Regulador de tensión en derivación con diodo Zener de 3,3v que da una salida de 4,3v

Question

Estamos intentando utilizar un circuito de derivación de diodos zener para desarrollar un regulador de tensión.

• Nuestra tensión de entrada es 5v .
• Nuestra tensión de salida deseada es 3.3v .
• La corriente de carga media es 80mA .
• La corriente de carga máxima es 150mA .

Suponemos que la corriente de carga es 150mA .

Utilizamos un diodo Zener de 3.3v y 0.5W . Basándonos en esto, concluimos que la corriente a través del diodo Zener es 150mA .

Así, la corriente total es 300mA .

Basándonos en esto, calculamos que el valor de la resistencia limitadora de corriente es 5.6 ohms y 0.5W .

Cuando conectamos el circuito, nos dimos cuenta de que la tensión de salida a través del diodo Zener era de 4.3v en lugar de 3.3v y comienza a calentarse gradualmente. ¿Por qué ocurre esto?

A continuación, sustituimos el 5.6 ohm resistencia con un 220 ohm resistencia y observó que la tensión de salida era ahora 3.3v pero la corriente era insuficiente (como se esperaba). Entonces sustituimos la resistencia de 220 ohmios por dos 5.6 ohm resistencias en serie y encontré que el voltaje de salida era de alrededor de 4v . Del mismo modo, con tres 5.6 ohm resistencias en serie y encontré que el voltaje de salida era de alrededor de 3.7v .

Preguntas:

• ¿Son correctos nuestros cálculos?
• Suponemos que la tensión a través del diodo Zener es independiente de la resistencia limitadora de corriente. ¿Por qué hay una dependencia aparente?
• ¿Hay algún error fundamental que estemos cometiendo?

Answer 1

Tienes un error fundamental sobre el funcionamiento de un regulador de derivación.

La idea clave es que se dimensiona la resistencia en serie para la corriente de carga máxima por sí mismo . Entonces, siempre que la carga no consuma ese pico de corriente, el diodo Zener "desvía" el exceso de corriente a tierra. En otras palabras, cuando la corriente de carga aumenta, la corriente del Zener disminuye, y viceversa. El Zener disipa la máxima potencia cuando la carga consume su mínima corriente.

Answer 2

Los diodos Zener son dispositivos bastante imperfectos; están clasificados para producir su voltaje de salida nominal en un determinado rango de corriente y son unas diez veces mejores que el simple uso de un divisor de potencial para crear un voltaje regulado pero, como siempre, hay que leer la letra pequeña del dispositivo y ésta suele centrarse en su uso para aplicaciones de baja potencia.

Si se les aplica demasiada corriente, la tensión de sus terminales se elevará por encima de su nivel nominal de salida, por lo que hay que utilizarlos tal y como se define en su ficha técnica o esperar malos resultados. A continuación se muestra una imagen de cómo puede ser la tensión de salida al variar la corriente que pasa por el dispositivo: -

Fuente de la imagen . Como puedes ver, el voltaje del zener depende de la corriente que fluye en el dispositivo y no debes mirar imágenes como la de abajo y asumir que produce un voltaje de salida constante: -

La imagen anterior da una falsa impresión de regulación perfecta una vez que se supera una determinada corriente.

Yo diría que tu aplicación requiere un regulador de tensión lineal de 3 terminales.