3 Terminálové regulátory pevného napätia - pracovné a aplikačné obvody

Populárne 3 terminálové pevné regulátory, ktoré sú dnes k dispozícii, sú vo forme IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 a IC 7824, ktoré zodpovedajú výstupom pevného napätia 5 V, 9 V, 12 V, 15 V a 24 V .

Tieto sa nazývajú pevné regulátory napätia pretože tieto integrované obvody sú schopné produkovať vynikajúce stabilizované pevné výstupné napätia DC v reakcii na oveľa vyššie neregulované vstupné napätie DC.

Tieto špičkové monolitické regulátory napätia je v dnešnej dobe možné kúpiť veľmi lacno, čo je v porovnaní so stavbou obvykle menej nákladné a menej komplikované s nimi pracovať. diskrétny obvod regulátora ekvivalenty.

Tieto 3-terminálne regulátory sa dajú neuveriteľne ľahko zapojiť, ako je zrejmé z nižšie uvedeného schémy zapojenia, ktorá ukazuje štandardnú metódu implementácie týchto integrovaných obvodov.

Tri terminály IC sú zo zjavných dôvodov označené menami vstup, spoločný a výstup .

Kladné a záporné napájanie sú jednoducho pripojené cez vstupnú a spoločnú svorku IC, zatiaľ čo regulované stabilizované napätie sa získava cez výstupnú a spoločnú svorku.

Jedinou samostatnou externou časťou, ktorá sa voliteľne vyžaduje, je kondenzátor na vstupnom a výstupnom vedení IC. Tieto kondenzátory sú potrebné na zvýšenie úrovne výstupnej regulácie zariadenia a na zlepšenie prechodovej odozvy. Hodnoty mikrofarád týchto kondenzátorov zvyčajne nie sú kritické, a preto sú zvyčajne v rozmedzí 100 nf, 220 nf alebo 330 nf.

Typy regulátorov série 78XX

The najpopulárnejšie a najbežnejšie používané typy pevného napätia , monolitické regulátory napätia sú pozitívne regulátory série 78XX a negatívne regulátory rady 79XX.

Nájdeme ich s 3 špecifikáciami výstupného prúdu. Poskytujú vám 9 pozitívnych typov a deväť 9 negatívnych typov variantov, ako je zrejmé z nižšie uvedenej tabuľky.

Tieto série integrovaných obvodov 78XX prichádzajú s ďalšími hodnotami napätia v pozitívnej aj negatívnej forme. Štandardné rozsahy pre tieto regulátory 78XX sú 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V a 24 V, čo zodpovedá integrovaným obvodom 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824.

Mnohé z týchto zariadení majú príponu znakov alebo číslic s vytlačeným číslom, v závislosti od výrobcu alebo typu značky.

Všetky sú však v podstate rovnaké s rovnakým hodnotením. Niekoľko predajcov častí nebude v skutočnosti propagovať tieto integrované obvody podľa čísla typu, skôr len upozorní na ich polaritu, napätie a prúdové špecifikácie a príležitostne s odkazom na ich štýl balenia.

Hlavné rysy

Tieto integrované obvody majú zabudované obmedzenie prúdu a ochranu pred skratom pre výstupné zaťaženie. V sériách regulátorov 78XX so stredným a vysokým výkonom je táto vlastnosť obvykle typu foldback. Sklopné obmedzenie prúdu je stav, v ktorom výstupné preťaženie jednoducho nereaguje kvôli automatickému obmedzeniu prúdu.

Čo je to Foldback Current Limit

Reakciu spätného zloženia obvodu obmedzujúceho prúd spätného prúdu je možné sledovať na nasledujúcom obrázku, ktorý zreteľne demonštruje, ako sa výstupný prúd minimalizuje za podmienok preťaženia na typicky menej ako 50% ideálneho výstupného prúdu. Hlavným dôvodom využitia obmedzenia spätného prúdu je to, že významne znižuje rozptyl v regulátore pri skratových situáciách.

Odozvu na obmedzenie spätného prúdu možno pochopiť z nasledujúceho vysvetlenia:

Predpokladajme, že máme 7805 IC so vstupom 10 V a na svojich výstupných svorkách dôjde ku skratu. V tejto situácii pri bežnom type prúdu, ktorý obmedzuje výstup IC, bude aj naďalej generovať prúd 1 ampér, čo spôsobí stratu 10 wattov. Ale so špeciálnym spätným prúdom, ktorý obmedzuje, môže byť skratový prúd obmedzený na približne 400 mA, čo vedie k rozptýleniu iba 4 wattov v prístroji.

Funkcia tepelného vypnutia

Väčšina monolitických regulátorov napätia má tiež zabudované ochranné obvody tepelného vypnutia. Táto funkcia pomáha znižovať výstupný prúd v prípade, že dôjde k prehriatiu zariadenia.

Tieto typy integrovaných obvodov regulátora napätia sú vo výsledku mimoriadne robustné a nikdy sa ľahko nepoškodia, aj keď sa používajú nesprávne. To znamená, že jedným zo spôsobov, ako by mohli byť zničené, je použitie vysokého vstupného napájacieho napätia, ako je stanovený rozsah.

Nájdete odchýlky v maximálnych prípustných vstupných napätiach špecifikovaných rôznymi dodávateľmi pre tieto integrované obvody rovnakého štandardného typu, hoci 25 voltov je zjavne minimálny ponúkaný rozsah pre akékoľvek 5 voltové zariadenie (7805). Regulátory väčšieho napätia môžu pracovať s minimom 30 voltov, zatiaľ čo pre odrody 20 a 24 voltov je vstupný rozsah až 40 voltov.

Aby obvod správne fungoval, musí byť vstupné napätie o 2,5 voltu vyššie ako požadované výstupné napätie, s výnimkou regulátora 7805, kde sa predpokladá, že vstupné napätie je iba o viac ako 2 V nad požadovaným výstupom 5 V, čo znamená, že byť minimálne 7 V.

Pohotovostný prúd bez zaťaženia

Kľudový prúd alebo spotreba voľnobežného prúdu týchto integrovaných obvodov bez akejkoľvek záťaže na výstupe môže byť medzi 1 až 5 mA, aj keď v niektorých variantoch s veľmi vysokým výkonom môže byť až 10 mA.

Regulácia vedenia a zaťaženia

Regulácia vedenia pre všetky integrované obvody regulátora 78XX je menšia ako 1%. To znamená, že výstupné napätie môže vykazovať odchýlky menšie ako 1% bez ohľadu na odchýlky vstupného napätia od rozsahu maximálneho a minimálneho vstupného napätia.

Regulácia záťaže je tiež bežne nižšia ako 1% pre väčšinu z týchto zariadení. Táto vlastnosť zaisťuje, že výstup bude aj naďalej poskytovať menovité konštantné výstupné napätie bez ohľadu na podmienky zaťaženia výstupu.

Funkcia potlačenia zvlnenia pre väčšinu z týchto integrovaných obvodov regulátora je v blízkosti 60 dB spolu s úrovňou výstupného šumu, ktorá môže byť nižšia ako 100 mikrovoltov.

Strata výkonu

Ak používate tieto integrované obvody regulátora 78XX, musíte si uvedomiť, že tieto integrované obvody sú dimenzované tak, aby zvládli iba konečné množstvo stratového výkonu. Preto by pri najväčšom výstupnom zaťažení nemalo byť dovolené, aby vstupné napätie prekročilo o niekoľko voltov viac ako je maximálna prípustná vstupná hranica.

Maximálny stratový výkon pri normálnej izbovej teplote (25 stupňov Celzia) pre rozsah zariadení s nízkym, stredným a vysokým výkonom 78XX je 0,7 W, 1 W a 2 W.

Vyššie uvedené obmedzenie by sa mohlo výrazne zlepšiť na 1,7 wattu, 5 wattov a 15 wattov, ak sú zariadenia namontované na podstatne veľkom chladiči. Výkon rozptýlený vo všetkých týchto regulačných zariadeniach je úmerný rozdielu medzi vstupným a výstupným napätím vynásobenému výstupným prúdom.

Ako použiť chladič na integrované obvody 78XX

V tejto situácii, keď je zariadenie úplne zaťažené na približne 800 mA, môže byť stratový výkon zo zariadenia až 4 watty (0,8 A x 5 V = 4 W).

Zdá sa, že to je dvakrát viac ako maximálne prípustné 2 watty PD pre zariadenie 7815. To znamená, že ďalšie 2 watty sa musia kompenzovať pomocou chladiča.

Na trhu je všeobecne k dispozícii široký výber chladičov, ktoré sú identifikované stupňom konkrétneho stupňa / watt.

Toto hodnotenie v podstate označuje nárast teploty, ktorý je spôsobený pre každý jeden watt energie rozptýlenej cez chladič. To tiež naznačuje, že pri väčšom chladiči sa budú stupne na watt proporcionálne znižovať.

Najnižšia veľkosť chladiča potrebná pre regulačné zariadenie 78xx sa mohla určiť nasledujúcim spôsobom.

Primárne musíme zistiť menovitú atmosférickú teplotu, kde sa prístroj používa. Okrem prípadu, keď je pravdepodobné, že sa zariadenie bude používať v neobvykle teplom prostredí, možno za rozumný predpoklad považovať údaj okolo 30 stupňov Celzia.

Hodnotenie bezpečnej teploty

Ďalej môže byť nevyhnutné naučiť sa maximálnu bezpečnú teplotu pre konkrétny IC regulátora 78XX. Pre monolitické regulátory 78XX môže byť tento rozsah 125 stupňov Celzia. Toto je vlastne teplota spoja, a nie teplota prípadu, ktorej IC odolá.

Absolútna maximálna prípustná teplota prípadu je okolo 100 stupňov Celzia. Preto je dôležité nedovoliť, aby sa teplota zariadenia zvýšila nad 70 stupňov Celzia (100 - 30 = 70).

Pretože výkon 2 watty môže mať za následok zvýšenie teploty maximálne o 70 stupňov, bude dobrý chladič dimenzovaný tak, aby sa rozptýlil o 35 stupňov Celzia / watt alebo menej (70 stupňov delené 2 wattmi = 35 stupňov C na watt). dosť.

Prakticky by sa mal použiť relatívne väčší chladič, pretože prenos tepla nie je vo väčšine prípadov nikdy veľmi efektívny.

Ďalej, aby sa získala dlhodobá stabilita, musí sa zabezpečiť, aby bolo zariadenie ideálne prevádzkované o niečo pod menovitým maximálnym povoleným teplotným rozsahom.

Ak je to možné, zabezpečte primeranú rezervu +/- 20 stupňov alebo možno viac.

Keď je IC regulátora uzavretý vo vnútri nádoby a zakrytý mimo voľnej atmosféry, môže to spôsobiť zahrievanie zachyteného vzduchu v nádobe rozptýlením regulátora. To by mohlo následne spôsobiť, že ostatné citlivé časti na DPS budú pracovať v teplejších podmienkach. Takáto situácia si môže vyžadovať väčší chladič pre regulátor IC.

Aplikačné obvody

Typický aplikačný obvod zdroja napájaného pomocou monolitického regulátora napätia 78XX s pevným napätím je uvedený nižšie.

V tomto prevedení sa 7815 IC používa ako regulátor IC, ktorý nám poskytuje okolo +15 voltov pri prúde približne 800 mA.

Použitý transformátor je dimenzovaný na 18-0 - 18V pre sekundárny prúd s menovitým prúdom 1 ampér.

Je pripojený k push-pull usmerňovaču s plnou vlnou, ktorý po filtrovaní cez C1 poskytuje nezaťažené napätie asi 27 V Dc.

Kondenzátory C2 a C3 fungujú ako vstupné a výstupné oddeľovacie kondenzátory, ktoré by mali byť pripevnené relatívne bližšie k telu integrovaného obvodu. Keď je výstupné zaťaženie plné, uvidíte, že aplikované vstupné napätie na IC1 dosahuje hladinu na 19 až 20 voltoch, čo umožňuje rozdiel približne 5 voltov na vstupe / výstupe regulátora.

Ako si vyrobiť duálny napájací obvod

Pretože monolitické regulátory 78XX s pevným napätím je možné zakúpiť v negatívnych aj pozitívnych variantoch, javia sa ideálne na implementáciu duálne vyvážené zdroje napájania .

Keď je napríklad potrebné regulované napájanie pre prevádzku obvod založený na operačnom zosilňovači s kladným a záporným napájaním 12 V pri 100 mA je možné použiť návrh zobrazený na nasledujúcom obrázku.

V tomto príklade je T1 15-0-15 voltový transformátor s menovitým sekundárnym prúdom najmenej 200 mA. Môžete nájsť niekoľko push-pull usmerňovačov s plnou vlnou D2 a D3, ktoré vám poskytnú pozitívny výstup.

D1 spolu s D4 poskytujú negatívny výstup. Pozitívny prísun je filtrovaný pomocou C1, zatiaľ čo záporná čiara je vyčistená a filtrovaná pomocou C2.

IC1 poskytuje regulovaný kladný výstup napájania, zatiaľ čo IC2 funguje ako záporný regulátor napájania. C3 až C6 sú umiestnené ako oddeľovacie kondenzátory na zvýšenie výstupnej efektívnosti, pokiaľ ide o lepšiu odozvu na hroty, šum a prechodné javy.

Vyššie výstupné napätie pomocou sériového regulačného obvodu

Vyššie uvedenú konfiguráciu je možné tiež použiť na získanie kombinovaných hodnôt napätia dvoch regulátorov. To znamená, že ak je 79L12 nahradený 78L12, regulátor umožní výstup 24V.

V takejto konfigurácii môže byť vedenie 0V ignorované a na výstup +24V je možné pristupovať priamo cez kladné a záporné vedenie výstupu.

Vyššie výstupné napätie pomocou sériového diódového obvodu

Je skutočne veľmi ľahké dosiahnuť malé zvýšenie napätia na výstupe pomocou nejakej usmerňovacej diódy medzi uzemňovacím kolíkom IC a uzemňovacím vedením.

Tento prístup umožňuje užívateľovi prístup k trochu vyššej úrovni napätia, ktorú nemusí priamo získať žiadne pripravené regulačné zariadenie.

Presnú techniku ​​zapojenia tejto konfigurácie nájdete na nasledujúcom obrázku.

V tomto príklade sme odhadli požadované výstupné napätie na približne 6 V a implementovali sme ho pomocou 5 voltového regulátora IC zvýšením výkonu o 1 volt.

Ako je zrejmé, tohto zvýšenia 1 V sa dá efektívne dosiahnuť jednoduchým zabudovaním niekoľkých sériových usmerňovacích diód so spoločným vedením regulátora.

Usmerňovače sú zapojené tak, aby sa zabezpečilo, že sú predpäté vpred cez pokojový prúd využívaný regulátorom a ktorý sa pohybuje cez spoločnú svorku GND prístroja.

Výsledkom je, že pripojené diódy sa správajú podobne ako nízkonapäťové zenerove diódy, pričom každá z týchto diód klesá okolo 0,5 až 0,6 voltu, čo umožňuje kombinované zenerove napätie približne 1 až 1,2 voltu.

Cieľom návrhu je zdvihnúť spoločnú svorku regulátora o 1 volt nad potenciálom napájania zeme. Tu regulátor 7805 IC v skutočnosti stabilizuje menovitý výkon na 5 V nad zemnou linkou, a teda zvýšením uzemňovacej svorky o približne 1 V sa výstup tiež zdvihne o veľmi rovnakú veľkosť, čo spôsobí, že výstup bude tiež regulovaný na približne Úroveň 6 V. Tento postup funguje mimoriadne dobre so všetkými tromi terminálnymi integrovanými obvodmi regulátora napätia 78XX.

Predpínací odpor pre diódy

V niektorých prípadoch však možno budete musieť pripojiť externý rezistor cez GND a výstupný kolík integrovaného obvodu, aby ste diódam pomohli dodať trochu prúdu navyše, aby boli schopné optimálne fungovať pre zamýšľané výsledky.

Pretože každá usmerňovacia dióda uľahčí pokles vpred približne o 0,65 V, výpočtom viacerých takýchto diód v sérii môžeme dosiahnuť proporcionálne vyššiu úroveň zosilneného napätia na výstupe IC.

Aby k tomu však mohlo dôjsť, musí byť vstupná úroveň minimálne o 3 V vyššia ako konečná odhadovaná výstupná úroveň. Kremíkové diódy ako 1N4148 budú pre aplikáciu fungovať celkom pekne.

Alternatívne, ak diódy vyzerajú ťažkopádne, je možné na dosiahnutie rovnakého efektu použiť aj jednu ekvivalentnú zenerovu diódu, ako je uvedené v nasledujúcom príklade.

Z tohto dôvodu sa uistite, že je implementovaný postup pre zvýšenie maximálnej hodnoty o 3 V oproti skutočnému hodnoteniu prístroja. Po tejto úrovni môže dôjsť k ovplyvneniu stabilizácie výstupu.

Zvyšovanie kapacity prúdu

Mohla by sa implementovať ďalšia veľká modifikácia regulátora 78XX na dosiahnutie zvýšeného výstupného prúdu vyššieho ako je maximálna hodnota zariadenia.

Jeden spôsob, ako to dosiahnuť, je uvedený nižšie.

Uvedený konfiguračný pomer R1 a R2 zaručuje, že pre každý miliampérový prúd, ktorý prechádza cez R1, D1 a regulátor, sa cez Tr1 a R2 posúva trochu prúdu viac ako 4 mA.

Výsledkom je, že keď sa použije plný zosilňovač 1 cez IC1, máme prúd viac ako 4 ampéry prechádzajúce cez Tr1. Táto situácia umožňuje obvodu dodávať optimálny výstupný prúd, ktorý je o niečo vyšší ako 5 ampérov.

Aj v podmienkach preťaženia majú prúdy cez Tr1 a IC1 pomer o niečo vyšší ako 4: 1, preto súčasná obmedzujúca vlastnosť IC naďalej funguje bez problémov.

Obvody tejto formy sa v súčasnosti v dôsledku dostupnosti javia ako zbytočné zariadenia s vyšším regulátorom výkonu ako 78H05, 781-112 atď., ktoré majú maximálny prúdový prúd 5 ampérov a umožňujú používateľovi konfigurovať ich presne tak ľahko, ako ich náprotivky s nižším prúdom.