Casi todo proyecto con Arduino, ESP32 o Raspberry Pi necesita bajar o subir una tensión: de 12 V a 5 V, de 5 V a 3,3 V, de una batería de 3,7 V a 5 V. Hay dos familias de reguladores y elegir la equivocada acaba en un chip que quema o en un ESP32 que se reinicia. Aquí aprenderás a calcular cuánto calor genera un regulador lineal y cuándo compensa uno conmutado.
En resumen
- Un regulador lineal convierte en calor toda la tensión que sobra: P = (Vin − Vout) · I.
- Un conmutado (buck para bajar, boost para subir) alcanza eficiencias del 80–95 %, pero genera más ruido.
- Bajar de 12 V a 3,3 V con un AMS1117 es el error clásico: el chip entra en protección térmica.
Cómo funciona un regulador lineal
Un regulador lineal se comporta como una resistencia variable que se ajusta sola para mantener la salida fija. Toda la corriente de la carga lo atraviesa, y la diferencia de tensión entre entrada y salida se queda en él en forma de calor.
Los más conocidos:
- 7805 (serie 78xx): salida fija de 5 V, hasta unos 1,5 A con buen disipador, entrada de hasta 35 V.
- AMS1117: el que llevan muchas placas de ESP32 y Arduino para generar 3,3 V. Hasta unos 800 mA–1 A y entrada máxima de 15 V.
- LDO de bajo consumo (por ejemplo, MCP1700): poca corriente y caída mínima muy pequeña, pensados para baterías.
Caída mínima (dropout)
Todo regulador lineal necesita que la entrada supere a la salida en un mínimo, la tensión de dropout. Por debajo de ese margen, la salida deja de estar regulada.
| Regulador | Salida | Dropout típico | Corriente de reposo | Entrada máxima |
|---|---|---|---|---|
| 7805 | 5 V | Unos 2 V | Unos 5 mA | 35 V |
| AMS1117-3.3 | 3,3 V | Unos 1,1 V a plena carga | Unos 5 mA | 15 V |
| MCP1700-3.3 | 3,3 V | Unos 0,18 V a 250 mA | Unos 1,6 µA | 6 V |
Consecuencia práctica: un 7805 necesita al menos unos 7 V en la entrada. Alimentarlo con 5 V del USB o con cuatro pilas AA casi gastadas da una salida inferior a 5 V.
Cálculo de la potencia disipada
La fórmula es directa:
P = (Vin − Vout) × I
Ejemplo 1: 7805 de 12 V a 5 V con una carga de 500 mA.
- Tensión que sobra: 12 − 5 = 7 V.
- Potencia: 7 × 0,5 = 3,5 W de calor.
- Un encapsulado TO-220 sin disipador tiene una resistencia térmica de unos 50 °C/W según la hoja de datos de los 7805 habituales.
- Calentamiento: 3,5 × 50 = 175 °C por encima del ambiente. Imposible: el regulador entra en protección térmica.
Sin disipador, un TO-220 aguanta con margen alrededor de 1 W. Por encima necesitas disipador o cambiar de tecnología.
Eficiencia
En un lineal, la corriente de entrada es prácticamente igual a la de salida, así que la eficiencia es aproximadamente Vout / Vin:
- 12 V a 5 V: 5 / 12 ≈ 42 %.
- 5 V a 3,3 V: 3,3 / 5 ≈ 66 %.
Cuanto más cerca estén entrada y salida, mejor funciona un lineal.
Cómo funciona un regulador conmutado
Un regulador conmutado abre y cierra un transistor cientos de miles de veces por segundo y usa una bobina y condensadores para almacenar y entregar energía. Como el transistor está casi siempre totalmente encendido o totalmente apagado, disipa muy poco.
- Buck (reductor): la salida es menor que la entrada. Ejemplos de chips: LM2596, MP1584.
- Boost (elevador): la salida es mayor que la entrada. Ejemplo: MT3608.
- Buck-boost: mantiene la salida aunque la entrada esté por encima o por debajo. Útil con baterías de litio a 3,3 V, porque la celda pasa de 4,2 V a unos 3 V durante la descarga.
Con un conmutado, lo que se conserva es la potencia, no la corriente:
Pin = Pout / eficiencia
Iin = (Vout × Iout) / (Vin × eficiencia)
Ejemplo 2: el mismo caso de 12 V a 5 V y 500 mA con un buck del 90 %.
- Potencia de salida: 5 × 0,5 = 2,5 W.
- Potencia de entrada: 2,5 / 0,9 ≈ 2,78 W.
- Pérdidas: unos 0,28 W, frente a 3,5 W del lineal.
- Corriente de entrada: 2,78 / 12 ≈ 0,23 A, menos de la mitad que con el lineal.
Ejemplo 3: boost de una batería de 3,7 V a 5 V y 1 A, con un 85 % de eficiencia. La batería entrega 5 / (3,7 × 0,85) ≈ 1,6 A. Al subir tensión, la corriente de entrada siempre es mayor que la de salida; tenlo en cuenta al elegir la batería y los cables.
Ruido: la desventaja del conmutado
La conmutación deja un rizado en la salida (habitualmente decenas de mV) y genera interferencias de alta frecuencia. Para un Arduino, un ESP32 o una tira LED no suele importar.
Sí importa en:
- Lecturas analógicas precisas con el ADC.
- Audio (se oyen zumbidos o pitidos).
- Sensores sensibles y circuitos de radio.
La solución habitual es combinar ambos: un buck baja de 12 V a unos 5 V con buena eficiencia y un LDO limpia la salida hasta 3,3 V. Así el lineal solo disipa (5 − 3,3) × I.
Cuándo usar cada uno
| Situación | Mejor opción | Motivo |
|---|---|---|
| 5 V a 3,3 V, menos de 300 mA | Lineal (AMS1117 o LDO) | Poca diferencia de tensión, simple |
| 12 V a 5 V, más de 200 mA | Buck | El lineal disiparía varios vatios |
| 12 V a 3,3 V para un ESP32 | Buck (o buck + LDO) | Un lineal se sobrecalienta |
| Batería de 3,7 V a 5 V | Boost | Hay que subir tensión |
| Batería de litio a 3,3 V | LDO de bajo dropout o buck-boost | Aprovechar toda la descarga |
| ADC, audio o sensores analógicos | Lineal | Salida sin rizado |
| Proyecto a pilas con deep sleep | LDO de baja corriente de reposo | Los 5 mA del AMS1117 vacían la batería |
Para ver cómo afecta la corriente de reposo a la duración de una batería, prueba la calculadora de autonomía para ESP32.
Condensadores necesarios
Ningún regulador funciona bien sin condensadores, y la hoja de datos indica los valores mínimos. Los habituales:
| Regulador | Entrada | Salida | Nota |
|---|---|---|---|
| 7805 | 0,33 µF | 0,1 µF | Lo más cerca posible de los pines |
| AMS1117 | 10 µF | 22 µF | La hoja de datos pide salida de tántalo para la estabilidad |
| LDO moderno | 1 µF | 1 µF | Suelen admitir cerámicos; revisa la hoja de datos |
| Módulo buck o boost | Incluido | Incluido | Añade 100 µF si los cables de entrada son largos |
En el AMS1117, el condensador de salida no es opcional: sin él, o con un valor demasiado bajo, puede oscilar y la tensión de salida se vuelve inestable. Si necesitas repasar los tipos, consulta la guía de tipos de condensadores.
Errores habituales
- Alimentar 3,3 V desde 12 V con un lineal: con un ESP32 consumiendo 250 mA, el AMS1117 disipa (12 − 3,3) × 0,25 ≈ 2,2 W en un encapsulado SOT-223. Se calienta hasta cortar, y el ESP32 se reinicia en cuanto activa el Wi-Fi. Pon un buck delante.
- Meter 12 V por el pin de 5 V o de 3,3 V: esos pines están después del regulador. La tensión de entrada va por el conector o el pin
VIN. - No ajustar el módulo antes de conectar: los buck y boost con potenciómetro pueden venir con cualquier salida. Ajústalos con el multímetro y sin carga.
- Creer que un boost apagado no da tensión: en muchos módulos boost, la entrada pasa a la salida a través de la bobina y el diodo, menos unos 0,3–0,5 V.
- Olvidar el dropout: a plena carga, un AMS1117-3.3 necesita unos 4,4 V en la entrada, más de lo que da una celda de litio llena (4,2 V). Con batería, usa un LDO de bajo dropout.
- Fiarse de la corriente del título del módulo: «3 A» suele ser el límite del chip con buena refrigeración, no un valor continuo.
- Sin GND común: la masa del regulador, la del microcontrolador y la de la carga deben estar unidas.
