Guía de Selección de Reguladores de Voltaje Lineal

Una guía de selección de reguladores de voltaje es la referencia de decisión que utilizan ingenieros y compradores cuando la placa necesita un riel de voltaje limpio y simple, y la elección se encuentra entre las familias de reguladores. Un regulador de voltaje lineal es un circuito integrado que produce un voltaje de salida fijo o ajustable al disipar la diferencia entre la entrada y la salida como calor, y su simplicidad, bajo ruido y bajo costo lo convierten en la opción predeterminada para una gran proporción de rieles de alimentación en cada placa. La decisión de selección rara vez se trata solo del regulador lineal, porque el diseñador también evalúa el regulador de baja caída, el LDO, y el regulador conmutado, y la elección entre los tres es la primera y más importante decisión del diseño del riel. Esta guía explica cómo funcionan los reguladores lineales, cómo se comparan con el LDO y los reguladores conmutados, cómo leer las especificaciones, el voltaje, la corriente, la caída, la corriente de reposo y la térmica, cómo seleccionar el encapsulado y la familia, y cuándo el regulador conmutado es la mejor respuesta, para que un riel de voltaje se elija con evidencia en lugar de por costumbre.

La razón por la que una guía de selección es importante es que la debilidad del regulador lineal, su eficiencia, también es la fuente de sus fortalezas, y el diseñador tiene que igualar el compromiso con la aplicación. Un regulador lineal convierte el voltaje de exceso de entrada a salida en calor, por lo que la eficiencia disminuye a medida que crece el hueco de caída, y el diseño térmico se convierte en el límite de la corriente que puede entregar. Pero esa misma simplicidad ofrece la salida más limpia, el ruido más bajo, la respuesta más rápida y el costo más bajo, lo cual explica por qué el regulador lineal todavía domina los rieles de baja corriente y los sensibles al ruido. La selección es un ejercicio de coincidencia: la corriente y la caída deciden el calor, el calor decide el encapsulado, y la aplicación decide si el calor es aceptable. Esta guía recorre ese ejercicio de coincidencia de principio a fin, para que el siguiente riel en la placa se elija por los números, la familia, el encapsulado y el presupuesto térmico, en lugar de por la pieza que resultó estar en el cajón.

Cómo funciona un regulador de voltaje lineal

Un regulador de voltaje lineal produce un voltaje de salida estable al hacer pasar la corriente de entrada a través de un transistor de paso y disipar la diferencia entre la entrada y la salida como calor, y comprender ese hecho explica cada compromiso de selección en esta guía. El regulador senses the output, compares it to an internal reference, y ajusta la conducción del transistor de paso para mantener la salida al voltaje establecido, y la corriente que fluye a través del elemento de paso es la misma corriente que draw the load, por lo que la potencia disipada en el regulador es la diferencia de voltaje de entrada a salida multiplicada por la corriente de carga. La eficiencia es, por lo tanto, el voltaje de salida dividido por el voltaje de entrada, aproximadamente, y disminuye a medida que crece la caída entre la entrada y la salida. La potencia disipada aparece como calor en el encapsulado, y el encapsulado y la placa deben eliminar ese calor o la temperatura de unión del regulador excederá su calificación. La simplicidad del regulador lineal, un elemento de paso y un lazo de control, ofrece el bajo ruido, el bajo costo y la respuesta rápida que el regulador conmutado más complejo no puede igualar, y el calor es el precio de esa simplicidad.

La arquitectura interna también explica las dos familias que enmarcan al regulador lineal: el regulador lineal estándar y el regulador de baja caída. El regulador lineal estándar, siendo la familia 78xx la clásica, utiliza un arreglo de transistor de paso que requiere una diferencia mínima de entrada a salida, el voltaje de caída, de aproximadamente 2 voltios para las partes tradicionales, por lo que un 7805 de 5 voltios necesita aproximadamente 7 voltios de entrada para regular limpiamente. El LDO, el regulador de baja caída como el AMS1117 y el LM1117, utiliza un arreglo de elemento de paso diferente que reduce la diferencia mínima a unos pocos cientos de milivoltios, por lo que un LDO de 3.3 voltios puede regular desde una entrada de 3.6 voltios o 5 voltios con poca pérdida. El voltaje de caída es la especificación que separa las familias, y es el primer número que lee la selección, porque decide el voltaje de entrada mínimo que el riel puede tolerar y el calor que el riel generará. Las tres familias, lineal, LDO y conmutado, son el mapa de la selección, y la caída es el límite entre las primeras dos.

Lo que significa el voltaje de caída al seleccionar un regulador

El voltaje de caída es la menor diferencia entre la entrada y la salida en la que el regulador aún mantiene su salida especificada, y es el número que decide cuánto margen necesita el riel. Un regulador lineal tradicional con una caída de 2 voltios necesita que la entrada se sitúe al menos 2 voltios por encima de la salida en todo momento, incluyendo durante el rizado de entrada y los transitorios de carga, por lo que un riel de 5 voltios necesita que la entrada se mantenga por encima de aproximadamente 7 voltios. Un LDO con una caída de 0.3 voltios puede regular una salida de 3.3 voltios desde una entrada de 3.6 voltios, lo cual explica por qué el LDO es la pieza de elección para los rieles de batería y los rieles que funcionan cerca de la entrada. La caída también moldea el calor, porque la caída es el desperdicio mínimo y la diferencia real de entrada a salida es el desperdicio real, y un riel con una caída de 2 voltios funcionando desde una entrada de 12 voltios desperdicia mucho más que el mínimo. La selección lee la caída contra la fuente de entrada, la batería, el adaptador, el riel anterior, y el transitorio de la carga, y elige la familia cuya caída se ajuste al margen y al calor que el riel puede tolerar.

Reguladores lineales frente a LDO frente a reguladores conmutados

La selección entre los reguladores lineal, LDO y conmutado es la decisión central del riel, y las tres familias se mapean a las prioridades de la aplicación. El regulador lineal estándar gana en simplicidad, costo y ruido, y es la elección para los rieles de baja corriente y los rieles donde la caída de entrada a salida es pequeña, porque el calor es manejable y el circuito es una pieza y dos capacitores. El LDO gana en el bajo margen y la baja caída, y es la elección para los rieles que funcionan cerca de su entrada, los rieles de batería y los rieles derivados de un riel más alto con poco margen, donde el regulador conmutado es exagerado y el regulador lineal estándar no puede adaptarse. El regulador conmutado gana en eficiencia, y es la elección para los rieles con una gran diferencia de entrada a salida o alta corriente, donde el lineal y el LDO disiparían calor que ningún encapsulado y ninguna placa podrían eliminar. La selección es un triángulo de ruido, simplicidad y eficiencia, y la aplicación coloca el riel en el vértice que puede permitirse.

La comparación se lee mejor como una tabla de las tres familias en las dimensiones que importan. La eficiencia del lineal y del LDO es la salida dividida por la entrada, y colapsa en caídas grandes, mientras que la eficiencia del regulador conmutado se mantiene en 80 a 95 por ciento en todo el rango. El ruido de salida del lineal y del LDO es bajo, microvoltios de rizado, mientras que el regulador conmutado añade el rizado de conmutación y el EMI. El costo y la simplicidad favorecen al lineal y al LDO, una pieza y dos capacitores, frente al inductor, diodo, retroalimentación y cuidado del diseño del regulador conmutado. La respuesta favorece al lineal, cuyo lazo de control es rápido, frente al lazo más lento del regulador conmutado. La elección sigue los números: el riel de baja corriente y baja caída toma el lineal o el LDO, y el riel de alta corriente o gran caída toma el regulador conmutado, y las secciones restantes de la guía leen las especificaciones que hacen precisa la elección.

Dimensión	Regulador lineal	Regulador LDO	Regulador conmutado
Eficiencia	Salida/entrada, cae en gran caída	Salida/entrada, mejor en baja caída	80–95%, se mantiene en todo el rango
Ruido de salida	Bajo, sin rizado de conmutación	Bajo, sin rizado de conmutación	Rizado de conmutación y EMI
Costo y componentes	Una pieza, dos capacitores	Una pieza, dos capacitores	Inductor, diodo, retroalimentación, diseño
Caída requerida	~2 V para 78xx clásico	~0.1–0.6 V	N/A, arquitectura boost/buck
Mejor uso	Corriente pequeña, caída pequeña, sensible al ruido	Bajo margen, rieles de batería	Alta corriente, gran diferencia de entrada-salida

Especificaciones clave al seleccionar un regulador lineal

La selección del regulador lineal lee un conjunto de especificaciones que cada una decide una parte del diseño, y conocerlas previene los fallos que el voltaje y la corriente destacados ocultan. El voltaje de salida es el primero y el más simple, fijo para las variantes 78xx y AMS1117 o ajustable para el LM317 y los LDO ajustables, y debe coincidir con el objetivo del riel dentro de la tolerancia que permite la carga. La corriente de salida es la siguiente, y debe cubrir el peor caso de la carga más el margen para los transitorios y la carga del capacitor, porque un regulador funcionando en su límite de corriente colapsa bajo el pico. El voltaje de caída, leído como especificación, decide el mínimo de entrada y el calor, como describió la sección anterior. La corriente de reposo es la corriente que el regulador consume para funcionar, y importa para los rieles de batería donde cada microamprio cuenta y para los rieles siempre activos. La regulación de línea y de carga state qué tan bien la salida se mantiene contra los cambios de entrada y carga, y el coeficiente de temperatura indica la deriva de la salida a través del rango. Las especificaciones son la respuesta de la hoja de datos a los requisitos del riel, y la selección lee cada una contra el diseño.

La selección también lee las clasificaciones que deciden la supervivencia del componente, y merecen su propia atención. El voltaje máximo absoluto de entrada decide las condiciones de pico y reversa que el regulador debe sobrevivir, y la entrada debe protegerse con los capacitores y los diodos de protección que requiere la hoja de datos. La clasificación de temperatura de unión y la resistencia térmica deciden el calor que el paquete puede mover, y la temperatura de unión es igual a la temperatura ambiente más la potencia disipada por la resistencia térmica, un número que debe mantenerse por debajo de la clasificación. La protección contra cortocircuito y térmica deciden el comportamiento bajo falla, el pliegue hacia atrás y el apagado que proporcionan los reguladores clásicos, y el comportamiento de límite de corriente que el diseño debe tolerar. La resistencia térmica del paquete, los valores de unión a ambiente y de unión a carcasa, decide el disipador de calor y el cobre de placa que necesita el diseño. Las clasificaciones son la capa de la selección que los números destacados ocultan, y el ingeniero que las lee selecciona el componente que sobrevive, no solo el componente que regula.

Cómo leer la especificación térmica de un regulador lineal

Leer la especificación térmica es el cálculo que decide si un regulador lineal es factible con la corriente que necesita el diseño. Calcule la potencia disipada, la diferencia de entrada a salida por la corriente de salida, y sume la potencia de reposo, y calcule la temperatura de unión, la temperatura ambiente más la potencia disipada por la resistencia térmica de unión a ambiente. Compare la temperatura de unión con la clasificación máxima de unión del componente, y cuando excede la clasificación, las opciones son la corriente más baja, el paquete más grande, el disipador de calor, el cobre de placa, el ambiente más bajo, o el regulador conmutado. La resistencia de unión a ambiente es la capacidad del paquete para disipar calor al aire quieto, y la resistencia de unión a carcasa más la resistencia de carcasa a disipador modelan la ruta del disipador para el TO-220 y los paquetes de potencia. El cálculo es la puerta de la selección, y es la razón por la cual los rieles de alta corriente y gran caída dejan la familia lineal para la familia conmutada, porque ningún paquete puede disipar los vatios. La lectura térmica es la disciplina que convierte una selección de regulador de una elección de voltaje y corriente en un diseño térmico.

Selección por voltaje, corriente y caída

La selección por voltaje, corriente y caída es el corazón práctico del método, y se ejecuta en un orden claro. Primero establezca el voltaje de salida, el valor fijo para las partes fijas o la red de resistores para las partes ajustables, y confirme la tolerancia contra la carga. Segundo establezca la corriente de salida, la carga en el peor caso más el margen, y confirme la clasificación del componente y su factibilidad térmica a esa corriente y la caída de entrada a salida. Tercero establezca la caída, la entrada mínima que el riel debe tolerar, la celda baja de la batería, la caída del adaptador, y la tolerancia del riel anterior, y elija la familia cuya caída se ajuste, el lineal estándar para el margen generoso y el LDO para el ajustado. Los tres ajustes estrechan el campo a la familia y la clasificación, y las especificaciones restantes, el ruido, la corriente de reposo y la protección, deciden el componente específico. El orden de selección es el esqueleto del método, y el resto de las especificaciones se apoyan en él.

La selección también lee los requisitos especiales de la aplicación, porque el voltaje y la corriente no capturan cada riel. Un riel para el front-end analógico lee el ruido y el PSRR, un riel para el módulo inalámbrico lee el rizado y la respuesta transitoria, un riel para la memoria o la lógica lee la tolerancia y la secuenciación, y un riel para la batería lee la corriente de reposo y la caída en la celda baja. Los requisitos de la aplicación son los desempates que seleccionan entre los componentes que pasan los filtros de voltaje y corriente, y son la razón por la cual dos diseños con el mismo riel de 3.3 voltios pueden legítimamente seleccionar componentes diferentes. El método de selección es por tanto un embudo, el voltaje y la corriente y la caída estrechan el campo, y los requisitos especiales de la aplicación eligen al ganador, y el embudo es la disciplina que mantiene la selección fundamentada en el diseño en lugar de en la costumbre.

Cómo elegir un regulador lineal fijo versus ajustable

La elección entre fijo y ajustable es una decisión pequeña con una regla clara. Elija el regulador fijo cuando el riel es un voltaje estándar, el de 5 voltios, el de 3.3 voltios, el de 2.5 voltios y similares, y el diseño necesita la menor cantidad de componentes y el arranque más ajustado, porque el componente fijo es un componente y su referencia interna y divisor están ajustados de fábrica. Elija el regulador ajustable, el LM317 y los LDO ajustables, cuando el riel es un voltaje no estándar, cuando el diseño necesita un valor que el catálogo fijo no ofrece, o cuando el mismo componente debe servir varios rieles en la placa cambiando un resistor, porque el componente ajustable convierte un dispositivo en una familia de salidas. El componente ajustable conlleva el costo del divisor de resistores externo y su tolerancia, que se suma a la tolerancia de salida, y conlleva el riesgo de la deriva del resistor y el ruido de layout en el pin de ajuste. La regla es preferir el componente fijo para los rieles estándar y el componente ajustable para los no estándar y los compartidos, y la elección es la letra pequeña de la selección que el requisito de voltaje decide.

Diseño térmico y selección del encapsulado

La selección del encapsulado es el diseño térmico hecho físico, y es la mitad de la selección de la que provienen la mayoría de los fallos. La resistencia térmica del encapsulado, los valores de unión a ambiente y de unión a carcasa, determina cuánta calor puede disipar el componente, y la elección del encapsulado sigue la potencia disipada: el pequeño SOT-23 y el SOT-89 para los rieles de milivatios, el SOT-223 y el SO-8 y el DPAK para el rango de vatios, y el TO-220 y los encapsulados de mayor potencia para los vatios que necesitan el disipador de calor. La placa es el segundo disipador de calor, y el área de cobre y las vías bajo el pad térmico transportan el calor hacia afuera, por lo que el diseño del pad térmico es parte del diseño térmico. La temperatura ambiente y el gabinete completan el panorama, porque la temperatura de unión es el ambiente más los vatios por la resistencia, y el gabinete que atrapa el calor eleva el ambiente que ve la unión. El encapsulado y la placa y el gabinete son el sistema térmico, y la selección dimensiona el sistema según la potencia disipada que demanda el riel.

El diseño térmico también lee el ciclo de trabajo de la carga y el peor caso, porque el calor sigue la corriente y la corriente sigue la aplicación. Un riel que funciona a corriente completa continuamente necesita el análisis térmico completo, y un riel que funciona a corriente completa brevemente y está inactivo se sirve con la potencia promedio y la constante de tiempo térmica de la placa. El peor caso, el voltaje de entrada máximo, la carga máxima y el ambiente máximo, es la condición que el diseño térmico debe sobrevivir, y la selección usa el peor caso en lugar del típico. El diseño térmico es la puerta que respeta la familia lineal, y el riel cuyos vatios exceden la capacidad del encapsulado para disiparlos es el riel que pertenece a la familia de conmutación, sin importar lo que sugieran el ruido y la simplicidad. La lectura térmica es el juez honesto de la selección, y es la razón por la cual la comparación anterior de la guía dejó los rieles de alta potencia al regulador de conmutación.

Cómo seleccionar un encapsulado de regulador para la potencia que necesita el riel

Seleccionar el encapsulado para la potencia que necesita el riel es un cálculo y un mapa. Calcule la potencia disipada en el peor caso, y lea la resistencia térmica del encapsulado contra el ambiente para encontrar la temperatura de unión, luego haga coincidir la potencia con la capacidad del encapsulado para disiparla. Para los rieles de menos de un vatio, el SOT-23 y el SOT-89 disipan los milivatios con el cobre de la placa. Para los rieles de uno a dos vatios, el SOT-223 y el SO-8 y el DPAK transportan los vatios con el generoso cobre de la placa y las vías térmicas. Para los vatios más altos, el TO-220 y el DPAK con disipador de calor o el área de cobre grande son la respuesta, y la resistencia del disipador de calor de caso a ambiente se suma al modelo. La regla es dejar margen, porque la placa real, el gabinete y el flujo de aire difieren de los números en aire libre de la hoja de datos, y el componente que cabe al límite en la hoja de datos se sobrecalienta en el producto. La selección del encapsulado es la decisión física del diseño térmico, y el cálculo y el margen son lo que mantienen la unión dentro de su especificación a lo largo de la vida del producto.

Familias de Reguladores Lineales: 78xx, LM317, LM1117 y Sus Reemplazos

Las familias de reguladores lineales son el vocabulario de trabajo de la selección, y conocerlas hace que el reemplazo y el aprovisionamiento de la pieza seleccionada sean sencillos. La familia 78xx, el 7805, el 7812, y el resto, es el regulador positivo fijo clásico con un dropout generoso de 2 voltios, un TO-220 y SO-8 y una gama de encapsulados, y una distribución de pines tan estandarizada que la familia es compatible en pines entre los proveedores, el LM7805, el L7805, el KA7805, y el conjunto de piezas domésticas que comparten la distribución de tres pines. El LM317 es el regulador ajustable clásico, su salida establecida por dos resistores, y también está estandarizado entre los proveedores con la misma distribución de pines en el TO-220 y el SO-8. El LM1117 y el AMS1117 son la familia LDO, las piezas de baja caída de 3.3 y 5 voltios que regulan desde unas pocas centenas de milivoltios de margen, y comparten una distribución de pines que el mercado reproduce entre los proveedores. Las familias son el catálogo del que parte la selección, y la compatibilidad en pines entre los proveedores es la razón por la cual una pieza seleccionada es también una pieza reemplazable.

Vale la pena explicitar el ángulo del reemplazo, porque la selección de un regulador lineal es también la selección de una pieza que será aprovisionada y eventualmente substituida. La compatibilidad en pines de la familia 78xx significa que una placa diseñada alrededor de un LM7805 puede ser abastecida por un L7805, un KA7805, o un 7805 doméstico, con la misma huella y la misma prueba, que es el ejemplo clásico del reemplazo compatible en pines con el que comercia el catálogo de este sitio. El AMS1117 y el LM1117 comparten la distribución de pines LDO, y la familia LM317 comparte la distribución de pines ajustable, por lo que la selección de cada familia abre el mercado de reemplazo de esa familia. Por lo tanto, el método de selección de la guía termina donde comienza el aprovisionamiento, la familia seleccionada, la compatibilidad en pines, y las opciones de reemplazo, y es la razón por la cual el regulador lineal es una de las piezas más amigables en el catálogo tanto para seleccionar como para reemplazar. Las familias son el vocabulario, y la compatibilidad en pines es la gramática, y la selección y el reemplazo hablan el mismo idioma.

Cómo substituir un regulador 78xx o LDO de manera segura

Substituir un regulador 78xx o un LDO de manera segura es el método compatible en pines aplicado a la familia. Confirmar el encapsulado y la distribución de pines primero, las variantes TO-220, SO-8 y SOT-223 tienen huellas diferentes, y la asignación de pines debe coincidir con la placa. Confirmar el voltaje de salida y la corriente segundo, el reemplazo del 7805 debe ser una pieza de 5 voltios con la capacidad adecuada para la carga, y el reemplazo LDO debe coincidir con la salida y la caída que necesita el riel. Confirmar la caída y lo térmico tercero, porque un reemplazo lineal estándar para un riel LDO no puede regular desde el margen reducido del LDO, y una pieza con un peor paquete térmico se sobrecalienta con la corriente que consume el riel. Confirmar el rango de entrada y la protección cuarto, los valores máximos absolutos y la protección inversa deben coincidir con las condiciones de la placa. Y probar el reemplazo en la placa, la precisión de salida, el escalón de carga, y lo térmico a través de la temperatura, y registrar la comparación. La substitución es el método de selección aplicado a la familia, y la disciplina es lo que mantiene un reemplazo compatible en pines funcionando correctamente, que es el estándar que este catálogo aplica a cada pieza que envía.

Ruido, PSRR y las aplicaciones de precisión

La baja perturbación por ruido del regulador lineal es su principal ventaja frente al regulador conmutado, y las aplicaciones de precisión y las aplicaciones analógicas son donde esa ventaja decide la selección. El ruido de salida de un regulador lineal se especifica como la densidad espectral y el ruido integrado total, y importa para las frontales analógicas, las rutas de audio, los rieles de sensores y los rieles de referencia, donde el ruido de la fuente de alimentación se acopla a la señal. La relación de rechazo de la fuente de alimentación, el PSRR, indica qué tan bien el regulador atenúa el ruido y el rizado en su entrada, y importa para los rieles derivados de una fuente ruidosa, un riel conmutado o un adaptador de red. Las aplicaciones de precisión seleccionan las piezas de bajo ruido y alto PSRR, y la selección lee las curvas de ruido y PSRR contra el requisito de la señal en lugar de contra el número único de la hoja de datos. El ruido y el PSRR son las especificaciones que el voltaje y la corriente principales no capturan, y son la razón por la cual dos rieles con la misma salida seleccionan piezas diferentes.

El ruido y el PSRR también conectan la selección con el resto de la placa, porque la limpieza del riel es una propiedad del sistema en lugar de una propiedad de la pieza. El capacitor de entrada y el capacitor de salida dan forma al ruido y a la estabilidad, el desacoplamiento de la carga importa, y el diseño de masa acopla o aísla el ruido. La selección, por lo tanto, empareja la pieza de bajo ruido con el desacoplamiento y el diseño que la aplicación necesita, y la sección de aplicaciones de la hoja de datos es la guía para los valores de capacitor y el diseño. El riel de precisión es un sistema, y la selección es el primer elemento del sistema en lugar de la totalidad del mismo. El ruido y el PSRR son la razón de ser del regulador lineal, y la aplicación que los necesita es la aplicación que la familia lineal, y no la familia conmutada, está seleccionada para servir.

Cómo leer la curva PSRR de un regulador lineal

Leer la curva PSRR es leer cómo el regulador rechaza el ruido de entrada a través de la frecuencia, y es el número que el diseño de precisión realmente usa. El PSRR se representa como el rechazo en decibelios contra la frecuencia, y es alto en las frecuencias bajas, decenas de decibelios, y cae a medida que la frecuencia aumenta, con la curva moldeada por el lazo de control del regulador y su compensación interna. El diseño lee el PSRR en las frecuencias donde vive el ruido de entrada, la frecuencia de conmutación del riel anterior, la red eléctrica y sus armónicos, y el ruido de banda ancha, y compara el rechazo en esas frecuencias contra la tolerancia de la señal. Un regulador con un PSRR alto en baja frecuencia pero una curva descendente en alta frecuencia rechaza bien el rizado de 100 hercios y mal el rizado de conmutación de megahercios, y el diseño lo empareja con el filtrado que cubre las frecuencias que rechaza débilmente. La curva PSRR es el instrumento de selección de precisión, y es la razón por la cual el riel de bajo ruido se selecciona por la curva en lugar de por el número principal.

Cuando un regulador conmutado es la elección correcta

Los reguladores lineales y LDO tienen sus límites, y el regulador conmutado es la elección correcta donde los límites muerden. Elija el regulador conmutado cuando la corriente es alta, cuando la diferencia de entrada a salida es grande, o cuando la eficiencia y el calor importan más que el ruido, porque la familia lineal disipa el exceso como calor que ningún paquete puede disipar y la familia conmutada lo convierte en salida con una eficiencia del 80 al 95 por ciento. Elija el regulador conmutado cuando el riel debe reducirse desde un bus alto, un riel de 24 voltios o 48 voltios, a un riel lógico bajo, donde el desperdicio lineal sería catastrófico. Elija el regulador conmutado cuando el presupuesto térmico de la placa ya está gastado, y cuando la duración de la batería depende de la eficiencia de conversión en lugar de la corriente de reposo. El regulador conmutado paga por su eficiencia con el ruido, el rizado, el EMI, el costo y el cuidado del diseño, y el diseño que necesita la eficiencia acepta el costo. La selección entre las familias lineal y conmutada es la selección entre el riel limpio y simple y el riel eficiente, y los números deciden cuál puede costear la aplicación.

La elección conmutada también respeta los diseños híbridos, porque las dos familias trabajan juntas en lugar de exclusivamente. Una placa que usa un regulador conmutado para reducir el bus alto a un riel intermedio y un lineal o LDO para limpiar ese riel para las cargas analógicas y sensibles obtiene la eficiencia del conmutador y el ruido del lineal en el mismo diseño, y la cascada es una de las arquitecturas de potencia más comunes en electrónica. La cascada lee el rizado del conmutador en el PSRR del lineal, y selecciona el lineal o LDO cuyo rechazo cubre la frecuencia del conmutador. El método de selección, por lo tanto, elige la familia por riel, el conmutador para la etapa de alta potencia y el lineal para el riel limpio, y la cascada es el sistema que las dos familias construyen juntas. La guía de selección del regulador lineal es la mitad del diseño de potencia, y la elección conmutada es la otra mitad, y las dos mitades se encuentran en la cascada.

Ejemplo de Aplicación: Selección de un Riel para una Placa de Control Industrial

La selección de un riel para una placa de control industrial es el ejemplo de aplicación que muestra toda la selección en un diseño real, y el caso es una placa que funciona con una alimentación industrial de 24 voltios y necesita un riel lógico de 5 voltios y un riel limpio de 3,3 voltios para una sección analógica. El primer riel, el lógico de 5 voltios, proviene del bus de 24 voltios a través de un regulador conmutado, porque la caída de 19 voltios a la corriente lógica disiparía vatios que ningún paquete lineal podría disipar, y el regulador conmutado reduce los 24 voltios a un riel intermedio de 5 voltios con una eficiencia de clase del 80 por ciento. El segundo riel, el riel limpio de 3,3 voltios, proviene del riel intermedio de 5 voltios a través de un LDO, porque la caída de 1,7 voltios a la corriente analógica es una potencia pequeña que el LDO disipa, y el bajo abandono del LDO y su bajo ruido le dan a la sección analógica la alimentación limpia que el riel conmutado no puede proporcionar. La selección lee la familia por riel, el conmutado para la alta caída y el paso de alta corriente y el LDO para el paso limpio de baja caída, y la cascada es la arquitectura que la sección conmutada describió. El ejemplo de aplicación muestra la selección como una decisión por riel, y es la decisión que el flujo de trabajo formaliza.

El ejemplo de aplicación también lee las verificaciones que la placa industrial añade, porque el entorno industrial cambia los pesos de la selección. Los transitorios del bus de 24 voltios y las condiciones inversas leen la protección de entrada, el capacitor de entrada y el TVS que la hoja de datos recomienda, y el rango de temperatura, el ambiente industrial, lee el cálculo térmico en el peor de los casos en lugar de en el banco de pruebas. La precisión de la sección analógica lee el ruido y el PSRR del LDO, y el riel de la sección digital lee la tolerancia y la carga. La placa industrial es el modelo de los pesos reales de la selección, y es el modelo que el flujo de trabajo y la lista de verificación de la siguiente sección convierten en un procedimiento, que es la finalización práctica de la guía de selección de reguladores de voltaje lineales.

Un Flujo de Trabajo para Seleccionar un Regulador de Voltaje Lineal

El método de selección completo cabe en un flujo de trabajo que un ingeniero ejecuta en el mismo orden. Primero, establezca los requisitos del riel, el voltaje de salida, la corriente en el peor de los casos, el rango de entrada y su caída, la tolerancia, el ruido y el presupuesto térmico. Segundo, elija la familia, el lineal para la corriente pequeña y el riel de baja caída y sensible al ruido, el LDO para el riel de margen ajustado, y el conmutado para el riel de alta corriente y gran caída, y registre la elección. Tercero, lea las especificaciones, el abandono, la corriente de reposo, la regulación, el ruido, el PSRR y la protección, contra los requisitos del riel. Cuarto, calcule lo térmico, la potencia disipada en el peor de los casos, la temperatura de unión y el paquete que la disipa, y elija el paquete y el disipador de calor. Quinto, seleccione la pieza de la familia, la fija o la ajustable, el paquete y el proveedor, y confirme la compatibilidad de pines y las opciones de reemplazo para el aprovisionamiento. Sexto, verifique en la placa, la precisión de salida, el paso de carga, el transitorio, el ruido y lo térmico en todo el rango de temperatura, y registre las mediciones. Esa secuencia es el método de selección de reguladores de voltaje lineales, y es el mismo método ya sea que el riel sea un riel lógico de 3,3 voltios o un riel analógico de 5 voltios.

El flujo de trabajo es la razón por la cual un riel de voltaje se elige con evidencia en lugar de con hábito. Con los requisitos establecidos, el riel está definido. Con la familia elegida, la compensación es explícita. Con las especificaciones leídas, la pieza se ajusta al diseño. Y con lo térmico calculado y la pieza verificada, el riel sobrevive a la vida del producto. Todo el valor del método es que el regulador lineal, la pieza de potencia más simple en la placa, se selecciona con el mismo cuidado que la más compleja, porque el calor de la pieza simple y su abandono y su ruido llevan la confiabilidad del riel, y la disciplina de la selección es lo que mantiene la placa funcionando. Un ingeniero que ejecuta este flujo de trabajo selecciona un regulador de voltaje lineal con una elección de familia, una lectura de especificaciones y un cálculo térmico, que es todo el punto de una selección de regulador de voltaje lineal bien hecha.