Regulador de voltaje con diodo Zener
Características de los reguladores de voltaje con diodo zener
El diodo zener se puede utilizar para regular una fuente de voltaje no regulada. Este semiconductor se fabrica en una amplia variedad de voltajes y potencias.
Estos van desde menos de 2 voltios hasta varios cientos de voltios, y la potencia que pueden disipar va desde 0.25 watts hasta 50 watts o más.
La potencia que disipa un diodo zener es simplemente la multiplicación del voltaje para el que fue fabricado por la corriente que circula por él. Pz = Vz x Iz. Esto significa que la máxima corriente que puede atravesar un diodo zener es: Iz = Pz/Vz. (en amperios). Donde:
- Iz = Corriente que pasa por el diodo Zener
- Pz = Potencia del diodo zener (dato del fabricante)
- Vz = Voltaje del diodo zener (dato del fabricante)
Ejemplo: La corriente máxima que un diodo zener de 10 Voltios y 50 Watts puede aguantar, será: Iz = Pz/Vz = 50/10 = 5 amperios.
Cálculo de resistor limitador de corriente Rs
El cálculo del resistor Rs está determinado por la corriente que pedirá la carga (lo que vamos a conectar a esta fuente de voltaje). Ver esquema del regulador de voltaje con diodo zener, con el resistor Rs conectado entre Vin y el cátodo del zener.
Este resistor se puede calcular con la siguiente fórmula: Rs = [Venmin – Vz]/1.1 x ILmáx, donde:
- Ven (min): es el valor mínimo del voltaje de entrada. (acordarse que es un voltaje no regulado y puede variar)
- IL (max): es el valor de la máxima corriente que pedirá la carga.
- El factor “1.1” se deduce de: 1 + 0.1.
- 1 es el 100% de la corriente que pasa por la carga y …
- 0.1 es el 10% de la corriente de la carga, y que se asume que pasa por el diodo zener.
Una vez conocido Rs, se obtiene la potencia máxima del diodo zener, con ayuda de la siguiente fórmula:
PD = [[ Venmin-Vz ] / Rs] x Vz
Ejemplo de un diseño de regulador de voltaje con diodo zener
Una fuente de voltaje de 15 voltios debe alimentar una carga con 9 voltios, que consume una corriente que varía entre 200 y 350 mA. (miliamperios). Se escoge un diodo zener de 9.1 voltios (muy cercano a 9 voltios y….
- Cálculo de Rs: Rs = (15 – 9.1) / (1.1 x 0.35) = 15 ohms
- Cálculo de la potencia del diodo zener: PD = [(15 – 9.1) / 15] x 9.1 = 3.58 watts.
Como no hay un diodo zener de 3.58 Vatios, se escoge uno de 5 vatios que es el más cercano
- Potencia de Rs: Un cálculo adicional es la potencia del resistor Rs. Este se hace con la fórmula: P = I2 x R. Ver Potencia en una resistencia (ley de Joule)
Los datos actuales son: I (max) = 350 miliamperios = 0.35 amperios y Rs = 15 Ohmios. Aplicando la fórmula, PRs = 0.1225 x 15 = 1.84 Watts. Esto significa que a la hora de comprar este resistor deberá ser de 2 Watts o más.
Nota: Ohmios = Ohms. Watts = Vatios.
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La formula PD = [[ Venmin-Vz ] / Rs-ILmin] x Vz no se aplica en el ejemplo. Faltó incluir el elemento ILmin. Aunque creo que también está mal expresada la fórmula, por analisis dimensional creo que lo correcto sería:
PD = ([(Venmin – Vz) / Rs] – ILmin) X Vz
De otra manera, no obtenemos una respuesta en Watts
Hola Alejandro
La Fórmula tenía un pequeño error. Esta ya se corrigió
PD = [[ Venmin-Vz ] / Rs] x Vz
Saludos y gracias.
EL 1.1 del denominador en la formula RS de donde sale?
Hola Lyle
Buena pregunta.
Se asume que cuando por la carga pasa la máxima corriente (100%), por el zener para un 10% de la misma. Entonces por la resistencia Rs pasa la suma de las dos corrientes, o sea el 110% de la corriente máxima en la carga. En la fórmula la corriente máxima se multiplica por 1.1, que es lo mismo
Saludos
El cuadrado de 0.350A no es 0.352, si no 0.1225
Hola Seba
El error ya fue corregido.
Muchas gracias