Que tema gepd!!
No voy decir nada nuevo afirmando que un regulador lineal es ineficiente.
Es obvio. Su método de funcionamiento lo confirma, ya que la diferencia de tensión entre entrada y salida se consume en disipación de potencia, calentándose y generando problemas por esa razón. Y cuanto mayor sea la diferencia entre entrada y salida, peor será la eficiencia.
Me acuerdo hace 27 años mientras estaba trabajando en Perú, armando unos bancos de Prueba para el Ejército del Perú.
Entre las tantas cosas que tuve que hacer, uno de los bancos de prueba de generadores requería una fuente de 25 a 50VDC 20A.
En ese entonces cursaba mi ultimo año de facultad. Solo pensaba que lo mejor que podía hacer era tener un transformador con devanados primarios (menos corriente) distintos y un único devanado secundario. Justamente la idea era que la diferencia de tensión entre entrada salida fuera la menor y entonces la potencia disipada también lo sería.
Claro que para mi, las fuentes de switching estaban entonces fuera de mi elección en aquel momento.
Solo sabía que existían, pero las consideraba caras y casi una caja negra demasiado compleja.
Bueno, la fuente resulto muy bien, pero la disipación de potencia era importante incluso con ese artilugio.
Resultó que un par de años despues armé una fuente de laboratorio que usaba un tiristor que modificaba el valor medio de la señal rectificada para tener siempre la menor diferencia entrada-salida y reducir la potencia disipada.
Se dan cuenta los trucos que hay que usar para que un regulador lineal se porte mas o menos bien.
Los calculos que haré luego, demuestran cuan equivocado estaba en ese entonces, porque a veces se cree que algo funciona bien o incluso eficientemente, pero no evaluamos bien el contexto o como siempre me gusta decír, demuestra que nos falta aprender mucho.
Volvamos a la discusión de los reguladores lineales.
Aún en el caso de los LDO (Low Drop Output) también son infeficientes.
Pongamos un valor del 35% de eficiencia e incluso en malas condiciones no recuerdo si cae a 15% (debo confirmar este valor porque hace mucho que leí un artículo al respecto).
Por otro lado los reguladores de switching trabajan con elementos que siempre disipan poca energía y por esa razón estan por encima de 60% en eficiencia como muy malos, pero he leído algunos que hablan de mas de 90%. Ver dispositivos de Linear Technologies.
Para ilustrar esto hagamos unas cuentas porque no hay otro modo de verlo:
Supongamos que tenemos una batería Lead-Acid de 12V y queremos controlar un microcontrolador a 5V usando el tipico 7805. Permítanme suponer un consumo de 5mA para el microcontrolador y supongamos tiene un sensor ultrasónico que consume 50mA.
La Pperdida = (12V-5V)*0.055A= 385mW
No esta mal. Es una potencia a disipar que no exige un disipador para el LM7805 de modo que estaría bien.
Pero supongamos que sumamos dos motores que consumen 0.4A cada uno, o sea 0.8 mas.
Pperdida = (12V-5V) * (0.055A + 0.8A) = 5.945 W
Esta ya es mucha potencia a disipar en calor... asi que requiere disipador. Esto le quita mucha vida a la batería.
Se me ocurrió buscar entonces un regulador de switching pin a pin compatible con el LM7805 y que encontré?
El DE-SW050 que cuesta 15 USD (ojo carísimo en relación al 7805) pero que tiene una eficiencia del 83% (incluso hasta 87%) para 12V y esta corriente tendriamos una Pperdida de 0.7W aproximadamente.
Como se ve, buenas noticias para la batería y su vida util.
La conclusión es entonces simple, pero existe un factor que tiene que ver con el costo. Una fuente de switching es mas cara que un regulador lineal.
Asi que depende del proyecto, del presupuesto, pero esta claro que las fuentes de switching ganan por lejos la batalla de la eficiencia.