Fuentes de alimentación III – El estabilizador

Vistos los artículos anteriores, ya solo nos queda por ver 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 miliamperios 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.

La tensión de salida es de 12 voltios. La tensión de entrada debería ser unos dos voltios por encima para que el regulador funcione correcta y holgadamente. Tensión de entrada de 14÷15 voltios de pico. En cuanto a la tensión de pico del transformador será de 15 voltios (nos curamos en salud) mas la tensión de caída en dos diodos. Esto es 16.4 voltios de pico en el transformador. La tensión eficaz de este 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 (es el valor comercial). La tensión de pico para esos 12 voltios eficaces sería de:

Vpico=12  \sqrt{2}=17 \ voltios

¿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.

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:

ltspice-xvii-fuente-estabilizada-asc_530
Esquema 1

Y después simulamos. Obtenemos la siguiente gráfica:

ltspice-xvii-fuente-estabilizada-raw_532
Gráfica 1 – C1 es de 1000 microfaradios

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:

ltspice-xvii-fuente-estabilizada-raw_533
Gráfica 2 – C1 es de 3300 microfaradios

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:

ltspice-xvii-fuente-estabilizada-raw_534
Gráfica 3 – 500 miliamperios de salida

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.

REFERENCIAS:

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