Artículo de fondo escrito por Fionn Sherrin, director de línea de producto, división de potencia e interfaz analógica en la compañía Microchip Technology.
Los reguladores lineales son el método de conversión DC-DC regulado más sencillo.
Así, estos reguladores lineales pueden diseñarse para mantener una tensión de salida constante o una corriente de salida constante, pero las implementaciones de tensión de salida constante son mucho más comunes.
La implementación real dentro del regulador podría ser un transistor PMOS actuando como fuente de corriente controlada por voltaje, forzando que la salida sea igual a una tensión de referencia con un bucle de retroalimentación cuidadosamente diseñado (ver Figura 1).
Sin embargo, para la mayoría de los propósitos prácticos, actúa como una resistencia variable (ver Figura 2).
Si cambia el voltaje de entrada, el voltaje de salida o la corriente de salida, el dispositivo ajustará la resistencia a través de él para mantener una salida constante.
A diferencia de los reguladores conmutados que hacen que los transistores de gran potencia pasen de estar completamente encendidos a completamente apagados, los reguladores lineales utilizan pequeños cambios en la tensión de la puerta o corriente base para polarizar el dispositivo de potencia con la resistencia justa y así regular la salida.
El bucle de control está configurado dentro del dispositivo y, salvo por los condensadores de entrada y salida especificados, no se requiere compensación externa.
Limitaciones importantes en los reguladores lineales
Los reguladores lineales tienen dos limitaciones clave: son ineficientes y solo pueden conducir voltaje de reducción de tensión. Sin embargo, a pesar de estos inconvenientes, los reguladores lineales dominan el panorama DC-DC y son el método de conversión DC-DC más común implementado hoy en día. Esto se debe principalmente a tres ventajas: ruido, corriente de reposo y coste.
La disipación de potencia es la principal desventaja de un regulador lineal. La potencia disipada en el regulador lineal es producto del voltaje a través del dispositivo y la corriente que fluye a través de él (P = I*V, igual que una resistencia).
Las cargas que requieren más corriente, o grandes diferencias de tensión entre entrada y salida, serán aplicaciones ineficientes de reguladores lineales.
Otra limitación clave de los reguladores lineales es que no pueden aumentar la tensión o corriente de salida en comparación con la tensión y corriente de entrada. Los convertidores de conmutación, dependiendo de la topología, pueden aumentar o disminuir la tensión de entrada (o corriente).
Los reguladores lineales no pueden hacer eso, sino que la corriente de salida y el voltaje de salida siempre serán inferiores a los de entrada.
El paso mínimo de voltaje que el dispositivo puede mantener entre entrada y salida se denomina voltaje de caída, y esta es la característica definitoria del regulador de baja caída (LDO).
