Fuentes de alimentación lineales. El estabilizador. III

Vistos los artículos de fuentes lineales anteriores, ya solo nos queda por ver para terminar este pequeña introducción al diseño de estas, el estabilizador. En este artículo se hará un diseño completo de una fuente lineal, incluyendo dicho componente.

La fuente que pretendemos diseñar es del tipo lineal, de 12 voltios de salida y 250 mili-amperios de máximo de corriente consumida.

Usaremos un regulador del tipo 78xx, ya que este circuito integrado de tres patillas tiene una limitación de la corriente de salida en base a la temperatura alcanzada y el esquema necesario es muy sencillo.

La tensión de salida en la carga es de 12 voltios. La tensión de entrada debería ser unos dos o tres voltios por encima para que el regulador funcione correcta y holgadamente. La tensión de entrada al regulador será de 15 voltios de pico.

En cuanto a la tensión de pico del transformador será de 15 voltios mas la tensión de caída en dos diodos. Esto es 16.4 voltios de pico en el transformador. La tensión eficaz del transformador será entonces de:

V \, salida=\frac {16.4}{\sqrt 2}=11.6 \, voltios \, eficaces

Ya tenemos dos datos del producto final: Un integrado LM7812 y un transformador de 12 voltios eficaces (redondeando, es el valor comercial).

Si queremos re-calcular el valor de salida de pico del transformador para dicha tensión eficaz “comercial”, sería la siguiente:

V \, salida=12 \sqrt 2=16.97 \, voltios \, eficaces

¿Que condensador ponemos? ¿Lo calculamos o usamos uno basándonos en la experiencia?

Si pusiéramos uno de 1000 microfaradios no habría problemas de rotura de diodos, si es que nos sirve como filtro (si el rizado es aceptable).

A partir de 1000 microfaradios, hay que controlar la corriente de pico de los diodos cuando conducen. Esta corriente es muy elevada aunque por otra parte dura poco.

Si fuese muy elevada, habría que pensar en cambiar el tipo de diodo por uno con una corriente de sobrecarga mayor (IFSM). En este diseño nos bastará con el 1N4007, como así lo veremos en este artículo.

Vamos a utilizar uno de 1000 microfaradios directamente. El estabilizador, como veremos después, nos reducirá el rizado de la entrada.

Ya tenemos todo, vamos a simularlo para confirmar que todo es correcto.

Dibujemos el esquema que sigue:Y después simulamos. Obtenemos la siguiente gráfica:

Vemos que hay problemas con el rizada a la salida, este es de aproximadamente de medio voltio. No es mucho, pero con una carga mayor esta tensión empeoraría aun mas.

Tenemos dos opciones para resolver este pequeño problema:

  1. La primera es aumentar un poco la capacidad del filtro, con lo que aumentará la corriente de pico de carga del condensador. Esto es ahora es de cinco amperios en el encendido.
  2. La segunda opción es aumentar la tensión de salida del transformador, que funcionaría pero habría que tirar bastante tensión en forma de calor, debido al exceso de tensión.

Elegiremos en este caso, la opción de subir el valor del condensador (es en principio mas barato y mejor solución en cuanto al rendimiento energético). El valor que necesitamos es de 3300 microfaradios. El transformador que habíamos elegido (12 voltios eficaces) ni lo tocamos.

El nuevo diseño junto con la salida es de la forma siguiente:

Como podemos ver, para la corriente de salida deseada (250 mA) la salida es correcta.

¿Para por ejemplo 500 miliamperios de salida? Cambiamos la carga por una resistencia de 24 ohmios y ejecutamos la simulación.

El resultado es el siguiente:

Como hemos visto, cada vez que se aumenta el valor del condensador C1 o de la corriente de salida, aumenta la corriente de pico por los diodos. Esto es normal y en este diseño no habrá problemas con el diodo escogido (1N4007).

En fin, queríamos que la fuente suministrara 250 mA. La mejor opción es quedarse con el diseño que entrega 500 mA. Así de esta forma, estaría sobre dimensionado y funcionaría con mayor holgura.

En cuanto a la tensión del condensador electrolítico, bastaría con 25 voltios. Tenemos que fijarnos en la tensión de pico que entrega el puente de diodos.

Si ponemos mas tensión tampoco pasaría nada, ya que andaría mas holgado prolongándose su tiempo de vida.