3 Terminal faste spenningsregulatorer - arbeids- og applikasjonskretser

De populære 3 terminale faste regulatorene som er tilgjengelige i dag, er i form av IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 og IC 7824, som tilsvarer faste spenningsutganger på 5 V, 9 V, 12 V, 15 V og 24 V .

Disse kalles faste spenningsregulatorer siden disse IC-ene er i stand til å produsere utmerkede stabiliserte faste DC-utgangsspenninger som svar på en mye høyere uregulert DC-inngangsspenning.

Disse high-end monolitiske spenningsregulatorene kan kjøpes veldig billig i dag, noe som normalt er mindre kostbart og mindre komplisert å jobbe med, sammenlignet med bygninger. diskret regulator krets ekvivalenter.

Disse 3-terminal regulatorene er utrolig enkle å koble til, som det kan sees i kretsskjemaet nedenfor som viser standardmetoden som disse IC-ene implementeres på.

De tre terminalene på IC er av åpenbare grunner, utpekt med navnene inngang, felles og utgang .

Tilførselen positiv og negativ er ganske enkelt koblet over henholdsvis inngangs- og felles terminaler på IC, mens den regulerte stabiliserte spenningen er anskaffet over utgangen og felles terminaler.

Den eneste diskrete eksterne delen som eventuelt kreves er en kondensator på inngangen og utgangsledningene til IC. Disse kondensatorene er nødvendige for å forbedre nivået på utgangsregulering av enheten, og for å forbedre forbigående respons. Mikrofaradsverdiene til disse kondensatorene er generelt ikke kritiske, og er derfor normalt mellom 100 nf, 220 nf eller 330 nf.

Typer av regulatorer i 78XX-serien

De mest populære og mest brukte typer fast spenning , monolittiske spenningsregulatorer er de positive regulatorene i 78XX-serien, og de negative regulatorene i 79XX-serien.

Disse finnes med 3 spesifikasjoner for utgangsstrøm. De gir deg 9 positive typer og ni 9 negative typer varianter, som avslørt i diagrammet nedenfor.

Disse 78XX-serien av IC-er kommer med ekstra spenningsnivåer både i positive og negative former. Standardområdene for disse 78XX-regulatorene er 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V og 24 V, noe som tilsvarer IC 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC.

Mange av disse enhetene har suffikser eller figurer med det trykte nummeret, avhengig av produsent eller merkevaretype.

Imidlertid er alle i det vesentlige de samme med identisk vurdering. Flere delavtaler vil faktisk ikke markedsføre disse IC-ene etter typenummer, heller bare påpeke deres polaritet, spenning og strømspesifikasjoner, og noen ganger med referanse til deres pakkestil.

Hovedtrekkene

Disse IC-ene har innebygd strømbegrensning og kortslutningsbeskyttelse for utgangsbelastningen. I 78XX-serien av regulatorer med middels og høy effekt er denne funksjonen vanligvis av tilbakeslagstype. Tilbakeslagsstrømbegrensning er en tilstand der en utgangsoverbelastning rett og slett ikke reageres av utgangsstrømmen på grunn av en automatisk strømbegrensning.

Hva er Foldback Current Limit

Tilbakeslagsreaksjonen til en tilbakekoblingsstrømbegrensende krets kan sees i følgende figur, som tydelig viser hvordan utgangsstrømmen minimeres under overbelastningsforhold til typisk mindre enn 50% den ideelle utgangsstrømmen. Den primære årsaken til å benytte begrensning for tilbakeslagsstrøm er at den reduserer spredningen i regulatoren betydelig under kortslutningssituasjoner.

Den tilbakekoblingsstrømbegrensende responsen kan forstås fra følgende forklaring:

Anta at vi har 7805 IC med en 10 V-inngang, og den gjennomgår kortslutning over utgangsterminalene. I denne situasjonen vil normal strøm som begrenser utgangseffekten til IC fortsette å generere 1 amp strøm som gir en spredning på 10 watt. Men med en spesiell tilbakeslagsstrøm som begrenser kortslutningsstrømmen, kan den begrenses til rundt 400 mA, noe som resulterer i en spredning i bare 4 watt.

Termisk nedleggelsesfunksjon

Flertallet av monolitiske spenningsregulatorer har også et innebygd kretsløp for beskyttelse mot termisk nedstengning. Denne funksjonen bidrar til å redusere utgangsstrømmen i tilfelle enheten går gjennom en overopphetingssituasjon.

Disse typer IC-er for spenningsregulatorer er derfor ekstremt robuste, og blir aldri lett skadet, selv når disse blir brukt feil. Når det er sagt, er en måte som de kan ødelegges på ved å bruke en høy inngangsforsyningsspenning enn det angitte området.

Du vil finne variasjoner i de maksimalt tillatte inngangsspenningene som er spesifisert av forskjellige leverandører for disse IC-ene av den samme standardtypen, selv om 25 volt tilsynelatende er det minste tilbudte området for alle 5 volt-enheter (7805). Større spenningsregulatorer kan håndtere minimum 30 volt, mens for 20 og 24 volt varianter er inngangsområdet opptil 40 volt.

For at kretsen skal fungere riktig må inngangsspenningen være høyere med 2,5 volt enn den nødvendige utgangsspenningen, med unntak for 7805 regulator der inngangsspenningen antas å være mer enn 2 V over den nødvendige 5 V utgangen, noe som betyr at den skal være minimum 7 V.

Standbystrøm uten belastning

Hvilestrømmen eller tomgangsforbruket til disse IC-ene uten belastning på utgangen kan være mellom 1 og 5 mA, selv om dette kan være opptil 10 mA i noen svært høye varianter.

Linje- og lastregulering

Linjereguleringen for alle 78XX regulator ICer er mindre enn 1%. Betydning, utgangsspenningen kan vise en variasjon på mindre enn 1% uavhengig av inngangsspenningsvariasjonen fra maksimum og minimum inngangsspenningsområde.

Lastreguleringen er også normalt lavere enn 1% for de fleste av disse enhetene. Disse funksjonene sikrer at utgangen fortsetter å gi den nominelle konstante utgangsspenningen uavhengig av utgangsbelastningsforholdene.

Ripple rejection-funksjonen for de fleste av disse regulator-IC-ene er i nærheten av 60 dB sammen med et utgangsstøynivå som kan være lavere enn 100 mikrovolt.

Kraftspredning

Når du bruker disse 78XX regulator-ICene, må du huske at disse IC-ene er rangert for å håndtere bare en endelig mengde strømavledning. Derfor, under høyeste utgangsbelastning, skal inngangsspenningen aldri tillates å overstige noen volt høyere enn den maksimalt tillatte inngangsgrensen.

Maksimal effektspredning ved normal romtemperatur (25 grader Celsius) for 78XX-områdene med lav, middels og høy effekt er henholdsvis 0,7 watt, 1 watt og 2 watt.

Ovennevnte begrensning kan forbedres betydelig til henholdsvis 1,7 watt, 5 watt og 15 watt hvis enhetene er montert på en vesentlig stor kjøleribbe. Effekten som er spredt i alle disse regulatorenhetene er proporsjonal med forskjellen mellom inngangs- og utgangsspenningene, multiplisert med utgangsstrømmen.

Slik bruker du kjøleribbe på 78XX IC-er

I denne situasjonen når enheten er fulladet på rundt 800 mA, kan spredningen fra enheten være så mye som 4 watt (0,8A x 5V = 4W).

Dette ser ut til å være to ganger mer enn maksimalt tillatt 2 watt PD for 7815-enheten. Dette innebærer at de ekstra 2 watt må kompenseres gjennom en kjøleribbe.

Et bredt utvalg av heatsinks er generelt tilgjengelig i markedet, og disse er identifisert med en vurdering på en bestemt grad / watt.

Denne vurderingen indikerer i utgangspunktet temperaturstigningen som er forårsaket for hver eneste watt strøm som ledes ut via kjøleribben. Dette indikerer også at for større kjøleribbe vil gradene per watt bli proporsjonalt lavere.

Den laveste størrelsen på varmeavlederen som er nødvendig for en 78xx regulator, kan bestemmes på følgende måte.

Vi må først og fremst finne ut den nominelle atmosfæretemperaturen der enheten brukes. Med unntak av om det er sannsynlig at enheten vil bli brukt i uvanlig varme omgivelser, kan en figur på rundt 30 grader Celsius betraktes som en rimelig antagelse.

Sikker temperaturvurdering

Deretter kan det være viktig å lære maksimal sikker temperaturvurdering for den spesifikke 78XX regulator IC. For monolitiske 78XX-regulatorer kan dette området ligge på 125 grader Celsius. Når det er sagt, er dette faktisk krysningstemperaturen, og ikke tilfelle temperaturen som ICen tåler.

Den absolutte maksimalt tillatte tilfelletemperaturen er rundt 100 grader Celsius. Derfor blir det viktig å ikke la enhetstemperaturen øke over 70 grader Celsius (100 - 30 = 70).

Fordi en effekt på 2 watt kan resultere i en økning i temperaturen på maksimalt 70 grader, vil en kjøleribbe som er spredt på 35 grader Celsius / watt eller mindre (70 grader delt på 2 watt = 35 grader C per watt) være god nok.

I praksis bør det brukes en relativt større varmeavleder, siden varmeoverføringen i de fleste tilfeller aldri er veldig effektiv.

Videre, for å få en langvarig stabilitet, må det sikres at enheten ideelt sett drives på noe under det nominelle maksimalt tillatte temperaturområdet.

Hvis det er mulig, sørg for en rimelig margin +/- 20 grader eller kanskje mer.

Når regulator IC er lukket inne i en beholder og tildekket fra den frie atmosfæren, kan den fangede luften i beholderen varmes opp av regulatorens spredning. Dette kan igjen føre til at de andre følsomme delene på kretskortet fungerer under varmere forhold. En slik situasjon kan kreve en større kjøleribbe for regulator IC.

Søknadskretser

En typisk applikasjonskrets for en strømforsyning ved hjelp av en fast spenning 78XX monolitisk spenningsregulator kan sees nedenfor.

I denne utformingen brukes en 7815 IC som regulator IC, som gir oss rundt +15 volt ved omtrent 800 mA strøm.

Transformatoren som brukes er rangert med 18 -0 - 18V for den sekundære med en strømstyrke på 1 amp.

Den er koblet til en push-pull fullbølgeretter som gir en ubelastet spenning på ca. 27 V DC etter å ha blitt filtrert gjennom C1.

Kondensatorer C2 og C3 fungerer som inngangs- og utkoblingskondensatorer som skal festes relativt nærmere kroppen til IC. Når utgangsbelastningen er full vil du se at den påførte inngangsspenningen til IC1 når et nivå på 19 til 20 volt, slik at det er omtrent 5 volt forskjell over inngangen / utgangen til regulatoren.

Hvordan lage dobbel strømforsyningskrets

Siden faste spenninger 78XX monolitiske regulatorer kan kjøpes både i negative og positive varianter, ser de ut som perfekte for implementering dobbel balansert strømforsyning .

Når det for eksempel er behov for en regulert forsyning for å drive en op amp basert krets med positive og negative forsyninger på 12 volt ved 100 mA, kan designen vist i følgende figur brukes.

I dette eksemplet er T1 en 15-0-15 volt transformator vurdert med sekundær strømstyrke på 200 mA eller mer. Du kan finne et par push-pull full-wave likerettere D2 og D3 som gir deg en positiv effekt.

D1 og D4 leverer en negativ effekt. Den positive tilførselen blir filtrert av C1 mens den negative linjen blir renset og filtrert av C2.

IC1 gir deg en regulert positiv forsyningsproduksjon, mens IC2 fungerer som en negativ forsyningsregulator. C3 til C6 er plassert som frakoblingskondensatorer for å forbedre utgangseffektiviteten når det gjelder bedre respons på pigger, støy og transienter.

Høyere utgangsspenning ved bruk av serien Regulator Circuit

Konfigurasjonen vist ovenfor kan også brukes for å få kombinerte spenningsverdier for de to regulatorene. Betydning, hvis 79L12 byttes ut med 78L12 regulator, vil utgangen være 24V.

I en slik konfigurasjon kan 0V-linjen ignoreres, og + 24V-utgangen kan nås direkte over de positive og negative linjene i utgangen.

Høyere utgangsspenning ved bruk av seriediodekrets

Det er faktisk veldig enkelt å få en liten spenningsforsterkning ved utgangen ved å bruke en likeretterdiode mellom jordpinnen på IC og jordlinjen.

Denne tilnærmingen gjør det mulig for brukeren å få tilgang til et litt høyere spenningsnivå som kanskje ikke oppnås direkte fra noen ferdige regulatoranordninger.

Den nøyaktige teknikken for kabling av denne konfigurasjonen kan bli belyst i det følgende bildet.

I dette eksemplet har vi estimert den nødvendige utgangsspenningen til å være omtrent 6V, og har implementert den samme gjennom en 5 volt regulator IC ved å øke utgangen med 1 volt.

Som det kan sees, oppnås denne 1 V-høyden effektivt ved ganske enkelt å inkorporere et par serieretter likeretterdioder med den felles ledningen til regulatoren.

Likriktere er koblet for å sikre at de er forspent fremover gjennom den hvilestrømmen som brukes av regulatoren, og som beveger seg via enhetens vanlige GND-terminal.

De vedlagte dioder oppfører seg som et resultat som lavspennings-zener-dioder, hvor hver diode faller rundt 0,5 til 0,6 volt, noe som muliggjør en kombinert zenerspenning på ca. 1 til 1,2 volt.

Målet med designet er å løfte regulatorens felles terminal med 1 volt over jordforsyningspotensialet. Her stabiliserer regulatoren 7805 IC faktisk nominell utgang ved 5 V over jordlinjen, og ved å heve bakkeklemmen med rundt 1 V, løftes også utgangen med samme størrelse, og forårsaker at utgangen også blir regulert til omtrent 6 V nivå. Denne prosedyren fungerer veldig bra med alle de tre terminal 78XX spenningsregulator IC-ene.

Biasing Resistor for Diodes

I noen tilfeller må du imidlertid koble til en ekstern motstand over GND og utgangspinnen til IC for å hjelpe litt ekstra strøm til dioder, slik at de er i stand til å oppføre seg optimalt for de tiltenkte resultatene.

Siden hver likeretterdiode vil legge til rette for et fall fremover på omtrent 0,65 V omtrent, ved å beregne flere slike dioder i serie, kan vi oppnå proporsjonalt høyere nivå av forsterket spenning over IC-utgangen.

For at dette skal skje må inngangsnivået imidlertid være høyere med minst 3V enn det endelige estimerte utgangsnivået. Silisiumdioder som 1N4148 vil fungere ganske bra for applikasjonen.

Alternativt hvis dioder ser tungvint ut, kan en enkelt ekvivalent zenerdiode også brukes for å få den samme effekten, som vist i følgende eksempel.

Når det er sagt, må du sørge for at prosedyren er implementert for å ikke bli mer enn 3 V høyere enn den faktiske vurderingen til enheten. Utover dette nivået kan utgangsstabiliseringen bli påvirket.

Øker strømkapasiteten

En annen flott modifikasjon av en 78XX regulator kan implementeres for å oppnå en økt utgangsstrøm som er høyere enn enhetens maksimale vurdering.

En metode for å gjøre dette er vist nedenfor.

Det angitte konfigurasjonsforholdet R1 og R2 sikrer at for hver milliampstrøm som passerer gjennom R1, D1 og regulatoren, forskyves litt strøm over 4 mA via Tr1 og R2.

Som et resultat når full 1 amp brukes gjennom IC1, har vi en strøm på mer enn 4 ampere som går via Tr1. Denne situasjonen gjør at kretsen kan levere en optimal utgangsstrøm som er litt høyere enn 5 ampere.

Selv under overbelastningsforhold fortsetter strømene gjennom Tr1 og IC1 å ha et forhold på noe høyere enn 4: 1, derfor fortsetter den nåværende begrensende funksjonen til IC å fungere uten problemer.

Kretser av dette skjemaet har faktisk vist seg å være unødvendige i dag på grunn av tilgjengeligheten av enheter med høyere effektregulatorer som 78H05, 781-112 osv. som har en maksimal strømstyrke på 5 ampere, og gjør det mulig for brukeren å konfigurere dem nøyaktig med samme letthet som kolleger med lavere strøm.