3 Terminalni regulatorji fiksne napetosti - delovna in aplikacijska vezja

Danes na voljo 3 priljubljeni fiksni regulatorji terminalov v obliki IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 in IC 7824, ki ustrezajo izhodom s fiksno napetostjo 5 V, 9 V, 12 V, 15 V in 24 V .

Ti se imenujejo fiksni regulatorji napetosti saj ti IC lahko proizvajajo odlične stabilizirane fiksne enosmerne izhodne napetosti kot odziv na veliko višjo neurejeno enosmerno vhodno napetost.

Te visokokakovostne monolitne regulatorje napetosti je danes mogoče zelo poceni kupiti, kar je običajno ceneje in manj zapleteno za delo v primerjavi z gradnjo vezje diskretnega regulatorja ekvivalenti.

Te 3-terminalne regulatorje je neverjetno enostavno povezati, kot je razvidno iz spodnjega vezja, ki prikazuje standardno metodo, s katero se te IC-je izvajajo.

Trije terminali IC so iz navideznih razlogov označeni z imeni vhod, skupno in izhod .

Pozitivna in negativna napajalna napetost sta preprosto povezani preko vhodnih oziroma skupnih sponk IC, medtem ko se regulirana stabilizirana napetost pridobi na izhodnih in skupnih terminalih.

Edini diskretni zunanji del, ki je neobvezno potreben, je kondenzator na vhodnih in izhodnih vodih IC. Ti kondenzatorji so potrebni za povečanje ravni izhodne regulacije naprave in za izboljšanje prehodnega odziva. Vrednosti mikrofaradov teh kondenzatorjev na splošno niso kritične in so zato običajno med 100 nf, 220 nf ali 330 nf.

Vrste regulatorjev serije 78XX

The najbolj priljubljene in pogosto uporabljene vrste fiksne napetosti , monolitni regulatorji napetosti so pozitivni regulatorji serije 78XX in negativni regulatorji serije 79XX.

Najdemo jih s 3 specifikacijami izhodnega toka. Ponujajo vam 9 pozitivnih tipov in devet 9 negativnih tipov različic, kot je razvidno iz spodnjega grafikona.

Te serije IC 78XX imajo dodatne napetosti v pozitivni in negativni obliki. Standardni razponi za te regulatorje 78XX so 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V in 24 V, ki ustrezajo IC 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 IC.

Mnoge od teh naprav imajo priponske znake ali številke s tiskano številko, odvisno od proizvajalca ali vrste znamke.

Vsi pa so v bistvu enaki z enako oceno. Nekateri deli ne bodo dejansko promovirali teh integriranih vmesnikov po številki tipa, temveč samo opozorili na njihovo polarnost, napetost in trenutne specifikacije ter občasno glede na njihov slog paketa.

Glavne značilnosti

Te IC imajo vgrajeno omejevalnik toka in zaščito pred kratkim stikom za izhodno obremenitev. V seriji regulatorjev srednje in visoke moči 78XX je ta funkcija na splošno zložljiva. Omejevanje zložljivega toka je stanje, v katerem se izhodni tok zaradi samodejnega omejevanja toka preprosto ne odzove na izhodno preobremenitev.

Kaj je omejitev trenutnega zlaganja

Reakcija upogibanja omejevalnega tokokroga zložljivega toka je lahko priča na naslednji sliki, ki nazorno prikazuje, kako se izhodni tok v pogojih preobremenitve običajno zmanjša na manj kot 50% idealnega izhodnega toka. Glavni razlog za uporabo omejevalnega toka je, da znatno zmanjša odvajanje znotraj regulatorja v primerih kratkega stika.

Omejevalni odziv toka preklopa je mogoče razumeti iz naslednje razlage:

Recimo, da imamo 7805 IC z 10 V vhodom in je prek svojih izhodnih terminalov podvržen kratkemu stiku. V tej situaciji bo običajna vrsta toka, ki omejuje izhod IC, še naprej generirala 1 amp tok, ki oddaja 10 vatov. Toda s posebnim preklopnim tokom, ki omejuje tok kratkega stika, se lahko omeji na približno 400 mA, kar povzroči razpršitev samo 4 vatov v napravi.

Funkcija termičnega izklopa

Večina monolitnih regulatorjev napetosti ima tudi vgrajeno vezje za zaščito pred toplotnim izklopom. Ta funkcija pomaga zmanjšati izhodni tok, če se naprava pregreje.

Zaradi tega so ti tipi regulatorjev napetosti izredno robustni in jih ni mogoče zlahka poškodovati, tudi če so nepravilno uporabljeni. Kljub temu je eden od načinov, kako jih lahko uničijo, uporaba visoke vhodne napajalne napetosti, kot je določeno območje.

Ugotovili boste, da so razlike med največjimi sprejemljivimi vhodnimi napetostmi, ki so jih določili različni dobavitelji za te IC enakega standardnega tipa, čeprav je 25 voltov očitno najnižji ponujeni domet za katero koli 5-voltno napravo (7805). Regulatorji večje napetosti lahko prenašajo najmanj 30 voltov, medtem ko je za sorte 20 in 24 voltov vhodno območje do 40 voltov.

Da vezje deluje pravilno, mora biti vhodna napetost višja za 2,5 volta od zahtevane izhodne napetosti, z izjemo regulatorja 7805, kjer naj bi bila vhodna napetost nekaj več kot 2 V nad zahtevanih 5 V izhoda, kar pomeni, da bi morala najmanj 7 V.

Tok v stanju pripravljenosti brez obremenitve

Tok mirovanja ali poraba toka v prostem teku teh IC brez obremenitve na izhodu je lahko med 1 in 5 mA, čeprav je v nekaterih zelo močnih variantah to lahko do 10 mA.

Regulacija vodov in obremenitev

Regulacija proge za vse IC-regulatorje 78XX je manjša od 1%. To pomeni, da lahko izhodna napetost kaže odstopanje manj kot 1%, ne glede na odstopanje vhodne napetosti od največjega in najnižjega območja vhodne napetosti.

Tudi pri večini teh naprav je regulacija obremenitve običajno nižja od 1%. Te lastnosti zagotavljajo, da bo izhod še naprej zagotavljal nazivno konstantno izhodno napetost ne glede na pogoje izhodne obremenitve.

Funkcija zavrnitve valovanja za večino teh regulatorjev IC je približno 60 dB, raven izhodnega hrupa pa je lahko nižja od 100 mikrovoltov.

Odvajanje moči

Ko uporabljate te IC-regulatorje 78XX, ne pozabite, da so ti IC-ji ocenjeni tako, da obvladujejo le končno količino odvajanja moči. Zato pri največji izhodni obremenitvi vhodna napetost nikoli ne sme preseči nekaj voltov višje od največje dopustne vhodne meje.

Največja poraba moči pri normalni sobni temperaturi (25 stopinj Celzija) za naprave z nizko, srednjo in visoko močjo 78XX je 0,7 vata, 1 vata in 2 vata.

Zgornjo omejitev bi lahko znatno izboljšali na 1,7 vata, 5 vatov oziroma 15 vatov, če bi bile naprave nameščene na precej velikem hladilniku. Moč, ki se odvaja v vseh teh regulatorjih, je sorazmerna z razliko med vhodno in izhodno napetostjo, pomnoženo z izhodnim tokom.

Kako uporabiti hladilnik na IC IC 78XX

V tej situaciji, ko je naprava v celoti obremenjena pri približno 800 mA, lahko odvajanje od naprave znaša do 4 vatov (0,8 A x 5 V = 4 W).

Zdi se, da je to dvakrat več kot največja dovoljena 2 vatna PD za napravo 7815. To pomeni, da je treba dodatna 2 vata kompenzirati s hladilnikom.

Na trgu je na splošno na voljo širok izbor hladilnikov, ki so označeni z oceno določenih stopinj / vatov.

Ta ocena v bistvu kaže na dvig temperature, ki ga povzroča vsak posamezni vat moči, ki se odvaja prek hladilnika. To tudi kaže, da se bodo pri večjem hladilnem telesu stopnje na vat sorazmerno znižale.

Najnižjo velikost hladilnika, potrebno za regulator 78xx, bi lahko določili na naslednji način.

Ugotoviti moramo predvsem nazivno atmosfersko temperaturo, kjer se naprava uporablja. Razen če je naprava verjetno uporabljena v nenavadno toplem okolju, lahko šteje približno 30 stopinj Celzija za razumno domnevo.

Ocena varne temperature

Nato je morda nujno, da se naučite najvišje varne temperature za določen IC regulatorja 78XX. Za monolitne regulatorje 78XX je to območje lahko pri 125 stopinjah Celzija. Ob tem je to dejansko temperatura stičišča in ne temperatura ohišja, ki jo IC prenese.

Absolutna največja dovoljena temperatura primera je približno 100 stopinj Celzija. Zato je pomembno, da ne dovolite, da temperatura naprave naraste nad 70 stopinj Celzija (100 - 30 = 70).

Ker lahko moč 2 vatov povzroči dvig temperature za največ 70 stopinj, bo hladilnik, ki se razprši za 35 stopinj Celzija / vata ali manj (70 stopinj deljeno z 2 vata = 35 stopinj C na vat), dober. dovolj.

Praktično bi morali uporabiti sorazmerno večji hladilnik, saj prenos toplote v večini primerov ni nikoli zelo učinkovit.

Poleg tega je za dolgotrajno stabilnost treba zagotoviti, da naprava idealno deluje pri nekoliko pod nazivno največjo dovoljeno temperaturno območje.

Če je le mogoče, zagotovite razumno mejo +/- 20 stopinj ali morda več.

Ko je IC regulatorja zaprt v posodi in pokrit stran od prostega ozračja, lahko povzroči, da se ujeti zrak v posodi ogreje zaradi odvajanja regulatorja. To bi lahko povzročilo, da drugi občutljivi deli PCB-ja delujejo v toplejših razmerah. Takšna situacija bi lahko zahtevala večji hladilnik za regulator IC.

Aplikacijska vezja

Tipično aplikacijsko vezje napajalnika s fiksno napetostjo 78XX monolitnega regulatorja napetosti si lahko ogledate spodaj.

V tej izvedbi se 7815 IC uporablja kot regulator IC, ki nam zagotavlja približno +15 voltov pri približno 800 mA toka.

Uporabljeni transformator je ocenjen z 18 -0 - 18V za sekundarni tok s tokovno močjo 1 amp.

Povezan je s potisnim polnovodnim usmernikom, ki po filtriranju skozi C1 zagotavlja napetost približno 27 V enosmernega toka.

Kondenzatorji C2 in C3 delujejo kot vhodni in izhodni ločevalni kondenzatorji, ki naj bodo pritrjeni razmeroma bližje telesu IC. Ko je izhodna obremenitev polna, boste videli, da uporabljena vhodna napetost na IC1 doseže raven 19 do 20 voltov, kar omogoča približno 5 voltov razlike med vhodom / izhodom regulatorja.

Kako narediti dvojno napajalno vezje

Ker lahko monolitne regulatorje s fiksno napetostjo 78XX kupite v negativni in pozitivni različici, se zdijo kot nalašč za njihovo izvedbo dvojno uravnoteženo napajanje .

Kadar je na primer za delovanje sistema potrebna regulirana oskrba op amp vezje pri pozitivnih in negativnih napajalnih napetostih 12 voltov pri 100 mA bi lahko uporabili zasnovo, prikazano na naslednji sliki.

V tem primeru je T1 15-0-15 voltni transformator z nazivno vrednostjo sekundarnega toka 200 mA ali več. Tu lahko najdete nekaj potisnih polnovodnih usmernikov D2 in D3, ki vam dajo pozitiven izhod.

D1 skupaj z D4 daje negativni izhod. Pozitivno oskrbo filtrira C1, negativno črto pa očisti in filtrira C2.

IC1 vam daje regulirano pozitivno oskrbo, medtem ko IC2 deluje kot negativni regulator dobave. C3 do C6 so postavljeni kot ločevalni kondenzatorji za povečanje izhodne učinkovitosti v smislu boljšega odziva na konice, hrup in prehodne razmere.

Višja izhodna napetost z uporabo regulacijskega kroga serije

Zgornjo konfiguracijo lahko uporabimo tudi za pridobivanje skupnih vrednosti napetosti obeh regulatorjev. To pomeni, da če 79L12 zamenjamo z regulatorjem 78L12, bo izhod 24V.

V takšni konfiguraciji se lahko 0V linija prezre, do izhoda + 24V pa se lahko dostopa neposredno preko pozitivne in negativne črte izhoda.

Višja izhodna napetost z uporabo diodnega vezja

Dejansko je zelo enostavno doseči majhen dvig napetosti na izhodu z uporabo neke usmerniške diode med ozemljitvenim zatičem IC in ozemljitveno linijo.

Ta pristop uporabniku omogoča dostop do nekoliko višje napetosti, ki je ni mogoče neposredno pridobiti iz nobene pripravljene regulatorne naprave.

Natančno tehniko ožičenja te konfiguracije je mogoče videti na naslednji sliki.

V tem primeru smo ocenili, da je potrebna izhodna napetost približno 6V, in jo izvedli prek 5-voltnega regulatorja IC s povečanjem izhoda za 1 volt.

Kot je razvidno, se ta višina 1 V učinkovito doseže z enostavnim vključevanjem nekaj serijskih usmerniških diod s skupnim kablom regulatorja.

Usmerniki so ožičeni, da se prepričajo, da so usmerjeni naprej v mirujočem toku, ki ga uporablja regulator, in ki se premika preko skupnega priključka GND naprave.

Posledično se pritrjene diode obnašajo podobno kot nizkonapetostne cenerjeve diode, pri čemer vsaka dioda pade okoli 0,5 do 0,6 voltov, kar omogoča kombinirano cenerjevo napetost približno 1 do 1,2 volta.

Cilj zasnove je dvig skupnega terminala regulatorja za 1 volt nad potencialom zemeljskega napajanja. Tu regulator 7805 IC dejansko stabilizira nazivno moč pri 5 V nad zemeljsko črto, zato se z dvigom ozemljitvene sponke za približno 1 V izhod dvigne tudi za enako velikost, zaradi česar se tudi izhod regulira na približno 6 V nivo. Ta postopek izjemno dobro deluje z vsemi tremi IC-terminali napetosti 78XX.

Odklonski upor za diode

Vendar pa boste v nekaterih primerih morda morali na GND in izhodni zatič IC pritrditi zunanji upor, da bo diodam pomagal nekaj dodatnega toka, da bodo lahko optimalno izvedli predvidene rezultate.

Ker bo vsaka usmerniška dioda olajšala padec približno za približno 0,65 V, lahko s serijskim izračunom več takšnih diod dosežemo sorazmerno višjo stopnjo povečane napetosti na izhodu IC.

Da pa se to lahko zgodi, mora biti vhodna raven vsaj za 3 V višja od končne ocenjene izhodne ravni. Silicijeve diode, kot je 1N4148, bodo zelo dobro delovale v aplikaciji.

Če so diode okorne, bi lahko za doseganje enakega učinka uporabili tudi eno ekvivalentno cenerjevo diodo, kot je prikazano v naslednjem primeru.

Potem se prepričajte, da je izveden postopek za doseganje največ 3 V od dejanske nazivne vrednosti naprave. Nad to ravnjo lahko vpliva na stabilizacijo proizvodnje.

Povečanje trenutne kapacitete

Za doseganje povečanega izhodnega toka, ki je višji od najvišje ocene naprave, bi lahko izvedli še eno veliko spremembo regulatorja 78XX.

En način za to je prikazan spodaj.

Navedeno konfiguracijsko razmerje R1 in R2 zagotavlja, da se za vsak tok miliamperja, ki prehaja skozi R1, D1 in regulator, preko Tr1 in R2 premakne bit toka, ki presega 4 mA.

Kot rezultat, ko se celotni 1 amp uporablja skozi IC1, imamo tok več kot 4 amperov, ki gre skozi Tr1. Ta situacija omogoča vezju, da oddaja optimalen izhodni tok, ki je nekoliko višji od 5 amperov.

Tudi v pogojih preobremenitve imajo tokovi skozi Tr1 in IC1 še naprej razmerje nekoliko višje od 4: 1, zato trenutna omejevalna značilnost IC še naprej deluje brez težav.

Vezja te oblike so se danes dejansko izkazala za nepotrebna zaradi razpoložljivosti naprave z regulatorji večje moči kot so 78H05, 781-112 itd., ki so opremljeni z največjo tokovno močjo 5 amperov in omogočajo uporabniku, da jih konfigurira popolnoma enako enostavno kot spodnji tokovni kolegi.