¿Qué capacidad debe añadirse sobre las entradas y salidas de un regulador de tensión?

Question

¿Existe alguna regla o fórmula para esto o siempre hay que basarse en la hoja de datos? Hoy he leído (en una hoja de datos, nada menos) que la capacitancia debe personalizarse para una aplicación determinada (no se ha dado ninguna otra explicación), y también me han dicho que no es necesario añadir cápsulas si la tensión de entrada es estable.

Answer 1

Existen básicamente 2 tipos de condensadores en torno a un regulador de tensión:

• relativamente pequeñas (del orden de 100 nf): Son necesarios para que el regulador sea estable, para que haga bien su trabajo, para evitar que oscile y siempre se mencionan en la hoja de datos.
• relativamente grandes (del orden de 100 μF): Estos son para reducir el ripple en la entrada del controlador. Este ripple se visualiza en la siguiente imagen. ( Ripple@Wikipedia ) La regla general es 2200-4700μF por cada amperio de corriente de salida a 50Hz. La idea de estos condensadores es evitar que la tensión de entrada rectificada del transformador caiga por debajo de la tensión de entrada mínima del regulador. En el caso de un regulador tipo LM78xx la tensión de entrada debe ser siempre unos 3V superior a su tensión de salida.

También es bueno notar que un solo condensador electrolítico grande no puede sustituir al condensador más pequeño de la hoja de datos (a menos que la hoja de datos indique lo contrario). Los condensadores más pequeños tienen una respuesta de alta frecuencia mucho mejor que el ecap y, por lo tanto, los quieres a ambos.

Tenga cuidado de no hacer una capacidad de salida demasiado grande: A la mayoría de los reguladores no les gusta que la tensión de salida (debida a un condensador de salida cargado) sea superior a su tensión de entrada (debida a un transformador desconectado). Algunas hojas de datos mencionan una capacidad de salida máxima. Por eso a veces se ve un diodo invertido entre los pines de entrada y salida del regulador.

Answer 2

Esos condensadores forman parte del bucle de control del regulador para evitar que oscile. No se puede decir qué valores tienen que tener sin conocer los detalles exactos del interior del regulador. Sólo tienes que seguir los consejos de la hoja de datos, normalmente te darán un valor fijo (nunca he visto que esté escrito como para ser personalizado para la aplicación). No sólo la capacitancia, también hay que tener en cuenta la ESR (Resistencia Equivalente en Serie) si se menciona.

Incluso si usaras un condensador electrolítico grande en la entrada coloca el cerámico de 100 nF si el datasheet lo dice. Por cierto, no hay límite de capacitancia en la entrada. Puedes alimentar el regulador desde la salida de otro regulador, y eso equivale a una capacitancia infinita.

Answer 3

¿Qué capacidad debe añadirse sobre las entradas y salidas de un regulador de tensión? ¿Existe una regla/fórmula para esto o siempre hay que basarse en la hoja de datos?

Hay una buena regla/fórmula - es que usted DEBE usar la hoja de datos a menos que usted sea un Maestro Jedi y/o un electronicista de cinturón negro. El primero puede evitar que se produzcan oscilaciones utilizando la fuerza. El segundo ha aprendido de memoria* las características de todos los reguladores conocidos y de muchos desconocidos.

La razón es que las implementaciones de los reguladores varían y los requisitos también, y si no se conocen las características del que se tiene, una respuesta que es ideal para uno puede ser fatalmente mala para otro.

Algunos reguladores son incondicionalmente estables independientemente de la capacitancia de salida.
Algunos reguladores son incondicionalmente estables con la capacitancia de salida por encima de un determinado valor.
Algunos reguladores son incondicionalmente estables si la capacitancia de salida está por encima de algún valor específico y por debajo de algún otro valor especificado Y si la ESR de la tapa de salida está por encima de cierto valor y por debajo de algún otro valor especificado.

El condensador de entrada suele ser sobre todo para conseguir una impedancia de entrada medio baja, pero la falta de uno o de uno suficiente puede conducir a la inestabilidad.

¿Qué tipo de regulador está utilizando?

Hoy he leído (en una hoja de datos, nada menos) que la capacitancia debe personalizarse para una aplicación determinada (no se ha dado más explicación), y también me han dicho que no es necesario añadir cápsulas si la tensión de entrada es estable.

Esto último podría ser correcto para algunos reguladores. La primera debe ser calificado en alguna parte - es decir, CÓMO de estable tiene que ser.

---

En los viejos tiempos, cuando el LM7805 era el rey, el condensador de salida se utilizaba principalmente para suministrar una corriente de pico rápida o para proporcionar una corriente de pico temporal superior a la capacidad del regulador. Se podía añadir todo lo que se quisiera sensatamente. Esos días han desaparecido en gran medida. La salida es ahora una parte de la estabilidad del bucle, así como del filtrado en sí mismo. Ahora normalmente no hay un límite correcto por encima del cual todo irá bien, sólo un rango correcto en el que hay que permanecer. Algunos reguladores modernos no tienen este requisito. A cambio de los requisitos más estrictos, a menudo se obtienen especificaciones mucho mejores.

---

*- Learned by heart = expresión inglesa = conoce y puede recordar perfectamente.

Answer 4

Determinar la estabilidad de un regulador lineal es una tarea no trivial en el mejor de los casos.

Se obtienen algunos indicios al examinar directamente la salida y aplicar una carga escalonada (observando la respuesta), pero ¿se puede garantizar la estabilidad en todas las condiciones?

La compensación suele ser interna e inaccesible, por lo que no se pueden utilizar los métodos convencionales de análisis de estabilidad (inyección de tensión combinada con mediciones de ganancia/fase de un analizador de respuesta en frecuencia).

La única alternativa es medir la impedancia de salida y calcular matemáticamente el margen de fase basándose en el retardo de grupo medido (del que se puede derivar Q, a partir del cual se puede estimar el margen de fase con una precisión de unos pocos porcentajes).

Si el fabricante recomienda unos valores determinados, hay que seguirlos. Si no es así, es posible que tengas que hacer muchas iteraciones empíricas de "pruebas de cambio" para encontrar algo que aparece estable, o bien, morder la bala y comprar/alquilar algún equipo de prueba sofisticado para probar la estabilidad.