Nuestro grupo de trabajo ha estado horas buscando para darle solución a tus preguntas, te regalamos la solución así que nuestro objetivo es que te sea de gran ayuda.
Solución:
1) Cuando se usa un diodo Zener como elemento de regulación como en este circuito:
la desventaja es que el circuito debe configurarse de manera que siempre fluya algo de corriente a través del diodo Zener. El diodo Zener actúa como derivación regulador, “quema” la corriente que “sobra” en lugar de limitar la corriente que fluye cuando se necesita poca corriente. Cuando la carga no toma corriente, toda la corriente que no toma la carga tiene que pasar por el zener. Eso desperdicia poder. En la práctica, este circuito solo es adecuado para cargas que consumen una corriente baja y preferiblemente también una corriente algo constante.
Entonces, ¿por qué usaría este circuito?
Bueno es barato.
A regulador lineal como el LM7805 o un circuito basado en transistor zener + como este:
formar un regulador de serie (no derivación). Estos reguladores tienen la ventaja de que consumen solo la corriente necesaria. Cuando la carga no toma corriente, solo se usa una pequeña cantidad de energía.
Estos circuitos son un poco más caros ya que se necesita un transistor o un chip regulador de voltaje como el LM7805.
2) Decir que el LM7805 es un mal regulador porque simplemente “quema” el exceso de energía no está contando toda la historia. El LM7805 (y LM317 y similares) todavía se usan mucho para que tengan claramente su propósito.
El hecho es que para cargas que no necesitan mucha corriente, digamos hasta 100 mA, entonces estos reguladores lineales son una buena eleccion.
Solo cuando necesite (mucho) más actual, entonces podría ser más eficiente (menos potencia convertida en calor) cuando un regulador de conmutación se utiliza. Un ejemplo típico de uso de un regulador de conmutación es convertir 12 V (batería de automóvil o panel solar) a 5 V (USB) para alimentar dispositivos. Entonces podría ser necesaria una corriente de hasta 2 A. A 12 V, 2 A, un regulador lineal necesitará “quemar” 7 V a 2 A, es decir, 14 vatios, lo que requiere un disipador de calor sustancial. Incluso un regulador conmutado barato como un LM2596 puede hacer eso de manera mucho más eficiente sin el gran disipador de calor.
Así que no creas que alguna solución de circuito es siempre mejor que el otro. Es más complejo que eso. La solución más óptima depende de lo que se necesite. Como voltaje de entrada, corriente en carga, costo, etc. En el mundo real, los ingenieros usan todas las soluciones que he mostrado aquí, eligen la que mejor se adapta a una situación determinada.
Si entiendo correctamente, este fenómeno ocurrirá solo cuando el diodo Zener esté conectado con la carga en paralelo. ¿Qué pasa si conecto mi diodo Zener con mi carga en paralelo?
Entonces tienes la situación que has descrito. El diodo Zener tiene que pasar o “derivar” toda la corriente no consumida por la carga.
Además, alguien dijo que el regulador de voltaje lineal (por ejemplo, LM7805) no es un buen regulador de voltaje ya que la potencia que se disipa en él es mucho mayor que la del regulador de voltaje de conmutación.
Es un buen regulador porque regula bien el voltaje y ese es su trabajo. No es un eficiente regulador y reguladores de conmutación son mejores desde ese punto de vista.
Según tengo entendido, la potencia disipada en un regulador de voltaje lineal se puede calcular mediante Dropout Voltage x Current. Energía convertida en calor.
Correcto. Pero tenga en cuenta que cuando se requiere poca corriente, la disipación de potencia disminuye en proporción. Mientras tanto, la disipación del poder Zener incrementar con carga decreciente.
¿Qué pasa si conecto mi diodo Zenzer con mi carga en serie?
Luego, su carga obtiene una caída de voltaje fija del suministro. Digamos que tiene un suministro que varía de 8 a 12 V y coloca un Zener de 4.7 V en serie, entonces su carga obtendría 3.3 V a 7.3 V con ese suministro. Eso no se consideraría un regulador de voltaje.
Esto es más como un comentario extenso sobre la respuesta de @ Bimpelrekkie que realmente una respuesta en sí misma. Solo voy a esbozar un par de casos más en los que un regulador lineal puede tener más sentido que un regulador de conmutación.
@Bimpelrekkie señaló que un regulador lineal puede tener sentido cuando no consume mucha corriente. Agregaría que también puede tener sentido cuando el voltaje de entrada está muy cerca del voltaje de salida. Por ejemplo, hace años diseñé un pequeño circuito que usaba partes de 3.3V y necesitaba conectarlo a un sistema que admitiera dispositivos de bus CAN con un suministro de 3.5V. Podría (en el peor de los casos) consumir alrededor de 2 amperios, pero como solo estaba cayendo 0.2 voltios, la potencia máxima disipada en el regulador fue de alrededor de 400 mW. Esto (como la mayoría de las “cosas” del bus CAN) estaba en un automóvil, por lo que el consumo de energía adicional no era un gran problema en sí mismo.
Segundo punto: un regulador lineal produce una salida mucho más “limpia”. Un regulador de conmutación básicamente hace PWM, por lo que tiene pulsos de voltaje que salen del interruptor. Luego lo pasa a través de un filtro para suavizarlo a algo que se acerque a un voltaje de CC constante, pero aún así terminará con algo de ondulación. El nivel de ondulación puede variar según la corriente que esté consumiendo (y tiende a ser inversamente proporcional al consumo de corriente, ya que un consumo reducido significa un ciclo de trabajo reducido). Particularmente para algunos circuitos analógicos, es posible que casi necesite un regulador lineal para reducir la ondulación a un nivel aceptable.
Ponerlos juntos conduce a un diseño bastante común: comience con un regulador de conmutación para que su voltaje esté muy cerca (pero solo un poco más) de lo que necesita. Luego siga eso con un regulador lineal que solo tiene que eliminar la ondulación. Entre los dos, puede obtener una salida extremadamente limpia y sin ondulaciones, pero aún así mantener la disipación de energía al mínimo (aunque, a expensas de un regulador algo más grande y complejo).
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