R1, Sabemos (gracias a la hoja de datos) que VRef es 1.25 V(típico), pero el dato que nosotros necesitamos es el valor de R1 para eso debemos hacer una transposición de términos ( y es en este momento cuando nos preguntamos "¿por qué no habré prestado mas atención en la escuela primaria?") bueno desempolvando los libros de 5to grado nos enteramos como se hace. Pero ahora tenemos que trabajar con valores.

Io está expresado en amperes y nosotros estamos hablando de miliamperes. Sabemos que 1 A es igual a 1000 mA entonces para 250 mA el valor sería 0,25 A, sabiendo esto tenemos:

Io = 0.25 A
0.25 A = VRef / R1
0.25 A = 1.25 V / R1
0.25 A * R1 = 1.25 V
R1 = 1.25 V /0.25 A

Entonces ya sabemos que R1= 1.25 V/0.25 A que nos da como resultado 5, perfecto, pero... 5 ¿que? bueno son 5 ohm, hay que tener especial cuidado con esto y tener bien claro que valores estamos utilizando, en resumen la formula a usar es:

R = 1.25V / A = Ohm

En conclusión, siempre obtendremos ohmios ingresando amperes, si son 100 miliamperes debemos ingresar 0,1 A y si son 2 Mohm el resultado será 2.000.000 Ohm.

Por último está la cuestión de la asignación de pines, ya que difiere bastante con la de los clasicos LM78xx. En la siguiente figura se observa el pinout.


Hasta aquí esta explicación, y bueno, espero que sea útil, por mi parte este mismo circuito esta alimentando mi robot SiLMuP.Cualquier duda, crítica o sugerencia será bienvenida y los invito a participar...

NOTA: este artículo se ha corregido debido a un error en los datos obtenidos de este datasheet de ST. Como se observa en la siguiente figura, está apuntado el pin 2 como entrada y el pin 3 como salida siendo, en ralidad, al revés. 

LM317 circuito recomendado

Tal vez le interese: