Cualquier circuito que diseñes va a necesitar energía eléctrica para funcionar y aunque de manera aparente el paso de obtener una fuente de alimentación puede parecer trivial, en realidad se puede complicar mucho en función del tipo de fuente que estemos buscando y de las características que tiene que tener. En este tutorial vamos a tratar el uso del regulador lineal para montar una fuente de tensión variable lm317.
Lo más básico
El integrado lm317 es un regulador lineal entre cuyas características destaca la posibilidad de actuar como una fuente de tensión o como una fuente de corriente constante. Además los dos anteriores se pueden ajustar de forma estática o dinámica..
El integrado cuenta con 3 patillas y en algunos de los empaquetados un plano. El pin-out del módulo es sencillo y aunque varia con el tipo de empaquetado, como norma general:
- El pin izquierdo numerado como pin 1 será el Adj,
- El centro pin 2 será la salida Vout.
- El de la derecha pin 3 la tensión de entrada y su nombre Vin.
- El plano, también denominado como tab, como norma general está conectado internamente al pin 2 y es por tanto Vout.
Puedes ver los distintos empaquetados en la siguiente imagen.
Algunos parámetros
Existen multitud de parámetros importantes sobre este circuito integrado y lo cierto es que no voy a entrar en detalle con todos, pero te animo a que eches un vistazo al datasheet después de leer este artículo para que aprendas sobre el lm317.
Quizá dos de los parámetros más importantes sean la corriente máxima Imax y la Vin máxima, ambos datos los podemos encontrar en la hoja de datos y como norma general son:
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En el caso de que la diferencia entre VIn y VOut sea de 40v la Imax será de 0.5A. Lo cierto es que la corriente que podemos hacer pasar a través del integrado no es siempre la misma y si quieres ser más preciso puedes analizar el siguiente gráfico que nos proporciona Texax Instruments sobre su lm317 en el que se observa la relación entre la corriente que podemos demandar y la diferencia de tensión entre la entrada y salida. Se puede observar como si aumentamos la diferencia de tensión entre entrada y salida se reduce la corriente que podemos llegar a demandar.
Otros de los parámetros importantes podrían ser la resistencia de convección con el aire y la resistencia de convección con la placa que son respectivamente 23.3º/W y 4.9º/W para el empaquetado TO-220.
La temperatura máxima de la juntura que en este caso es de 150ºC. Estos valores nos pueden servir para saber si necesitamos colocar un disipador o incluso si se hace necesaria ventilación forzada, pero esto será un tema que trataremos en un futuro tutorial.
¿Qué circuito uso como fuente de tensión variable lm317?
Lo cierto es que si buscas en cualquier buscador como Google te saldrán cientos de circuitos distintos sobre como usar el lm317 como fuente de tensión. Partiendo del circuito básico que es el que vamos a tratar aquí se pueden hacer muchísimas modificaciones para conseguir distintos objetivos. Nuestro objetivo es que la tensión de salida del integrado dependa de un potenciómetro de tal manera que podamos variar el valor de tensión de salida girando el potenciómetro y para ello usaremos el siguiente circuito.
En el esquema se aprecian el LM317, una resistencia R1 y un potenciómetro R2. El valor de tensión a la salida del circuito depende de ambas resistencias y lo cierto es que la ecuación con la cual lo calculamos es bastante sencilla:
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A pesar de ser bastante sencilla, la vamos a simplificar aun más y es que debido a que la corriente del pin Adj es muy baja (entorno a 100μA) la podemos despreciar en comparación con el otro término de la suma y es por eso que para hacer una aproximación podemos usar:
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Por ejemplo podríamos dar un valor de 240Ω a R1 y 5k a R2 así como colocar un condensador de filtrado C1 de 0.1μF a la entrada del lm317, entre el pin de entrada y masa.
¿Cómo funciona el regulador LM317?
El funcionamiento creo que a estas alturas es bastante intuitivo, usando el potenciómetro podremos ajustar la tensión que hay a la salida del lm317 y así obtener el valor que necesitamos para hacer funcionar cualquier otro circuito que queramos alimentar.
En el caso de que necesites una fuente con una tensión fija y que no pueda ser modificada, solo tendrás que sustituir el potenciómetro por una resistencia fija que podras calcular despejando R2 desde la ecuación que vimos con anterioridad.
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Pero ¿qué hace de manera interna el lm317? Si bien es cierto que explicar el funcionamiento completo del integrado se puede complicar en exceso, de una manera bastante superficial podríamos decir que el integrado va a intentar mantener la tensión de salida 1.25v por encima de la tensión del pin Adj y es por eso que si medimos la tensión entre el pin de ajuste y el pin de salida (es decir la tensión que cae en R1 + entre el pin 1 y 2 de R2) obtendremos los archiconocidos 1.25v del lm317. Al modificar el valor del potenciómetro, lo que en realidad estamos haciendo es modificar el valor de tensón en el pin de ajuste del integrado.
Nada es perfecto
Ningún circuito es perfecto y en este tipo de circuitería de fuente de tensión variable lm317 tenemos un gran problema y es la disipación de energía. Toda energía disipada en este circuito se convierte en calor y el calor provoca un aumento de la temperatura de los componentes, lo que puede generar el funcionamiento incorrecto o fallo de los mismos. Por esto es muy importante tener controlada la disipación de energía y las temperaturas que se pueden alcanzar.
Imagina que tenemos una tensión de entrada de 30v y queremos una salida de 5v para alimentar una carga que consume una corriente I=1A, entonces la potencia disipada será:
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Por tanto, en el ejemplo anterior estamos convirtiendo 25w de energía eléctrica en calor y tendremos que tener mucho cuidado con ello.
Si quieres que veamos en un futuro tutorial como calcular que disipador usar para disipar correctamente el calor y no dañar el integrado, déjalo en los comentarios y no tardaré en hacerlo.
