3 terminál rögzített feszültségszabályozó - munka- és alkalmazási áramkörök

A ma kapható, népszerű 3 terminálos rögzített szabályozók IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 és IC 7824 formában vannak, amelyek 5 V, 9 V, 12 V, 15 V és 24 V feszültségű kimeneteknek felelnek meg. .

Ezeket fixnek nevezzük feszültségszabályozók mivel ezek az IC-k kiváló stabilizált fix DC kimeneti feszültségeket képesek előállítani, válaszul egy sokkal magasabb, szabályozatlan DC bemeneti feszültségre.

Ezeket a csúcskategóriás monolit feszültségszabályozókat manapság nagyon olcsón lehet megvásárolni, ami általában kevésbé költséges és kevésbé bonyolult a munkával szemben, mint az épület diszkrét szabályozó áramkör egyenértékűek.

Ezeket a 3 terminálos szabályozókat hihetetlenül könnyű bekötni, amint az az alábbi kapcsolási rajzon is látható, amely bemutatja az IC-k szokásos módszerét.

Az IC három terminálját nyilvánvaló okokból a nevekkel jelölik input, common és output .

A pozitív és a negatív táp egyszerűen összekapcsolódik az IC bemenetén, illetve a közös kapcsain, míg a szabályozott stabilizált feszültség a kimeneten és a közös terminálokon van.

Az egyetlen opcionálisan igényelt különálló külső rész egy kondenzátor az IC bemenetén és kimeneti vezetékén. Ezek a kondenzátorok szükségesek az eszköz kimeneti szabályozásának fokozásához és az átmeneti válasz javításához. Ezeknek a kondenzátoroknak a mikrofarád értékei általában nem kritikusak, ezért általában 100 nf, 220 nf vagy 330 nf értékek.

A 78XX sorozatú szabályozók típusai

A a legnépszerűbb és legelterjedtebben használt rögzített feszültségtípusok , monolitikus feszültségszabályozók a 78XX sorozat pozitív szabályozói és a 79XX sorozat negatív szabályozói.

Ezek 3 kimeneti áram specifikációval találhatók. 9 pozitív típust és kilenc 9 negatív típusú változatot nyújtanak Önnek, amint az az alábbi táblázatból kiderül.

Ezeknek a 78XX IC-sorozatoknak további feszültségértékek vannak pozitív és negatív formában is. Ezeknek a 78XX szabályozóknak a szabványos tartományai: 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V és 24 V, amelyek megfelelnek a 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC-knek.

Sok ilyen eszköz utótagokat vagy számokat tartalmaz nyomtatott számával, a gyártótól vagy a márka típusától függően.

Mindazok azonban lényegében azonosak, azonos minősítéssel. Számos üzletkötő valóban nem népszerűsíti ezeket az IC-ket típusszám szerint, inkább csak rámutat a polaritásra, a feszültségre és az áramra vonatkozó specifikációkra, és alkalmanként a csomag stílusára is hivatkozva.

Főbb jellemzői

Ezek az IC-k beépített áramkorlátozóval és rövidzárlat-védelemmel rendelkeznek a kimeneti terhelés szempontjából. Közepes és nagy teljesítményű 78XX sorozatú szabályozóknál ez a funkció általában visszahajtható típusú. A visszahajtási áramkorlátozás olyan állapot, amelyben a kimeneti túlterhelést az automatikus áramkorlátozás miatt egyszerűen nem reagálja a kimeneti áram.

Mi a visszahúzható áramkorlát

A behajtható áramkorlátozó áramkör visszahúzási reakciója a következő ábrán látható, amely egyértelműen bemutatja, hogy a kimeneti áram minimalizálja-e túlterhelés esetén az ideális kimeneti áramot általában 50% alá. A visszahúzható áramkorlátozás alkalmazásának elsődleges oka az, hogy rövidzárlat esetén jelentősen csökkenti a szabályozón belüli disszipációt.

A visszahajtási áramkorlátozó válasz a következő magyarázatból érthető:

Tegyük fel, hogy van 7805 IC 10 V-os bemenettel, és rövidzárlaton megy keresztül a kimeneti terminálokon. Ebben a helyzetben a szokásos típusú áramkorlátozás esetén az IC kimenete továbbra is 1 amper áramot generál, 10 watt disszipációval. A rövidzárlati áram korlátozásával egy speciális visszahúzási áram esetén azonban 400 mA körülire korlátozódhat, ami csak 4 wattos disszipációt okozhat a készülékben.

Termikus leállítás funkció

A monolit feszültségszabályozók többsége szintén beépített hőelzáró áramkört tartalmaz. Ez a szolgáltatás segít csökkenteni a kimeneti áramot abban az esetben, ha az eszköz túlmelegedési helyzeten megy keresztül.

Az ilyen típusú feszültségszabályozó IC-k ennek eredményeként rendkívül robusztusak, és soha nem sérülnek meg könnyedén, még akkor is, ha ezeket helytelenül használják. Ez azt jelenti, hogy a megsemmisítés egyik módja a megadott tartománynál nagyobb bemeneti tápfeszültség alkalmazása.

Megtalálja a különböző szállítók által az azonos szabványos típusú IC-k számára a maximálisan tolerálható bemeneti feszültségek eltéréseit, bár minden 5 V-os eszközhöz (7805) nyilvánvalóan a 25 V-os tartomány kínálkozik. A nagyobb feszültségszabályozók minimum 30 voltot képesek kezelni, míg 20 és 24 voltos változatok esetén a bemeneti tartomány legfeljebb 40 volt.

Az áramkör megfelelő működéséhez a bemeneti feszültségnek 2,5 V-tal magasabbnak kell lennie, mint a szükséges kimeneti feszültség, kivéve a 7805 szabályozót, ahol a bemeneti feszültség állítólag valamivel több, mint 2 V a szükséges 5 V kimenet fölött, vagyis minimum 7 V.

Készenléti áram terhelés nélkül

Ezen IC-k nyugalmi vagy üresjárati áramfogyasztása terhelés nélkül a kimeneten 1 és 5 mA között lehet, bár egyes nagyon nagy teljesítményű változatokban ez akár 10 mA is lehet.

Vonal és terhelés szabályozása

Az összes 78XX szabályozó IC vonalvezetése kisebb, mint 1%. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti feszültség 1% -nál kisebb eltérést mutathat, függetlenül a maximális és a minimális bemeneti feszültségtartománytól.

A terhelés szabályozása ezen eszközök többségénél általában alacsonyabb, mint 1%. Ez a funkció biztosítja, hogy a kimenet a kimeneti terhelési körülményektől függetlenül továbbra is biztosítja a névleges állandó kimeneti feszültséget.

Ezen szabályozó IC-k többségének hullámzás-visszautasítási jellemzője 60 dB közelében van, a kimeneti zajszint mellett, amely 100 mikrovoltnál alacsonyabb lehet.

Teljesítménydisszipáció

Ezeknek a 78XX szabályozó IC-knek a használatakor emlékeznie kell arra, hogy ezek az IC-k csak véges mennyiségű energiaelosztást képesek kezelni. Ennélfogva a legnagyobb kimeneti terhelés mellett a bemeneti feszültség soha nem szabad, hogy meghaladja a maximálisan tolerálható bemeneti határértéknél néhány volttal magasabb értéket.

Az alacsony, közepes és nagy teljesítményű 78XX készülékek maximális teljesítményvesztése normál szobahőmérsékleten (25 Celsius fok) 0,7 watt, 1 watt, illetve 2 watt.

A fenti korlátozás jelentősen javítható 1,7, 5 és 15 wattra, ha az eszközöket lényegében nagy hűtőbordára szerelik. Mindezekben a szabályozóeszközökben elszórt teljesítmény arányos a bemeneti és kimeneti feszültség közötti különbséggel, szorozva a kimeneti árammal.

A Heatsink alkalmazása 78XX IC-kre

Ebben a helyzetben, amikor az eszköz teljesen meg van töltve 800 mA körül, a készüléktől való disszipáció akár 4 watt is lehet (0,8A x 5V = 4W).

Úgy tűnik, ez kétszerese a 7815-ös készülék maximálisan megengedett 2 wattos PD-értékének. Ez azt jelenti, hogy a további 2 wattot hűtőbordán keresztül kell kompenzálni.

A hűtőbordák széles választéka általában elérhető a piacon, és ezeket egy adott fok / watt besorolással azonosítják.

Ez a besorolás alapvetően azt a hőmérséklet-emelkedést jelzi, amelyet a hűtőbordán keresztül elvezetett teljesítmény minden egyes wattja okoz. Ez azt is jelzi, hogy nagyobb hűtőborda esetén a wattonkénti fok arányosan csökken.

A 78xx szabályozó készülékhez szükséges legkisebb hűtőborda mérete a következő módon határozható meg.

Elsősorban a névleges légköri hőmérsékletet kell megtudnunk, ahol a készüléket használják. Kivéve, ha az eszközt valószínűleg szokatlanul meleg környezetben használják, a 30 Celsius fok körüli érték ésszerű feltételezésnek tekinthető.

Biztonságos hőmérsékleti besorolás

Ezután elengedhetetlen lehet a 78XX szabályozó IC maximális biztonságos hőmérsékletének megismerése. A monolit 78XX szabályozóknál ez a tartomány 125 Celsius fok lehet. Ennek ellenére ez valójában a csomópont hőmérséklete, és nem az a hőmérséklet, amelyet az IC képes ellenállni.

Az abszolút maximálisan megengedett hőmérséklet 100 Celsius fok körül van. Ezért fontos, hogy ne engedjük, hogy a készülék hőmérséklete 70 Celsius fok fölé emelkedjen (100 - 30 = 70).

Mivel a 2 wattos teljesítmény legfeljebb 70 fokos hőmérséklet-emelkedést eredményezhet, jó lesz egy hűtőborda, amelynek besorolása 35 Celsius fok / watt vagy kevesebb (70 fok osztva 2 Watt = 35 W / watt) elég.

Gyakorlatilag egy viszonylag nagyobb hűtőbordát kell alkalmazni, mivel a hőátadás a legtöbb esetben soha nem túl hatékony.

Ezenkívül a tartós stabilitás elérése érdekében biztosítani kell, hogy a készüléket ideálisan a névleges legnagyobb megengedett hőmérsékleti tartomány alatt valamivel alacsonyabban működjék.

Ha egyáltalán lehetséges, biztosítson ésszerű árrést +/- 20 fok, vagy még inkább.

Ha a szabályozó IC-t egy tartály belsejébe zárják és a szabad atmoszférától eltakarják, a tartályban lévő csapdába eső levegő felmelegedhet a szabályozó eloszlása ​​miatt. Ez viszont a NYÁK többi érzékeny részének melegebb körülmények között történő működését okozhatja. Ez a helyzet nagyobb hűtőbordát igényelhet a szabályozó IC számára.

Alkalmazási áramkörök

Az alábbiakban látható egy fix feszültségű 78XX monolitikus feszültségszabályozót használó tápegység tipikus alkalmazási áramköre.

Ebben a kivitelben egy 7815 IC-t használunk szabályozó IC-ként, amely körülbelül +15 V feszültséget biztosít számunkra körülbelül 800 mA áramerősség mellett.

A használt transzformátor 18 -0 - 18 V névleges értékű a szekunder szekunder áramhoz, 1 amper áramerősséggel.

Egy push-pull teljes hullámú egyenirányítóhoz van csatlakoztatva, amely a C1-es szűrés után körülbelül 27 V Dc terheletlen feszültséget biztosít.

A C2 és C3 kondenzátorok úgy működnek, mint a bemeneti és kimeneti leválasztó kondenzátorok, amelyeket viszonylag közelebb kell csatlakoztatni az IC testéhez. Amikor a kimeneti terhelés megtelt, látni fogja, hogy az IC1 alkalmazott bemeneti feszültsége eléri a 19 és 20 volt közötti szintet, ami megközelítőleg 5 volt különbséget tesz lehetővé a szabályozó bemenetén / kimenetén.

Hogyan készítsünk kettős tápegységet

Mivel a fix feszültségű 78XX monolitikus szabályozók negatív és pozitív változatban egyaránt megvásárolhatók, tökéletesnek tűnnek a megvalósításhoz kettős kiegyensúlyozott tápegységek .

Amikor például egy szabályozott ellátásra van szükség a op amp alapú áramkör 12 voltos pozitív és negatív tápellátással 100 mA-nél a következő ábrán látható kivitel alkalmazható.

Ebben a példában a T1 egy 15-0-15 voltos transzformátor, amelynek névleges áramértéke legalább 200 mA. Találhat pár D2 és D3 push-pull teljes hullámú egyenirányítót, amelyek pozitív kimenetet adnak.

A D1 és a D4 negatív kimenetet eredményez. A pozitív utánpótlást C1, míg a negatív vonalat C2 tisztítja.

Az IC1 szabályozott pozitív tápkimenetet ad, míg az IC2 negatív ellátásszabályozóként működik. A C3 – C6 a kondenzátorok leválasztásához hasonlóan vannak elhelyezve a kimeneti hatékonyság növelése érdekében a tüskékre, zajra és tranziensekre adott jobb válasz szempontjából.

Nagyobb kimeneti feszültség a soros szabályozó áramkör használatával

A fent bemutatott konfiguráció szintén felhasználható a két szabályozó együttes feszültségértékeinek meghatározásához. Ez azt jelenti, hogy ha a 79L12-et 78L12-re cserélik, akkor a kimenet 24V lehet.

Ilyen konfiguráció esetén a 0 V-os vonal figyelmen kívül hagyható, és a + 24 V-os kimenet közvetlenül elérhető a kimenet pozitív és negatív vonalain keresztül.

Nagyobb kimeneti feszültség soros dióda áramkör használatával

Valójában nagyon egyszerű kis feszültségnövelést elérni a kimeneten, az egyenirányító dióda felhasználásával az IC földelőcsapja és a földvezeték között.

Ez a megközelítés lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy hozzáférjen egy kicsit magasabb feszültségszinthez, amely nem biztos, hogy bármelyik kész szabályozó eszközből elérhető.

A konfiguráció bekötésének pontos technikája a következő képen fehéríthető.

Ebben a példában becsültük a szükséges kimeneti feszültséget körülbelül 6 V-ra, és ugyanezt egy 5 voltos szabályozó IC-n keresztül valósítottuk meg, a kimenet 1 voltos növelésével.

Mint látható, ezt az 1 V-os magasságot hatékonyan érjük el, ha egyszerűen beépítünk pár soros egyenirányító diódát a szabályozó közös vezetésével.

Az egyenirányítókat bekötik, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy előre vannak-e torzítva a szabályozó által használt nyugalmi áramon keresztül, és amelyek a készülék közös GND terminálján keresztül mozognak.

A csatlakoztatott diódák ennek eredményeként némileg úgy viselkednek, mint a kisfeszültségű zener diódák, ahol mindegyik dióda 0,5–0,6 volt körüli értékre esik, lehetővé téve a kombinált 1–1,2 voltos zenerfeszültséget.

A tervezés célja, hogy a szabályozó közös kapcsait 1 V-tal megemelje a földi tápellátás felett. Itt a 7805 IC szabályozó ténylegesen stabilizálja a névleges kimenetet 5 V-tal a földvezeték fölött, ezért a földi kapocs 1 V körüli megemelésével a kimenet szintén ugyanolyan nagyságrendűen megemelkedik, ami a kimenetet is kb. 6 V szint. Ez az eljárás rendkívül jól működik mind a három terminálos 78XX feszültségszabályozó IC-vel.

A diódák előfeszítő ellenállása

Bizonyos esetekben azonban külső ellenállást kell csatlakoztatnia a GND-re és az IC kimeneti tűjére, hogy segítsen némi extra áramot a diódákban, hogy azok optimálisan tudják a kívánt eredményt elérni.

Mivel minden egyenirányító dióda körülbelül 0,65 V körüli előreesést segít elő, több ilyen dióda soros kiszámításával arányosan magasabb fokozott feszültséget érhetünk el az IC kimeneten.

Ehhez azonban a bemeneti szintnek legalább 3 V-mal magasabbnak kell lennie, mint a végső becsült kimeneti szint. Az 1N4148-hoz hasonló szilíciumdiódák nagyon szépen működnek az alkalmazáshoz.

Alternatív megoldásként, ha a diódák nehézkesnek tűnnek, egyetlen ekvivalens zener dióda is használható ugyanazon hatás eléréséhez, amint az a következő példában látható.

Ezt követően kérjük, győződjön meg arról, hogy az eljárást úgy hajtják végre, hogy legfeljebb 3 V-val magasabb legyen, mint az eszköz tényleges névleges értéke. Ezen a szinten túllépve a kimeneti stabilizáció befolyásolható.

A jelenlegi kapacitás növelése

A 78XX szabályozó másik nagyszerű módosítása megvalósítható a készülék maximális névleges értékénél magasabb megnövelt kimeneti áram elérése érdekében.

Ennek egyik módját az alábbiakban mutatjuk be.

A jelzett R1 és R2 konfigurációs arány biztosítja, hogy minden milliamper áram esetén, amely áthalad az R1, D1 és a szabályozón, egy 4 mA-t meghaladó áram egy kicsit eltolódik a Tr1 és R2 kapcsolatokon keresztül.

Ennek eredményeként, amikor a teljes 1 ampert az IC1-en keresztül használják, több mint 4 amperes áramunk van, amely átmegy a Tr1-en. Ez a helyzet lehetővé teszi az áramkör számára az optimális kimeneti áram leadását, amely valamivel nagyobb, mint 5 amper.

Túlterhelési körülmények között is a Tr1-en és az IC1-en keresztüli áramok aránya továbbra is valamivel magasabb, mint 4: 1, ezért az IC áramkorlátozó jellemzője továbbra is problémamentesen működik.

Az ilyen formájú áramkörök valójában szükségtelennek bizonyultak manapság, mivel ezek rendelkezésre állnak nagyobb teljesítményű szabályozók mint például a 78H05, 781-112 stb., amelyek maximális áramerőssége 5 amper, és lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy pontosan ugyanolyan könnyedén konfigurálja őket, mint az alacsonyabb áramú társaik.