Una forma de administrar el consumo de energía es regulando el voltaje de la fuente con un simple y común regulador lineal bipolar. Sin duda la regulación será buena, pero la energía disipada en forma de calor no lo será. Un regulador de tensión bipolar disipa mucha de la energía de entrada en forma de calor, y por ello, se calientan más que otros reguladores. Como consecuencia, más energía se "pierde" en el regulador y menos es transferida a la carga, perdiendo eficiencia.

Alternativas al regulador bipolar

Como alternativa, disponemos de los reguladores lineales LDO o Low Drop Out. Estos reguladores, fabricados generalmente con tecnología DMOS, transfieren más energía a la carga, minimizando las pérdidas en el mismo regulador, ya que la caída de tensión entre sus terminales de entrada y salida es mucho más baja que en los reguladores bipolares, aún a altas corrientes de carga. Por lo tanto, se calientan menos, necesitan disipadores térmicos más pequeños o un pad en el mismo PCB (placa electrónica) para facilitar la disipación de calor, y requieren voltajes de entrada menores para obtener una buena regulación, siendo por lo tanto más eficientes.

A modo de comparación, un regulador de voltaje bipolar requiere un voltaje de entrada al menos 2V mayor que el de salida para obtener una salida regulada. En cambio, un regulador de voltaje LDO requiere una diferencia de solo 0,6V, aproximadamente. Además, la caída de tensión entre los terminales de entrada y salida en un reguladores lineal LDO está en el orden de los 60mV, mientras que en un regulador de voltaje bipolar, está en el orden de los 2V, suponiendo que el voltaje de entrada es suficientemente mayor al voltaje de salida, de tal forma que permita una salida de voltaje regulada y estable. Más aún, si nuestra carga requiere 100mA, aproximadamente 500uA serán derivados por un regulador LDO para funcionar, en cambio un regulador bipolar requerirá unos 6 a 7mA.

Según los datos anteriores, ¿cuál será la potencia disipada por ambos reguladores? Suponiendo que nuestra carga es de sólo 100mA, podemos deducir que el regulador bipolar disipa 200mW y que el regulador LDO sólo 6mW. Es decir, el regulador bipolar disipa más de 33 veces la potencia de un regulador LDO, y eso que hablamos de sólo 100mA de carga. ¿Con cuál regulador creen que se prolongará más la vida de su batería?

Pero si el control de energía es crítico, tal vez nos veríamos tentados a utilizar un regulador de voltaje switching, también llamados "convertidores DC-DC". Esta es quizás la tecnología de administración de energía más eficiente en existencia, ya que a diferencia de las tecnologías lineales, los reguladores switching cuentan con un circuito de realimentación de conmutación, por lo que la energía transferida a la carga es administrada más "inteligentemente".

Ventajas de los reguladores switching

Otra gran ventaja de estos reguladores, es que existe mucha diversidad: los Step Down (voltaje de salida menor al de entrada); los Step Up (voltaje de salida es mayor al de entrada) y los inversores (polaridad del voltaje de salida distinta al de entrada). Comparativamente hablando, la eficiencia de un sistema de administración de energía switching es mucho mejor que el de los sistemas lineales.

Un regulador bipolar tiene una eficiencia de un 67% aproximadamente, mientras que un regulador LDO bordea un 88-89% y un regulador switching, el 94-96%. Pero si bien la eficiencia aumenta, aparecen otros problemas, como la interferencia de tipo EMI, propia de los sistemas conmutados. Pero para nuestra tranquilidad, algunas simples prácticas de diseño de PCBs solucionan este problema: utilizar condensadores de bajo ruido o ESR, ubicar los componentes de la etapa de administración de energía lo más cerca posibles unos de otros, pistas anchas y cortas y ángulos en 45º, ayudarán a disminuir estas emisiones dramáticamente.

Otra gran ventaja, es el amplio voltaje de entrada. Es posible encontrar en el mercado reguladores switching de 3 a 57V de entrada para una salida fija o variable. Por otro lado, como el sistema es conmutado, la disipación de energía es menor y los componentes se calientan menos. Esto es muy importante, sobre todo cuando las fuentes de poder alimentan sistemas que funcionan a alta frecuencia, donde las emisiones de calor son mayores.

Finalmente, el tamaño: Un regulador switching con capacidad para 3A puede fácilmente ser encontrado en una cápsula TO-220 o TO-263 (similar a la TO-220, pero en montaje de superficie), no así en un regulador lineal, en el que lo normal a esta corriente es una cápsula metálica T0-3, muy grande.

Respecto a los componentes anexos como inductancias y condensadores, están disponibles con cierta facilidad, y si su preocupación es la inductancia, en lo que respecta a la corriente que fluirá sobre ella, se pueden encontrar con facilidad inductancias en formato SMD de 1,7A promedio y más de 3A peak, ideales para fuentes de poder que alimenten módems GSM/GPRS, por ejemplo.