Regulador de voltaje de alta corriente con LM317 y bypass transistorizado

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En esta ocasión presentaré para ustedes un regulador de voltaje de alta corriente basado en el LM317 pero con un bypass transistorizado que le permitirá a este regulador manejar corrientes muy por encima del nivel de operación del LM317. En anteriores aportes hemos visto como construir un regulador de voltaje con el LM317. lm317-1 Sin embargo este circuito posee una desventaja que resulta ser crucial en algunos diseños en los que podríamos necesitar corrientes altas. Y es que el LM317 posee un límite de corriente de 1.5 Amperios. lm317 datasheet

Esta información la he tomado de la hoja de datos del LM317. Como podemos ver en todos los modelos que existen de este dispositivo encontramos un límite de 1.5 amperios. Si se sobrepasa dicho umbral se terminará estropeando el regulador. Esto no es un impedimento para que nosotros podamos crear una fuente regulable que pueda entregar corrientes superiores a los límites del transistor. Es aquí donde entra el concepto de bypass transistorizado. El concepto de bypass transistorizado está basado en un transistor PNP que se coloca  junto al LM317 o cualquier otro regulador de voltaje. Emisor y la base se colocan antes del regulador y el colector se conecta después. lm317-1 En este diagrama se puede apreciar el transistor PNP que se ha colocado por encima del LM317. En esta configuración el bypass NO VA A FUNCIONAR. Esto se debe a que según las características del BJT (PNP), debe existir una diferencia de potencial de al menos 0.7 voltios entre la base  el emisor para que el transistor entre en conducción. En el diagrama de arriba, la base y el emisor están conectados en el mismo nodo, por lo que están sometidos a un mismo potencial. En el siguiente artículo se puede encontrar más información acerca de las características y las condiciones de corte y conducción de un transistor BJT:

Si tomamos un voltímetro y hacemos una medición tal como aparece el diagrama de arriba percibiremos una diferencia de potencial nula ya que no existe tal diferencia, ambos base y emisor están en el mismo punto. 2 La única forma de lograr una caída de voltaje entre el emisor y la base es a través de una resistencia. Según la Ley de Ohm la caída de voltaje en una resistencia equivale a multiplicar la resistividad del elemento por la corriente que pase a través del mismo. Si necesitamos que la caída de voltaje sea de 0.7 entonces utilizamos la siguiente ecuación: equacion Con esta fórmula encontramos el valor de la resistencia que se necesita para iniciar la conducción a través del transistor. Siempre se escoge un nivel de corriente. Yo tomaré como referencia 700mA. Si calculamos la resistencia necesaria para causar un disparo cuando hallan 700mA pasando a través del regulador, obtenemos: R=0.7/0.7=1 Ohm. Si colocamos una resistencia de 1 Ohm entre el emisor y la base, causaremos una caída de 0.7 voltios cuando hallan 0.7 amperios pasando por el regulador. El límite es 1.5 amperios pero no conviene utilizar dicho valor como referencia ya que el mismo es un punto de ruptura y debemos tomar en cuenta que no toda la corriente se irá por el BJT. El diagrama quedaría así: 3 La resistencia limitadora debe ser una resistencia de potencia ya que a través de ella pasará una corriente considerable. Podemos usar resistores de 10W por seguridad. Resistencias-especiales-para-potencia resistencias-de-potencia Para hacer la prueba con las corrientes en este regulador utilizaremos una resistencia de carga de 10 Ohm. Si variamos el voltaje, la corriente hará lo mismo por lo que podremos evaluar si funciona o no el bypass. Veamos. 4 Vemos que cuando la corriente que le exige la carga al circuito es de 0.36 Amperios, la caída de voltaje en la resistencia límite es solo de 0.36 voltios. Como 0.36<0.7 voltios, entonces el PNP no conduce. sin-tc3adtulo-12 Como podemos observar, al pasar 0.7 Amperios por el regulador se consigue una caída de voltaje de 0.7 voltios, lo que activa al transistor PNP que empieza a conducir corriente. 5 Si se aumenta la corriente en el sistema, se aumenta la cantidad de corriente que pasa por el regulador y la que pasa por el transistor. Al final se obtiene una corriente superior al valor máximo del LM317; el amperímetro de la derecha está marcando 1.58 amperios que es el resultado de sumar los 1.25 amperios que pasan por el regulador y los 0.331 amperios que pasan por el transistor PNP. Sin embargo, con todo y el bypass transistorizado, persiste el problema del límite de corriente del LM317. 6 Por más que intentemos que la corriente se vaya por el transistor PNP no lo vamos a lograr debido a que siempre habrá una parte de la corriente fluyendo a través del regulador. Esto nos impone un límite de corriente de 2 a 2.1 amperios antes de que el regulador deje de funcionar. Cabe destacar que estamos utilizando un simulador, por lo tanto un concepto idealizado del funcionamiento de un circuito. Sin embargo la realidad no está muy lejos de lo que muestra el simulador. He decidido traerles una gráfica de corriente vs. voltaje en donde veremos la corriente que pasa por el regulador  y la corriente que pasa por el transistor. Usaremos como carga una resistencia de 10 Ohms. Sin título-1 Nosotros podríamos dejar las cosas tal como están, ya que una fuente que entregue 2 amperios es aceptable, pero si nuestras exigencias son altas podemos tratar de solucionar este problema. Según lo que he investigado, el dispositivo que mejor se adapta a nuestras exigencias es un tipo especial de transistor BJT, el llamado Transistor Darlington. El transistor Darlington es una configuración en la que se utilizan 2 transistores PNP con un colector común y en donde la base de uno va conectada al emisor del otro, provocando un aumento en la ganancia. Darlington_pairs La ventaja de los transistores Darlington es que vienen en un solo encapsulado, luciendo idénticos a un transistor común y corriente. Darlington-Transistor-1 Ahora me gustaría compartir con ustedes un análisis gráfico de la corriente conducida por un transistor PNP vs. la corriente conducida por un transistor Darlington vs. la corriente que pasa por el regulador. Sin título-1 Aquí podemos observar la diferencia entre un PNP normal y un PNP Darlington. Sin título-1 El transistor Darlington muestra una conducción muy por encima de la que permite un transistor PNP de uso común por lo que aplicar un transistor Darlington a nuestro diseño es lo más adecuado. Al final obtendremos el siguiente sideño: LM317 Bypass Transistorizado Los capacitores que le agregué funcionan como filtro para eliminar cualquier perturbación que se pueda dar en el voltaje. Este diseño podría proporcionar corrientes tan altas como 10 amperios. Todo va a depender del modelo de transistor que se vaya a utilizar como bypass. Espero que les haya gustado. Saludos.

  • cristian

    amigo tengo un problema con el proteus que no me sale voltaje en la salida del regulador lm317t.
    otra cosa hice tu circuito y todo, el problema es que compre un tip147 pnp y al conectarle uan carga de 800ma al circuito por el transistor tip147 con suerte pasan como 4ma.

    • Antony García González

      Que resistencia estas usando antes del LM317

  • Facundo Piñero

    Buenas, muy bueno el desarrollo!!, tengo una duda a nivel de fabricación.
    Con este arreglo yo puedo usar un regulador mas chico en amperaje porque reparto la corriente de salida entre el Darlington y el regulador, pero si se logra 10 Amper a la salida voy a tener que usar un transformador que soporte esa corriente en el devanado y un puente que tambien lo soporte, es decir, la única ventaja es que me ahorro usar un regulador de tension más grande, porque podria no colocar la etapa transistorizada y usar un regulador LT1038 (por ejemplo), siempre hablando de fabricar una fuente desde el transformador. Muy buen aporte!!

  • metanum96

    No necesitas rectificar la corriente de Ac a Cc ¿?

    • Antony García González

      El modelo presentado asume que en la entrada se tiene un nivel de voltaje de corriente directa o continua. Es decir, la rectificación de AC a CC está tácita o sobrentendida

  • Efra Vame

    ya me lo arme jejeje pero con lo que tenia como el transistor pnp use el TIP36c , condensador de 100u en vez de 10u de 50v y 1000u de 50v en vez de 100u y funciona como fuente use la de PC muy vieja ya que da 8 amp como maximo en 12 voltios y me funciono logre controlar la velocidad de un Inflador de llantas para carro de lento hacia rapido, y si me funciona, gracias por tu aporte camaron y eso que NO me dedico de lleno en electronica pero logre hacerlo al estilo manhattan

  • Nelson Luis

    muy bueno tu articulo, pero me quedo una duda, este circuito aumenta la corriente que circula en la carga aumentada por la accion del colector del transistor, pero si yo alimento desde una fuente switiching de 3 Amp como maximo podre tener mas de 3 amp en la carga ??? o este circuito es un bloque de una fuente independiente ??

    • Antony García González

      Recuerda que la energía no se crea ni se destruye. Si tu fuente solo da 3 amperios, no podrás sacar más corriente de ella

  • Antony García González

    No he trabajado en esa parte

  • Axel Jorge Espindola

    hola saludos, muy buen aporte y muy completo tu sitio, pero me entra la inquietud de si esto lo puedo adaptar para una fuente de alimentacion de por lo menos 10 o 15 amp. agradeceria mucho tu respuesta.

    • Antony García González

      Puedes colocare varias etapas, es decir, más PNP (con sus resistencias)

  • Emanuel Auditore

    Y si tengo un Darlintong NPN, solo intercambio las conexiones entre el colector y emisor?

    • Antony García González

      Con un NPN no es tan sencillo lograr esto. No funciona así intercambiando terminales

    • Antony García González

      No funciona así amigo

  • Emanuel Auditore

    Como se conectaría con un transistor Darlinton PNP?

    • Antony García González

      A que te refieres

  • Bryan

    La verdad que genial!!! me vino muy a la mano este bypass ya que se me “caía” la fuente frente a cargas “grandes” y no tenía claro como solucionarlo!!!!

    • [email protected]

      Te funcionó todo bien?

  • juan

    con que transistor lo lo armas al circuito?????

    • [email protected]

      Te refieres al Darlington?

  • N.Guerra

    Hola Anthony, antes que nada tengo que felicitarte por tu sitio web está muy bien y sobre todo por ser de un compatriota. Respecto del artículo muy bien explicado, la simulación en Isis Proteus con fórmulas y todo excelente. Me parece importante que a la hora de diseñar una fuente variable y robusta como la que se puede desarrollar con el LM317, se tenga en cuenta el factor de la corriente de salida. Muy Bien, Felicitaciones.
    Saludos.
    N. Guerra

    • Hola. Gracias por los comentarios y las recomendaciones.

      El concepto de corriente máxima no lo he incluido en este post debido a que el mismo depende de otros aspectos aparte del LM317 y del transistor Darlington como la potencia máxima entregada, el transformador o fuente de la cual se obtenga el voltaje y la corriente. Dichos conceptos serán aplicados en mis próximos aportes, ya que este post pertenece a una serie de artículos que derivarán en un proyecto final que estoy haciendo en la universidad.

      Muchas gracias pos las sugerencias. Saludos.