3 Regulatori fiksnog napona na stezaljkama - krugovi rada i primjene

Popularni fiksni regulatori s 3 terminala koji su danas dostupni su u obliku IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 i IC 7824, koji odgovaraju izlazima fiksnog napona od 5 V, 9 V, 12 V, 15 V i 24 V .

Oni se nazivaju fiksnim regulatori napona budući da su ove IC-ovi sposobni proizvesti izvrsne stabilizirane fiksne istosmjerne napone kao odgovor na mnogo veći neregulirani ulazni napon istosmjerne struje.

Ovi vrhunski monolitni regulatori napona danas se mogu vrlo jeftino kupiti, što je obično jeftinije i manje komplicirano za rad u usporedbi s gradnjom krug diskretnog regulatora ekvivalenti.

Ove 3-terminalne regulatore nevjerojatno je lako povezati, kao što se može vidjeti na donjem krugovnom dijagramu koji pokazuje standardnu ​​metodu kojom su implementirani ti IC-ovi.

Tri su terminala IC-a iz očiglednih razloga označena imenima ulaz, zajednički i izlaz .

Pozitivna i negativna napajanja jednostavno su povezane preko ulaznog i zajedničkog terminala IC-a, dok se regulirani stabilizirani napon dobiva preko izlaznog i zajedničkog terminala.

Po želji su potrebni jedini diskretni vanjski dio kondenzator na ulaznom i izlaznom kablu IC. Ovi kondenzatori su neophodni za poboljšanje razine izlazne regulacije uređaja i za poboljšanje prijelaznog odziva. Vrijednosti mikrofarada ovih kondenzatora uglavnom nisu kritične i stoga su obično između 100 nf, 220 nf ili 330 nf.

Vrste regulatora serije 78XX

The najpopularnije i najčešće korištene vrste fiksnog napona , monolitni regulatori napona su pozitivni regulatori serije 78XX, a negativni regulatori serije 79XX.

Nalaze se s 3 specifikacije izlazne struje. Pružaju vam 9 pozitivnih tipova i devet 9 negativnih tipova inačica, kao što je otkriveno u donjem grafikonu.

Ove IC-ove serije 78XX isporučuju se s dodatnim nazivnim naponom u pozitivnom i negativnom obliku. Standardni rasponi za ove regulatore 78XX su 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V i 24 V, što odgovara IC 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC.

Mnogi od ovih uređaja nose sufiksne znakove ili brojke s otisnutim brojem, ovisno o proizvođaču ili vrsti marke.

Međutim, svi su oni u osnovi isti s identičnom ocjenom. Nekoliko dijelova zapravo neće promovirati ove IC-ove prema tipu broja, već samo ukazuje na njihov polaritet, napon i trenutne specifikacije, a povremeno s obzirom na njihov stil pakiranja.

Glavne značajke

Ovi IC imaju ugrađenu ograničenje struje i zaštitu od kratkog spoja za izlazno opterećenje. U seriji regulatora srednje i velike snage 78XX ova je značajka uglavnom preklopnog tipa. Ograničavanje struje savijanja je stanje u kojem izlazna struja jednostavno ne reagira na izlazno preopterećenje zbog automatskog ograničavanja struje.

Što je to trenutna granična vrijednost

Reakcija preklopa kruga ograničavanja struje savijanja može se posvjedočiti na sljedećoj slici, koja jasno pokazuje kako se izlazna struja u uvjetima preopterećenja minimizira na tipično manje od 50% idealne izlazne struje. Primarni razlog korištenja ograničenja struje sa preklopom je taj što značajno smanjuje rasipanje unutar regulatora u situacijama kratkog spoja.

Odgovor ograničavanja struje preklopa može se razumjeti iz sljedećeg objašnjenja:

Pretpostavimo da imamo 7805 IC s ulazom od 10 V i on prolazi kroz kratki spoj na svojim izlaznim stezaljkama. U ovoj situaciji, pod uobičajenom vrstom struje koja ograničava izlaz IC, i dalje će se stvarati struja od 1 ampera dajući rasipanje od 10 vata. No, uz posebnu sklopnu struju koja ograničava struju kratkog spoja može se ograničiti na oko 400 mA, što rezultira rasipanjem u uređaju od samo 4 vata.

Značajka toplinskog isključenja

Većina monolitnih regulatora napona također ima ugrađeni krug zaštite od toplinskog isključivanja. Ova značajka pomaže u smanjenju izlazne struje u slučaju da uređaj prolazi kroz situaciju pregrijavanja.

Rezultat toga je da su ove vrste IC-a regulatora napona izuzetno robusne i nikada se ne mogu lako oštetiti čak i ako se koriste pogrešno. Ipak, jedan od načina na koji bi se mogli uništiti jest primjena visokog ulaznog napona napajanja od navedenog raspona.

Naći ćete varijacije u maksimalno podnošljivim ulaznim naponima koje su odredili različiti dobavljači za ove IC-ove identičnog standardnog tipa, iako je 25 volti očigledno najmanji ponuđeni raspon za bilo koji 5-voltni uređaj (7805). Veći regulatori napona mogu podnijeti minimalno 30 volti, dok je za sorte od 20 i 24 volta raspon ulaza do 40 volti.

Da bi krug ispravno radio, ulazni napon mora biti veći za 2,5 volta od potrebnog izlaznog napona, s iznimkom za regulator 7805 gdje bi ulazni napon trebao biti malo veći od 2 V iznad potrebnih 5 V izlaza, što znači da bi trebao biti minimalno 7 V.

Struja u stanju pripravnosti bez opterećenja

Potrošnja struje mirovanja ili potrošnje struje praznog hoda ovih IC-a bez ikakvog opterećenja na izlazu može biti između 1 i 5 mA, iako u nekim varijantama vrlo velike snage to može biti i do 10 mA.

Regulacija vodova i opterećenja

Regulacija linije za sve IC-ove regulatora 78XX manja je od 1%. Znači, izlazni napon može pokazivati ​​varijacije manje od 1%, bez obzira na varijacije ulaznog napona u rasponu maksimalnog i minimalnog ulaznog napona.

Regulacija opterećenja također je obično niža od 1% za većinu ovih uređaja. Ova značajka osigurava da će izlaz i dalje pružati nazivni konstantni izlazni napon bez obzira na uvjete izlaznog opterećenja.

Značajka odbijanja mreškanja za većinu ovih IC regulatora je oko 60 dB, zajedno s izlaznom razinom buke koja može biti niža od 100 mikrovolta.

Rasipanje snage

Kada upotrebljavate ove IC-ove regulatora 78XX, morate imati na umu da su ove IC-ove predviđene da podnose samo konačnu količinu rasipanja snage. Dakle, pri najvećem izlaznom opterećenju ulazni napon nikada ne smije dopustiti da pređe nekoliko volti više od maksimalno dopuštene ulazne granice.

Maksimalno rasipanje snage pri normalnoj sobnoj temperaturi (25 Celzijevih stupnjeva) za uređaje male, srednje i velike snage 78XX iznosi 0,7 vata, 1 vata i 2 vata.

Gornje ograničenje moglo bi se značajno poboljšati na 1,7 vata, 5 vata i 15 vata, ako su uređaji postavljeni na bitno veliki hladnjak. Snaga koja se rasipa u svim tim regulatorima je proporcionalna razlici između ulaznog i izlaznog napona, pomnožene s izlaznom strujom.

Kako primijeniti hladnjak na IC 78XX

U ovoj situaciji kada je uređaj potpuno opterećen na oko 800 mA, rasipanje s uređaja može iznositi čak 4 vata (0,8A x 5V = 4W).

Čini se da je to dva puta više od maksimalno dopuštenih PD od 2 vata za uređaj 7815. To podrazumijeva da se dodatna 2 vata moraju nadoknaditi hladnjakom.

Na tržištu je općenito dostupan široki izbor hladnjaka koji se identificiraju s ocjenom određenog stupnja / vata.

Ova ocjena u osnovi ukazuje na porast temperature koji je uzrokovan za svaki pojedinačni vat snage koja se raspršuje preko hladnjaka. To također ukazuje na to da će se za veći hladnjak stupnjevi po vatu proporcionalno smanjiti.

Najniža veličina hladnjaka potrebna za regulator 78xx mogla bi se odrediti na sljedeći način.

Moramo prvenstveno saznati nominalnu atmosfersku temperaturu na kojoj se uređaj koristi. Osim ako se uređaj vjerojatno koristi u neobično toplom okruženju, brojka od oko 30 stupnjeva Celzijevih može se smatrati razumnom pretpostavkom.

Ocjena sigurne temperature

Dalje, možda će biti neophodno naučiti maksimalnu sigurnu temperaturu za određeni IC-regulator 78XX. Za monolitne regulatore 78XX taj raspon može biti na 125 stupnjeva Celzijevih. Kad smo to već rekli, ovo je zapravo temperatura spoja, a ne temperatura kućišta koju IC može podnijeti.

Apsolutno najveća dopuštena temperatura slučaja je oko 100 stupnjeva Celzijevih. Stoga postaje važno ne dopustiti da temperatura uređaja poraste iznad 70 stupnjeva Celzijevih (100 - 30 = 70).

Budući da snaga od 2 vata može rezultirati porastom temperature od maksimalno 70 stupnjeva, hladnjak s ocjenom da se odvodi od 35 stupnjeva Celzija / vati ili manje (70 stupnjeva podijeljeno s 2 vata = 35 stupnjeva C po vatu) bit će dobar dovoljno.

Praktično, trebao bi se koristiti relativno veći hladnjak, jer prijenos topline u većini slučajeva nikad nije vrlo učinkovit.

Nadalje, da bi se postigla dugotrajna stabilnost, mora se osigurati da uređaj idealno radi na nešto ispod nazivnog maksimalno dopuštenog raspona temperature.

Ako je ikako moguće, osigurajte razumnu marginu +/- 20 stupnjeva ili možda više.

Kada je IC regulatora zatvoren unutar spremnika i prekriven daleko od slobodne atmosfere, disipacija regulatora može dovesti do zagrijavanja zarobljenog zraka u spremniku. To bi zauzvrat moglo uzrokovati da drugi osjetljivi dijelovi na PCB-u rade u toplijim uvjetima. Takva bi situacija mogla zahtijevati veći hladnjak za IC regulator.

Sklopovi primjene

Tipični aplikacijski krug napajanja pomoću fiksnog napona 78XX monolitnog regulatora napona može se vidjeti u nastavku.

U ovom se dizajnu koristi 7815 IC kao regulator IC koji nam daje oko +15 volti pri približno 800 mA struje.

Korišteni transformator ima nazivnu snagu od 18 -0 - 18V za sekundarnu struju od 1 amp.

Povezan je s ispravljačem s punim valom koji daje neopterećeni napon od oko 27 V DC nakon filtriranja kroz C1.

Kondenzatori C2 i C3 rade poput ulaznih i izlaznih odvojnih kondenzatora koji bi trebali biti pričvršćeni relativno bliže tijelu IC. Kad je izlazno opterećenje puno, vidjet ćete da primijenjeni ulazni napon na IC1 doseže razinu od 19 do 20 volti, što omogućuje približno 5 volti razlike na ulazu / izlazu regulatora.

Kako napraviti dvostruki krug napajanja

Budući da se monolitni regulatori s fiksnim naponom 78XX mogu kupiti i u negativnoj i u pozitivnoj varijanti, čine se savršenima za primjenu dvostruko uravnotežena napajanja .

Kada je, na primjer, potrebna regulirana opskrba za rad sustava sklop zasnovan na op amp s pozitivnim i negativnim napajanjem od 12 volti pri 100 mA, mogao bi se primijeniti dizajn prikazan na sljedećoj slici.

U ovom primjeru, T1 je transformator od 15-0-15 volta nazivnog napona sekundarne struje od 200 mA ili više. Možete pronaći nekoliko potisnih ispravljača s punim valovima D2 i D3 koji vam daju pozitivan izlaz.

D1 zajedno s D4 daju negativan izlaz. Pozitivni dovod filtrira C1, dok negativni vod čisti i filtrira C2.

IC1 vam daje reguliranu pozitivnu izlaznu opskrbu, dok IC2 radi kao negativni regulator opskrbe. C3 do C6 postavljeni su poput odvojnih kondenzatora za povećanje izlazne učinkovitosti u smislu boljeg odziva na šiljke, buku i prijelazne pojave.

Viši izlazni napon pomoću serijskog regulacijskog kruga

Gore prikazana konfiguracija također se može koristiti za dobivanje kombiniranih vrijednosti napona dva regulatora. Znači, ako se 79L12 zamijeni regulatorom 78L12, izlaz će biti 24V.

U takvoj se konfiguraciji 0V vod može zanemariti, a izlazu + 24V može se pristupiti izravno preko pozitivnih i negativnih linija izlaza.

Veći izlazni napon korištenjem serijskog diodnog kruga

Zapravo je vrlo lako dobiti malo pojačanje napona na izlazu pomoću neke ispravljačke diode između uzemljivača IC i uzemljenja.

Ovaj pristup omogućuje korisniku pristup malo višem naponu koji se možda neće dobiti izravno iz bilo kojeg gotovog regulatora.

Točna tehnika povezivanja ove konfiguracije može se prikazati na sljedećoj slici.

U ovom smo primjeru procijenili da je potreban izlazni napon približno 6V, a isti smo implementirali kroz IC od 5 volta pojačavanjem izlaza za 1 volt.

Kao što se može vidjeti, ovo povišenje od 1 V učinkovito se postiže jednostavnim ugrađivanjem nekoliko serijskih dioda ispravljača s zajedničkim kablom regulatora.

Ispravljači su ožičeni kako bi bili sigurni da su usmjereni prema naprijed kroz struju mirovanja koju koristi regulator i koja se kreće preko zajedničkog GND terminala uređaja.

Kao rezultat, pričvršćene diode ponašaju se nekako poput zene dioda niskog napona, pri čemu svaka dioda pada oko 0,5 do 0,6 volta što omogućava kombinirani zener napon od oko 1 do 1,2 volta.

Cilj je dizajna podići zajednički priključak regulatora za 1 volt preko potencijala za opskrbu zemljom. Ovdje regulator 7805 IC zapravo stabilizira nazivnu snagu na 5 V iznad crte zemlje, dakle, podizanjem stezaljke uzemljenja za oko 1 V, izlaz se također podiže za istu veličinu, što dovodi do toga da se izlaz također regulira na približno 6 V razina. Ovaj postupak izuzetno dobro funkcionira sa sva tri IC-a na terminalu 78XX napona.

Otpornik za odstupanje za diode

Međutim, u nekim ćete slučajevima možda morati priključiti vanjski otpor preko GND-a i izlaznog pina IC-a kako bi pomogli dio dodatnog bita struje na diode, tako da mogu optimalno provoditi za predviđene rezultate.

Budući da će svaka ispravljačka dioda olakšati pad od približno 0,65 V naprijed, izračunavanjem više takvih dioda u seriji možemo postići razmjerno veću razinu pojačanog napona na IC izlazu.

Međutim, da bi se to dogodilo, ulazna razina mora biti viša za najmanje 3V od konačne procijenjene izlazne razine. Silicijske diode poput 1N4148 sasvim će lijepo raditi za aplikaciju.

Ako diode izgledaju nezgrapno, jedna ekvivalentna zener dioda također se može koristiti za postizanje istog učinka, kao što je prikazano u sljedećem primjeru.

Nakon toga, pobrinite se da je postupak proveden za postizanje najviše 3 V od stvarne ocjene uređaja. Iznad ove razine može se utjecati na stabilizaciju izlaza.

Povećavanje trenutnog kapaciteta

Još jedna velika modifikacija regulatora 78XX mogla bi se primijeniti za postizanje povećane izlazne struje veće od maksimalne ocjene uređaja.

Jedna metoda za to prikazana je u nastavku.

Označeni omjer konfiguracije R1 i R2 osigurava da se za svaku struju od miliampera koja prolazi kroz R1, D1 i regulator, malo struje veće od 4 mA pomiče preko Tr1 i R2.

Kao rezultat, kada se puni 1 amp koristi kroz IC1, imamo struju veću od 4 ampera koja prolazi kroz Tr1. Ova situacija omogućuje krugu da isporučuje optimalnu izlaznu struju koja je malo veća od 5 ampera.

Čak i u uvjetima preopterećenja, struje kroz Tr1 i IC1 i dalje imaju omjer nešto veći od 4: 1, stoga trenutna granična značajka IC nastavlja raditi bez problema.

Sklopovi ovog oblika danas su se zapravo pokazali nepotrebnima zbog dostupnosti uređaji za regulaciju veće snage poput 78H05, 781-112 itd. koji dolaze s maksimalnom strujom od 5 ampera i omogućuju korisniku da ih konfigurira s jednakom lakoćom kao i donje strujne kolege.