Reguladores de voltaje

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Quieres usar un circuito, pero las pilas que tienes no coinciden con el voltaje de este circuito?

Es posible adaptar de un voltaje a otro, por ejemplo, podemos aumentar el voltaje de dos pilas AA (3v) a 9 voltios. También podemos reducir a 5 voltios una batería de 12 voltios.

Si sabemos cómo, podremos obtener cualquier voltaje que necesitemos. En el episodio de hoy vamos a ver como convertir voltajes de manera muy sencilla, y como ejemplo veremos cómo convertir un receptor de micrófono inalámbrico para que funcione a pilas!

Hoy vamos a hablar sobre reguladores de voltaje. Sé que no es el tema más apasionante, pero es muy útil ya que sabiendo sobre ellos podremos realizar proyectos más complejos.

Antes de empezar con el tema de hoy, quiero recomendaros un nuevo podcast para toda la comunidad mágica hispanohablante. Se llama Fuera de este mundo y está dirigido y presentado por Luigi Ludus y acompañado por Francis Zafrilla. Ya llevan varios programas, tratan temas de todo tipo, hacen entrevistas, magos de diferentes partes del mundo comentan la situación mágica en su país, Francis tiene una sección de magia y rock and roll... En fin, es realmente entretenido, inspirador e instructivo. Lo podéis encontrar en iVoox y en iTunes. Yo me lo descargo al móvil y lo escucho cuando voy en coche.

Qué son?

Y ahora si, nos ponemos con los reguladores de voltaje. Empecemos diciendo algo obvio, y es que todos los aparatos electrónicos necesitan una fuente de alimentación. Pueden ser pilas, baterias recargables, transformador, corriente alterna… A nosotros nos interesan sobre todo los circuitos de corriente continua, y principalmente los que funcionan a batería, aunque lo que explicaremos también es aplicable otros aparatos que se alimentan a través de un transformador, ya que la mayoría de estos en realidad funcionan a corriente continua. El transformador lo que hace es convertir la corriente alterna del enchufe en corriente continua para el circuito interno. Un ejemplo puede ser el receptor de un micrófono inalámbrico que suelen funcionar a 12v de corriente continua.

En fin, cada uno de estos aparatos funciona a un voltaje determinado. Los más habituales son 12v, 9v, 6v, 5v, 3v… Rara vez nos encontraremos con otros voltajes, aunque podría ser posible.

Imaginemos que tenemos una pila de 9v, y tenemos un circuito de 5v. No podemos conectarlos directamente, ya que nuestro circuito se estropearia. Tendríamos que reducir el voltaje primero.

También podemos encontrarnos en el caso contrario, tenemos un circuito que funciona a 12v y pero nuestro proyecto solo cuenta con espacio para tres pilas AA, lo que nos da 4.5v. En este caso, si los conectamos nuestro circuito no tendrá voltaje suficiente y no funcionará, por lo que deberíamos aumentar el voltaje.

En ambos casos podremos usar un regulador de voltaje!

Tipos

Hay varios tipos de reguladores de voltaje, pero nos vamos a centrar basicamente en 2, que son los más útiles para nuestros proyectos:

Por un lado tenemos los reguladores lineales, que lo que hacen es convertir un voltaje en otro inferior. Para conseguirlo lo que hacen es convertir en calor el voltaje excedente. La ventaja es que son fáciles de conseguir, de utilizar y muy económicos, pero la desventaja es que son poco eficientes, y que mientras mayor sea la diferencia del voltaje de entrada y de salida, y el consumo, más calor desprenden, por lo que en ocasiones necesitan disipadores de calor para no quemarlos. Aun así son una buena opción para proyectos simples.

Por otro lado tenemos los reguladores conmutados que a partir de un voltaje podemos obtener otro superior o inferior, según nuestras necesidades. Los que ofrecen un voltaje de salida inferior al de entrada se llaman “buck” o “step down”. Mientras que los que ofrecen un voltaje de salida superior al de entrada se llaman “boost” o “step up”.

El voltaje se convierte mediante modulación de pulsos y apenas genera calor para hacerlo. Esto hace que sean más complejos y más caros, pero también más eficientes y pueden soportar mayor corriente ya que desprenden menos calor.

Reguladores lineales

Los reguladores lineales son fáciles de usar, y los podréis encontrar en cualquier comercio de electrónica. El más conocido es el LM78XX, donde las X hay que reemplazarlas por el voltaje de salida deseado. Por ejemplo, el LM7812 ofrece 12v de salida, mientras que el LM7805 ofrece 5v de salida.

Hay 3 cosas que debemos saber sobre ellos. La primera es que necesitan una alimentación de al menos 2v mayor al voltaje de salida. Es decir, si estamos usando un LM7805, debemos alimentarlo al menos con 7v. Aunque también podemos alimentarlo con 9v, con 12v y hasta un máximo de 35v.

Lo siguiente que debemos saber es que lo puedes encontrar en dos formatos principalmente, uno más grande que soporta hasta 1 amperio de corriente de salida, y la variante más pequeña que soporta hasta 100mA de corriente. La variante pequeña se la denomina igual que la grande, pero con una “L” después del “78”, por ejemplo "LM78L05".

Lo último que debes saber es cómo se conecta:

La conexión se haría como se muestra la imagen. Se pueden poner unos condensadores entre positivo y negativo, tanto en la entrada como en la salida, para que el voltaje sea más estable.

Encontrarás mucha información en internet sobre estos reguladores, así que no quiero extenderme. También existen muchos otros reguladores lineales, como el AMS1117 o el LM317. Lo dejo para que investigues si queres.

Reguladores conmutados

Pasemos a los reguladores conmutados. Como decia antes, estos son más complejos, y aunque podemos comprar los componentes y montarlos nosotros, es mejor comprarlos como un módulo ya montado, ya que son muy baratos.

Los step-up son los que aumentan el voltaje, y los step-down lo reducen. Los módulos que puedes encontrar suelen tener un tornillo de ajuste, y con este ajustar el voltaje de salida a tus necesidades. Para eso necesitarás un polímetro y girar el tornillo en un sentido u otro hasta alcanzar el voltaje deseado.

Corriente

Una consideración muy importante a tener en cuenta es que al convertir el voltaje entra en juego un factor de potencia. Imaginemos que tenemos un motor que funciona a 12v y consume 2 amperios. La potencia (P) es igual al voltaje (V) multiplicado por la corriente (I):

P = V * I


En este caso, el motor tiene una potencia de 12v * 2A = 24w. Queremos que funcione con una batería de LiPo de 3.7v y un step-up. En este caso, el step-up puede proporcionar hasta 3 amperios de salida, y nuestro motor requiere solo 2, por lo que no hay ningún problema. Pero para entregar la potencia que necesita el motor, el step-up tiene que sacar 24w de algún lado. Nuestra batería es de 3.7v, por lo que con la misma formula de potencia calculamos que debería entregar unos 6.5 amperios para conseguir los 24 vatios (24w / 3.7v = 6.48A).

Ademas, habría que tener en cuenta que la eficiencia de los conversores puede ser de un 80 o 90%, es decir que parte de la corriente se pierde en la conversión, por lo que nuestra batería de LiPo necesitaria incluso un poco más de corriente para que el motor tenga la potencia necesaria. La fórmula es la siguiente Eficiencia = Pentrada / Psalida

Con un step-down ocurre algo similar, si tenemos un circuito de 5v que consume 1 amperio, necesitamos 5v * 1A = 5w de salida. Por lo que si alimentamos un step-down con una bateria de 12v, con aproximadamente 420mA de consumo tendriamos suficiente (5w / 12v = 0.42A). Algo más si tenemos en cuenta la eficiencia de la conversión.

Todo esto puede parecer demasiado complejo, pero es importante tenerlo en cuenta para entender que si bien un step-up o step-down pueden convertir el voltaje, necesitamos que la fuente de alimentación que estemos usando sea capaz de proporcionar la corriente necesaria. Por mucho que nuestro conversor pueda entregar 3 amperios, no será capaz de conseguirlo si usamos una pila sin suficiente capacidad de entregar la corriente que se le requiere.

Ejemplo

Como ejemplo, hemos convertido la alimentación de un micrófono inalámbrico para que funcione a pilas. Para ello hemos utilizado:

• Un conector de alimentación, que se puede encontrar en cualquier tienda de electrónica
• Un circuito Step-up mini
• Un portapilas con interruptor (3xAA)
• Sugerimos colocar un trozo de tubo termoretractil para proteger el circuito step-up

No tienen mayor complicación, por un lado conectamos el voltaje de entrada, y por otro sacamos el voltaje de salida que podemos conectar directamente al conector y este al receptor. Hemos girado el tornillo hasta conseguir 12v en la salida. Las conexiones son como estamos viendo en esta imagen:

Nuestro receptor de micro dice que necesita una fuente de 12v / 300mA. Es decir una potencia de 3.6w. Usando 3 pilas (4.5v) tenemos que suministrar 800mA al step-up para conseguir esos mismos 3.6w. Estos son los calculos teoricos.

En la practica, nuestro receptor sólo necesita 12v / 120mA = 1.44w. Siempre se utilizan fuentes de alimentación mayores a las necesarias, para tener un margen de seguridad. Haciendo una medicion, nuestras pilas están suministrando 350mA al step-up, lo que nos da una potencia de 1.575w. Como podemos ver, se requiere más potencia en la entrada, y es por la eficiencia. En nuestro caso el step-up está trabajando a una eficiencia del 91.4%. Sabiendo que unas pilas buenas pueden tener una carga de 2700mAh, tendríamos una autonomía de 7 horas aproximadamente .

En nuestra web

En nuestra tienda online tenemos conversores de voltaje a la venta para que puedas usar en tus proyectos. Tanto step-up y step-down en versión normal y en versión mini. La diferencia es el tamaño y la corriente de salida.

También puedes encontrar portapilas, baterias recargables, cargadores y demás, y así tener la solución completa para la alimentación de tus circuitos. Si necesitas un step-up o step-down, te lo podemos enviar configurado al voltaje que necesites, por lo que no hace falta que tengas un polímetro para configurarlo.

Quiero recomendar especialmente nuestro Portapilas Avanzado para baterías 18650, que permite utilizar una batería recargable de gran capacidad, tiene interruptor de encendido, conector de tornillos para poder utilizar cables sin soldarlos, una conexión para poder cargarla usando nuestros cargadores, y lo mejor, tiene un indicador de batería integrado, para que siempre sepas el estado antes de empezar una actuación.

• Step-up mini
• Step-up
• Step-down mini
• Step-down
• Portapilas avanzado
• Batería recargable Li-Ion 18650
• Cargador Li-Ion
• Portapilas

Conclusión

En resumen, los reguladores de voltaje te permitirán escoger la fuente de alimentación independientemente del voltaje de tus circuitos, ya que el regulador hará el trabajo de adaptar el voltaje.

Tendremos que tener en cuenta el factor de potencia, sobre todo en los step-ups, ya que para elevar el voltaje necesitaremos más corriente.