Regulador de voltaje de alta corriente con LM317 y bypass transistorizado

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Hoy tengo el placer de compartir con ustedes un proyecto avanzado en el campo de la electrónica: la construcción de un regulador de voltaje de alta corriente que amplía significativamente las capacidades del conocido LM317.

Este proyecto es una evolución natural de nuestros anteriores trabajos, en los que exploramos cómo construir un regulador de voltaje utilizando el LM317. Sin embargo, en esta ocasión, vamos un paso más allá al incorporar un ingenioso bypass transistorizado.

Esta adición transforma el LM317 en un dispositivo capaz de manejar corrientes sustancialmente más elevadas que su límite operativo estándar. Si desean refrescar conceptos básicos sobre el regulador de voltaje con el LM317, les invito a revisar nuestro artículo previo sobre el tema aquí.

Este proyecto representa un desafío emocionante y una oportunidad de aprendizaje para aquellos apasionados por la electrónica y el diseño de circuitos.

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.

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.

En el diagrama adjunto, se observa claramente cómo se ha implementado el transistor PNP en conjunto con el LM317. Sin embargo, es crucial señalar que en esta configuración específica, el bypass NO FUNCIONARÁ EFECTIVAMENTE. La razón de esto radica en los principios de funcionamiento del BJT (PNP), que requieren una diferencia de potencial mínima de 0.7 voltios entre la base y el emisor para que se inicie la conducción del transistor.

En la configuración actual del circuito, tal como se muestra en el diagrama, la base y el emisor del transistor están conectados al mismo punto, lo que resulta en un potencial idéntico en ambos. Por lo tanto, no se genera la necesaria diferencia de potencial para activar el transistor. Para obtener más detalles sobre las características, así como las condiciones para el corte y la conducción de un transistor BJT, les recomiendo consultar el siguiente artículo:

Al realizar mediciones con un voltímetro en esta configuración, como se ilustra en el diagrama, detectaríamos una ausencia de diferencia de potencial entre la base y el emisor, ya que ambos terminales comparten el mismo punto de conexión.

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:

Mediante la aplicación de esta fórmula, determinamos el valor de resistencia necesario para activar la conducción a través del transistor. En este proceso, es crucial seleccionar un nivel de corriente específico como referencia. En nuestro caso, elegiremos 700mA. Al realizar el cálculo para una resistencia que induzca la activación del transistor cuando haya 700mA fluyendo a través del regulador, encontramos que R=0.7/0.7=1 Ohm.

Al integrar una resistencia de 1 Ohm entre el emisor y la base, logramos generar una caída de tensión de 0.7 voltios con un flujo de corriente de 0.7 amperios a través del regulador. Es importante no usar el límite máximo de 1.5 amperios del LM317 como referencia para este cálculo, ya que representa un umbral crítico de operación y hay que considerar que no toda la corriente circulará a través del BJT.

Con estos ajustes, el esquema del circuito se presenta de la siguiente manera:

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.


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.

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.

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.

A pesar de nuestros esfuerzos por dirigir la corriente predominantemente a través del transistor PNP, es importante reconocer que siempre habrá una fracción de esta corriente fluyendo por el regulador. Este fenómeno establece un límite práctico de corriente entre 2 y 2.1 amperios, más allá del cual el regulador podría dejar de funcionar correctamente.

Es relevante señalar que nuestras observaciones y conclusiones se basan en el uso de un simulador, lo que nos ofrece una representación idealizada, aunque bastante aproximada, del comportamiento del circuito en condiciones reales. Para ilustrar mejor este punto, he preparado una gráfica de corriente versus voltaje que muestra claramente la distribución de la corriente entre el regulador y el transistor, utilizando una resistencia de carga de 10 Ohms.

Esta visualización nos ayudará a comprender mejor la dinámica del circuito en operación.

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.

La ventaja de los transistores Darlington es que vienen en un solo encapsulado, luciendo idénticos a un transistor común y corriente.

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.

Aquí podemos observar la diferencia entre un PNP normal y un PNP Darlington.

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:

Para concluir, los capacitores añadidos en este diseño juegan un rol crucial como filtros, eliminando eficazmente cualquier perturbación en el voltaje y asegurando una operación estable y fiable del circuito.

Es destacable cómo este diseño mejorado tiene el potencial de manejar corrientes de hasta 10 amperios, un salto significativo en rendimiento, dependiendo en gran medida del modelo específico del transistor utilizado en la configuración de bypass. Este proyecto no solo demuestra la flexibilidad y adaptabilidad de los componentes electrónicos clásicos como el LM317, sino que también subraya la importancia de una selección cuidadosa de componentes para alcanzar resultados óptimos.

Espero que este proyecto les haya inspirado y proporcionado valiosos conocimientos en el ámbito de la electrónica. ¡Gracias por seguir este proyecto y hasta la próxima!

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leonardo hernandez
leonardo hernandez
2 years ago

Hola,buenas tardes, ¿Podria conectar dos 2N2055 en forma «Darlington» cono su dibujo, funcionaria bien o no?.

Will
Will
2 years ago

Muchas gracias, ahora sí se por que funciona, despejaste mis dudas gracias.

José
José
2 years ago

Buen trabajo ingeniero; una consulta, este mismo circuito se puede realizar con diodos Zener y que se pueda variar el voltaje del circuito hasta 20V, espero su pronta respuesta.

Pablo
Pablo
2 years ago

Una pregunta esta configuracion permite cortocicuitar la salida sin que se dañe el circuito ?Si bien el lm317 tiene proteccion pero sigue funcionando en este modo? Saludos

Wilfredo Aldana
Wilfredo Aldana
2 years ago

Amigo, si tengo una fuente conmutada como un cargador de celular de 5V y 0.8 mA por donde puedo modificarlo para q mantenga los 5v pero con 2 amp?,aplicaría un Darlington?

alberto128 Gomez
alberto128 Gomez
2 years ago

Hola Ing. le hago una consulta , soy aficionado a la electrónica y quisiera desarrollar un mando de autos slot(Scaletrix), los mandos analógicos originales trabajaban con un resistencia de alambre nicron y un cursor que tomaba el voltage en diferentes partes de su bobinado y variaba el voltage hasta llegar a entregar el maximo de la fuente, +o- 12,5 volts a 2 o 3 amps.se podría aplicar este circuito variando la resistencia que regula el lm 317? y su respuesta seria rapida?, desde ya muchas gracias

Daniel Becerra
Daniel Becerra
3 years ago

Amigo podrias auxiliarme deseo hacer un regulador de 24 v fijos a 10 amperes de corriente DC

Edward B
Edward B
2 years ago
Reply to  Daniel Becerra

Tienes dos opciones amigo, usa un LM7824 y un transistor NPN de potencia, podría ser un MJ15015. Usando la salida del regulador para alimentar la base del transistor. Haciendo que toda la carga pase por el transistor MJ15015 el cual aguanta un máximo de 15amp y disipa un máximo de 180w El único problema de esto es que al usar un 7824 quiere decir que estás alimentando con 24 voltios la base del transistor, así que si en el colector de transistor tienes 30 voltios en la salida no tendrás 24v sino 23v porque hay cierta caída. Así que lo… Read more »

Diego
Diego
3 years ago

Hola buenas tardes, queria consultarles si pueden pasarme la lista de materiales para armar este circuito y que soporte 10 amp, les pido esto porque realmente tengo poco conocimiento se seguir el circuito pero no se que componentes exactos usan. Gracias.

Luis
Luis
3 years ago

he implementado el circuito con un regulador lm338k que se supone esta diseñado para una corriente de 5 Amp. pero el regulador se calienta (mucho) con solo 250 mA y puedo ver el efecto del bypass hasta mas o menos 1 A no me atrevo a llevar la corriente hasta 2 amperios por temor a quemar el transistor o el regulador, que podría esta haciendo mal?

Edward B
Edward B
2 years ago
Reply to  Luis

Compa, recuerde que mientras más grande sea la diferencia de voltaje mayor la cantidad de calor que disipa, es decir que no es lo mismo agarrar la salida de un transformador 30v y pasarlo por un IC regulador para convertirlo en 12v, que si lo fueras a convertir en 24v. Mientras más diferencia haya entre el voltaje original y el voltaje final más calor se genera. Un ejemplo fue una fuente de poder que fabrique para probar celulares, al encender un teléfono se puede llevar unos 700mA como mucho, después que enciende se estabiliza entre 100 y 200mA. Por lo… Read more »

Laura
Laura
3 years ago

Excelente aporte. Te hago una consulta, si agrego los transistores y sus resistencias para alcanzar los 15A, crees que pueda regular una tensión de 28 v, es decir, manejar 420w? ¿Hay algún % de eficiencia a tener en cuenta? Muchas gracias.

Edward B
Edward B
2 years ago
Reply to  Laura

Necesitas lo siguiente: -LM317(1) -TIP41C -MJ15015(3) El LM317 será tu controlador de voltaje. El TIP41C será tu driver, es decir, será el que activará y regulará los voltajes de los MJ15015 que irán en paralelo para distribuirse la carga. Cada MJ15015 puede trabajar tranquilamente a 10amperios continuos cada uno y disipar 180w cada uno, así que creo que es la combinación que mas que conviene. Ten en cuenta que para esta configuración vas a tener un voltaje de caída tras cada serie de transistor, es decir que si necesitas 28 voltios no puedes configurar el 317 para que suelte 28… Read more »

Gabriel
Gabriel
3 years ago

Corrijo algo al final de la nota , BJT es el transistor bipolar , dos bjt encadenados conforman un darlington , osea un darlington es una configuracion encadenada de 2 o mas transistores
Saludos

Ale
Ale
4 years ago

Hola saludos desde vzla 2020…….una consulta principiante ..yo hice una fuente con lm317 para regular de 1.25v a 30v pero solo me da como dice la especificación 1.5amp…para ponerle más amperaje a esa fuente que hice hago este circuito y lo monto DESPUES del regulador que hice?????y con el potenciómetro de regulador que hice controlo el voltage y con el otro regulador controlo el amperaje???estoy en lo correcto?

Manuel
Manuel
3 years ago
Reply to  Ale

Si lo tienes hecho en PCB tu regulador con el LM317, tienes que agregarle la resistencia y el transistor de forma externa.

Diaz Luciano
Diaz Luciano
4 years ago

Me encanto! ya compre todo, ahora a soldar! Gracias

David varela
5 years ago

Hola amigo muy bueno tu aporte. Leí en un comentario que para aumentar la corriente necesitas aumentar varias veces etapas de transistores con sus resistencias.. y quiero llegar a regular 20 amp. Cómo podría hacer ese circuito con esa etapas?

Ariel Gil
Ariel Gil
5 years ago

Mira lo que debes hacer es aumentar la resistencia sensora de corriente para que el transistor de paso se active con menor corriente al cruzar por el lm317, puede aumentar la resistencia a 15 OHM lo que hará que el transistor comience a conducir cuando la corriente aumente a 46 mA, pero como usted mismo lo manifiesta una corriente mayor no circulará toda por el transistor de paso sino que aumentará también por el lm317, pero esto hará que aumente el voltaje en la resistencia sensora y por ende que el transistor vaya a saturación que es la región en… Read more »

victor uribe
victor uribe
4 years ago

disculpe necesito regular 52 voltios dc a 225 amperes como le puedo hacer?

mijin
mijin
5 years ago

La resistencia de carga tiene que ser mayor, si no es así el LM317 terminara muerto

gustavo
gustavo
5 years ago

ola una duda

Alexis
Alexis
5 years ago

Buenas noches, he hecho la fuente pero mi lm317t se recalienta demasiado tal que si lo dejo mas tiempo se estropeará ya que sobrepasa los 80° con dsipador, estoy usanto un TIp147 para el bypass pero no logro hacer que la corriente pase por el transistor porque esta se ba por el regulador, estoy usando una fuente DC de 36 v 10 a y quiero usar este circuito para bajarlo a 12 v y que me entregue minimo 8 am pero como lo dije anteriormente, la corriente pasa al lm317t y no al TIP,que puedo hacer ahí? Saludos Cordiales

david
5 years ago

una inquietud, amigo usted la hizo física y solo simulación?

alberts
alberts
5 years ago

Buenas estoy usando el lt783 para regular 110V y necesito tener 10A. Voy a usar para esto dos transistores PNP 2SA1941. Qué opinan?.

Me podrías ayudar con el cálculo de R1 R2 y R3? de paso, esos transistores te parecen bien?

Saludos, desde ya muchas gracias

Claudio
Claudio
5 years ago

Ing. Con este circuito, puedo controlar la corriente que circula por el PNP ?

Clari
Clari
5 years ago

Si utilizó un transformador de 12 voltios a 2 AMP podré utilizar el lm 317?

Jharot
Jharot
5 years ago

Tengo un circuito 30V 1A como máximo (por el regulador) que transistor npn (internamente darlington) sugieres tu que pueda usar, gracias estaré atento, por cierto encantado con tu blog

Guissell Sweet
Guissell Sweet
6 years ago

Ing. estoy realizando un trabajo escrito de como funciona electronicamente un succionador qx,sus componenete electronicos,como funciona el motor electronicamente,con que corriente y voltaje trabaja pero no logro tener informacion especifica,orienteme porfavor.

cristian
cristian
7 years ago

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.

Facundo Piñero
Facundo Piñero
7 years ago

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… Read more »

metanum96
metanum96
7 years ago

No necesitas rectificar la corriente de Ac a Cc ¿?

Efra Vame
Efra Vame
7 years ago

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
Nelson Luis
7 years ago

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
Antony García González
7 years ago

No he trabajado en esa parte

Axel Jorge Espindola
Axel Jorge Espindola
7 years ago

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
Antony García González
7 years ago

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

Emanuel Auditore
Emanuel Auditore
7 years ago

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

Antony García González
Antony García González
7 years ago

No funciona así amigo

Emanuel Auditore
Emanuel Auditore
7 years ago

Como se conectaría con un transistor Darlinton PNP?

Bryan
Bryan
10 years ago

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!!!!

juan
juan
10 years ago

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

isidro mendoza
isidro mendoza
2 years ago

si tambien estoy interesado en saber

N.Guerra
N.Guerra
10 years ago

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

antonygarciagonzalez
10 years ago
Reply to  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.