3 faste faste spændingsregulatorer - arbejds- og applikationskredsløb

De populære 3 terminal faste regulatorer, der fås i dag, er i form af IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 og IC 7824, som svarer til faste spændingsudgange på 5 V, 9 V, 12 V, 15 V og 24 V .

Disse kaldes faste spændingsregulatorer da disse IC'er er i stand til at producere fremragende stabiliserede faste DC-udgangsspændinger som reaktion på en meget højere ureguleret DC-indgangsspænding.

Disse avancerede monolitiske spændingsregulatorer kan købes meget billigt i dag, hvilket normalt er billigere og mindre kompliceret at arbejde med sammenlignet med bygning diskret regulator kredsløb ækvivalenter.

Disse 3-terminal regulatorer er utroligt nemme at tilslutte, som det kan ses i kredsløbsdiagrammet nedenfor, der viser standardmetoden, hvormed disse IC'er implementeres.

IC's tre terminaler er af åbenlyse grunde angivet med navnene input, fælles og output .

Forsyningen positiv og negativ er simpelthen forbundet over henholdsvis indgangs- og fælles terminaler på IC, mens den regulerede stabiliserede spænding erhverves på tværs af udgang og fælles terminaler.

Den eneste diskrete eksterne del, der eventuelt kræves, er en kondensator på indgangen og udgangsledningerne på IC. Disse kondensatorer er nødvendige for at øge niveauet for outputregulering af enheden og for at forbedre transient respons. Mikrofaradsværdierne for disse kondensatorer er generelt ikke kritiske og er derfor normalt mellem 100 nf, 220 nf eller 330 nf.

Typer af regulatorer i 78XX-serien

Det mest populære og mest anvendte typer fast spænding , monolitiske spændingsregulatorer er de positive regulatorer i 78XX-serien og negative regulatorer i serien 79XX.

Disse findes med 3 udgangsstrømspecifikationer. De giver dig 9 positive typer og ni 9 negative typer af varianter, som det fremgår af nedenstående skema.

Disse 78XX-serier af IC'er leveres med yderligere spændingsklasser både i positive og negative former. Standardområdet for disse 78XX-regulatorer er 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V og 24 V, hvilket svarer til IC 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC.

Mange af disse enheder indeholder suffikstegn eller -figurer med deres udskrevne nummer, afhængigt af producenten eller mærketypen.

Alle er dog stort set de samme med identisk vurdering. Flere delhandler vil faktisk ikke promovere disse IC'er efter type nummer, snarere blot påpege deres polaritet, spænding og strømspecifikationer og lejlighedsvis med henvisning til deres pakkeform.

Hovedtræk

Disse IC'er har indbygget strømbegrænsning og kortslutningsbeskyttelse til outputbelastningen. I 78XX-serien af ​​regulatorer med mellemstor og høj effekt er denne funktion generelt af foldback-typen. Foldback strømbegrænsning er en tilstand, hvor en outputoverbelastning simpelthen ikke reageres med udgangsstrømmen på grund af en automatisk strømbegrænsning.

Hvad er foldback nuværende grænse

Foldback-reaktionen i et foldback-strømbegrænsende kredsløb kan ses i den følgende figur, der tydeligt viser, hvordan udgangsstrømmen minimeres under overbelastningsforhold til typisk mindre end 50% den ideelle udgangsstrøm. Den primære årsag til anvendelse af foldback-strømbegrænsning er, at den reducerer spredningen i regulatoren betydeligt under kortslutningssituationer.

Foldback-strømbegrænsningsresponset kan forstås ud fra følgende forklaring:

Antag, at vi har 7805 IC med en 10 V-indgang, og den gennemgår en kortslutning på tværs af dens udgangsterminaler. I denne situation under almindelig type strøm, der begrænser udgangen af ​​IC, vil den fortsætte med at generere 1 amp strøm, hvilket giver en spredning på 10 watt. Men med en speciel foldback-strøm, der begrænser kortslutningsstrømmen, kan den blive begrænset til omkring 400 mA, hvilket kun resulterer i en spredning i enheden på kun 4 watt.

Termisk nedlukningsfunktion

De fleste monolitiske spændingsregulatorer har også et indbygget termisk nedlukningsbeskyttelseskredsløb. Denne funktion hjælper med at reducere outputstrømmen, hvis enheden går igennem en overophedningssituation.

Disse typer spændingsregulator IC'er er derfor ekstremt robuste og beskadiges aldrig let, selv når disse bruges forkert. Når det er sagt, er en måde, hvorpå de kunne ødelægges, ved anvendelse af en høj indgangsforsyningsspænding end det specificerede område.

Du vil finde variationer i de maksimalt tilladelige indgangsspændinger, der er angivet af forskellige leverandører for disse IC'er af den samme standardtype, selvom 25 volt tilsyneladende er det mindste tilbudte interval for enhver 5 volt enhed (7805). Større spændingsregulatorer kan håndtere mindst 30 volt, mens indgangsområdet for 20 og 24 volt sorter er op til 40 volt.

For at kredsløbet skal fungere korrekt, skal indgangsspændingen være højere med 2,5 volt end den krævede udgangsspænding, med undtagelse for 7805 regulator, hvor indgangsspændingen formodes at være lige mere end 2 V over den krævede 5 V udgang, hvilket betyder at den skal være mindst 7 V.

Standbystrøm uden belastning

Hvilestrømmen eller tomgangsforbruget af disse IC'er uden belastning ved udgangen kan være mellem 1 og 5 mA, selvom dette kan være op til 10 mA i nogle meget høje effektvarianter.

Linie- og belastningsregulering

Linjereguleringen for alle 78XX regulator IC'er er mindre end 1%. Det betyder, at udgangsspændingen kan vise en variation på mindre end 1% uanset indgangsspændingsvariationen fra det maksimale og mindste indgangsspændingsområde.

Belastningsreguleringen er også normalt lavere end 1% for de fleste af disse enheder. Disse funktioner sikrer, at udgangen fortsætter med at levere den nominelle konstante udgangsspænding uanset outputbelastningsforholdene.

Krusningsafvisningsfunktionen for de fleste af disse regulator-IC'er er i nærheden af ​​60 dB sammen med et outputstøjniveau, som kan være lavere end 100 mikrovolt.

Effekttab

Når du bruger disse 78XX regulator-IC'er, skal du huske, at disse IC'er er klassificeret til kun at håndtere en begrænset mængde strømafbrydelse. Derfor skal indgangsspændingen under den højeste udgangsbelastning aldrig få lov til at overstige nogle få volt højere end den maksimalt tilladelige indgangsgrænse.

Den maksimale effekttab ved normal stuetemperatur (25 grader Celsius) for 78XX-enhederne med lav, medium og høj effekt er henholdsvis 0,7 watt, 1 watt og 2 watt.

Ovenstående begrænsning kunne forbedres betydeligt til henholdsvis 1,7 watt, 5 watt og 15 watt, hvis enhederne er monteret på en i det væsentlige stor køleplade. Den spredte effekt i alle disse regulatorenheder er proportional med forskellen mellem indgangs- og udgangsspændinger ganget med udgangsstrømmen.

Sådan anvendes kølelegeme på 78XX IC'er

I denne situation, når enheden er fuldt belastet på omkring 800 mA, kan spredningen fra enheden være så meget som 4 watt (0,8A x 5V = 4W).

Dette ser ud til at være to gange mere end maksimalt tilladt 2 watt PD for 7815-enheden. Dette indebærer, at de ekstra 2 watt skal kompenseres gennem en køleplade.

Et bredt udvalg af køleplader er generelt tilgængelige på markedet, og disse identificeres med en vurdering på en bestemt grad / watt.

Denne vurdering indikerer dybest set den temperaturstigning, der er forårsaget af hver enkelt watt strøm, der spredes via kølelegemet. Dette indikerer også, at for større kølelegeme vil graderne pr. Watt blive lavere.

Den laveste størrelse af kølelegeme, der er nødvendig for en 78xx regulator, kunne bestemmes på følgende måde.

Vi skal primært finde ud af den nominelle atmosfæriske temperatur, hvor enheden bruges. Bortset fra hvis enheden sandsynligvis vil blive brugt i et usædvanligt varmt miljø, kan et tal på omkring 30 ° C betragtes som en rimelig antagelse.

Sikker temperaturvurdering

Dernæst kan det være vigtigt at lære den maksimale sikre temperaturvurdering for den specifikke 78XX regulator IC. For monolitiske 78XX regulatorer kan dette interval være ved 125 grader Celsius. Når det er sagt, er dette faktisk krydsetemperaturen og ikke tilfældetemperaturen, som IC kan modstå.

Den absolutte maksimalt tilladte sags temperatur er omkring 100 grader Celsius. Derfor bliver det vigtigt ikke at lade enhedens temperatur stige over 70 grader Celsius (100 - 30 = 70).

Da en effekt på 2 watt kan resultere i en temperaturstigning på maksimalt 70 grader, vil en kølelegeme, der er spredt på 35 grader Celsius / watt eller mindre (70 grader divideret med 2 watt = 35 grader C pr. Watt) være god nok.

I praksis skal der anvendes en relativt større køleplade, da varmeoverførslen i de fleste tilfælde aldrig er særlig effektiv.

For at opnå en langvarig stabilitet skal det desuden sikres, at enheden ideelt drives ved noget under det nominelle maksimalt tilladte temperaturområde.

Hvis det overhovedet er muligt, skal du sørge for en rimelig margen +/- 20 grader eller måske mere.

Når regulator IC er lukket inde i en beholder og dækket væk fra den fri atmosfære, kan det medføre, at den fangede luft i beholderen varmes op af regulatorens spredning. Dette kan igen få de andre følsomme dele på printkortet til at arbejde under varmere forhold. En sådan situation kan kræve en større køleplade til regulator IC.

Applikationskredsløb

Et typisk applikationskredsløb for en strømforsyning ved hjælp af en fast spænding 78XX monolitisk spændingsregulator kan ses nedenfor.

I dette design anvendes en 7815 IC som regulator IC, der giver os omkring +15 volt ved ca. 800 mA strøm.

Den anvendte transformer er klassificeret med 18 -0 - 18V for den sekundære med en strømstyrke på 1 amp.

Den er forbundet til en push-pull fuldbølgeretter, der tilvejebringer en ubelastet spænding på ca. 27 V DC efter filtrering gennem C1.

Kondensatorer C2 og C3 fungerer som indgangs- og udgangsafkoblingskondensatorer, som skal fastgøres relativt tættere på kroppen af ​​IC. Når udgangsbelastningen er fuld, vil du se den anvendte indgangsspænding til IC1 nå et niveau på 19 til 20 volt, hvilket tillader cirka 5 volt forskel på input / output af regulatoren.

Hvordan man laver dobbelt strømforsyningskredsløb

Da 78XX monolitiske regulatorer med fast spænding kan købes både i negative og positive varianter, ser de ud til at være perfekte til implementering dobbeltbalanceret strømforsyning .

Når der f.eks. Er behov for en reguleret forsyning til drift af en op amp-baseret kredsløb med positive og negative forsyninger på 12 volt ved 100 mA, kunne designet vist i den følgende figur anvendes.

I dette eksempel er T1 en 15-0-15 volt transformer, der er klassificeret med en sekundær strømværdi på 200 mA eller mere. Du kan finde et par push-pull fuldbølgs ensrettere D2 og D3, der giver dig et positivt output.

D1 leverer sammen med D4 et negativt output. Den positive forsyning filtreres af C1, mens den negative linje rengøres og filtreres af C2.

IC1 giver dig et reguleret positivt forsyningsoutput, mens IC2 fungerer som en negativ forsyningsregulator. C3 til C6 er placeret som afkoblingskondensatorer for at forbedre outputeffektiviteten med hensyn til bedre respons på pigge, støj og transienter.

Højere udgangsspænding ved hjælp af serieregulator kredsløb

Konfigurationen vist ovenfor kunne også bruges til at få kombinerede spændingsværdier for de to regulatorer. Betydning, hvis 79L12 udskiftes med 78L12 regulator vil udgangen være 24V.

I en sådan konfiguration kan 0V-linjen ignoreres, og + 24V-udgangen kan fås direkte på tværs af de positive og negative linjer i output.

Højere udgangsspænding ved hjælp af seriediodekredsløb

Det er faktisk meget let at få en lille spændingsforstærkning ved udgangen ved hjælp af en ensretterdiode mellem jordstiften på IC og jordlinjen.

Denne tilgang gør det muligt for brugeren at få adgang til et lidt højere spændingsniveau, som muligvis ikke kan opnås direkte fra en færdiglavet regulator.

Den nøjagtige teknik til ledningsføring af denne konfiguration kan vidnes i det følgende billede.

I dette eksempel har vi estimeret den krævede udgangsspænding til at være ca. 6V og har implementeret det samme gennem en 5 volt regulator IC ved at øge udgangen med 1 volt.

Som det kan ses, opnås denne 1 V-forhøjelse effektivt ved simpelthen at inkorporere et par serier ensretterdioder med regulatorens fælles ledning.

Ensretterne er tilsluttet for at sikre, at de er forspændt fremad gennem den hvilestrøm, der anvendes af regulatoren, og som bevæger sig via enhedens fælles GND-terminal.

De vedhæftede dioder opfører sig som et resultat som zenerdioder med lav spænding, hvor hver diode falder omkring 0,5 til 0,6 volt, hvilket muliggør en kombineret zenerspænding på ca. 1 til 1,2 volt.

Formålet med designet er at løfte regulatorens fælles terminal med 1 volt over jordforsyningspotentialet. Her stabiliserer regulatoren 7805 IC faktisk den nominelle udgang ved 5 V over jordlinjen, og derfor løftes udgangen også med den samme størrelse ved at hæve jordterminalen med omkring 1 V, hvilket får udgangen også til at blive reguleret til ca. 6 V niveau. Denne procedure fungerer yderst godt med alle tre terminal 78XX spændingsregulator IC'er.

Forspændingsmodstand til dioderne

I nogle tilfælde skal du muligvis tilslutte en ekstern modstand på tværs af GND og udgangsstiften på IC'et for at hjælpe lidt ekstra strøm til dioder, så de er i stand til at udføre optimalt til de tilsigtede resultater.

Da hver ensretterdiode vil lette et fremadfald på ca. 0,65 V, ved at beregne flere sådanne dioder i serie kan vi opnå forholdsmæssigt højere niveau af boostet spænding over IC-udgangen.

For at dette kan ske, skal inputniveauet dog være mindst 3V højere end det endelige estimerede outputniveau. Siliciumdioder som 1N4148 fungerer ganske pænt til applikationen.

Alternativt, hvis dioder ser besværlige ud, kan en enkelt ækvivalent zenerdiode også bruges til at få den samme effekt, som vist i det følgende eksempel.

Når det er sagt, skal du sørge for, at proceduren er implementeret for ikke at blive mere end 3 V højere end enhedens faktiske rating. Ud over dette niveau kan outputstabiliseringen blive påvirket.

Forøgelse af den nuværende kapacitet

En anden stor ændring af en 78XX regulator kunne implementeres for at opnå en øget udgangsstrøm, der er højere end enhedens maksimale rating.

En metode til at gøre dette er vist nedenfor.

Det angivne konfigurationsforhold R1 og R2 sikrer, at for hver milliampestrøm, der passerer gennem R1, D1 og regulatoren, forskydes en smule strøm på mere end 4 mA via Tr1 og R2.

Som et resultat, når den fulde 1 amp bruges gennem IC1, har vi en strøm på mere end 4 ampere, der passerer via Tr1. Denne situation tillader kredsløbet at levere en optimal udgangsstrøm, der er lidt højere end 5 ampere.

Selv under overbelastningsforhold har strømmen gennem Tr1 og IC1 fortsat et forhold på noget højere end 4: 1, derfor fungerer den nuværende begrænsende funktion af IC fortsat uden problemer.

Kredsløb af denne form har faktisk vist sig at være unødvendige i dag på grund af tilgængeligheden af enheder med højere effektregulatorer ligesom 78H05, 781-112 osv., der leveres med en maksimal strømværdi på 5 ampere, og gør det muligt for brugeren at konfigurere dem nøjagtigt med samme lethed som de lavere strømmodparter.