3 reguladores de tensão fixa de terminal - circuitos de trabalho e de aplicação

Os populares reguladores fixos de 3 terminais disponíveis hoje estão na forma de IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 e IC 7824, que correspondem a saídas de tensão fixa de 5 V, 9 V, 12 V, 15 V e 24 V .

Estes são chamados de fixos reguladores de tensão uma vez que esses ICs são capazes de produzir excelentes tensões de saída CC fixas e estabilizadas em resposta a uma tensão de entrada CC não regulada muito mais alta.

Esses reguladores de tensão monolíticos de ponta podem ser adquiridos por um preço muito baixo hoje em dia, o que normalmente é menos caro e menos complicado de trabalhar, em comparação com a construção circuito regulador discreto equivalentes.

Esses reguladores de 3 terminais são incrivelmente fáceis de conectar, como pode ser visto no diagrama de circuito abaixo que demonstra o método padrão pelo qual esses ICs são implementados.

Os três terminais do IC são, por razões aparentes, designados com os nomes entrada, comum e saída .

A alimentação positiva e negativa são simplesmente conectadas nos terminais de entrada e comum do IC respectivamente, enquanto a tensão estabilizada regulada é adquirida nos terminais de saída e comum.

A única parte externa discreta opcionalmente exigida é um capacitor na entrada e nos cabos de saída do IC. Esses capacitores são necessários para aumentar o nível de regulação de saída do dispositivo e para melhorar a resposta transitória. Os valores de microfarads desses capacitores geralmente não são críticos e, portanto, normalmente estão entre 100 nf, 220 nf ou 330 nf.

Tipos de reguladores da série 78XX

O tipos mais populares e amplamente usados ​​de tensão fixa , os reguladores de tensão monolíticos são os reguladores positivos da série 78XX e os reguladores negativos da série 79XX.

Estes são encontrados com 3 especificações de corrente de saída. Eles fornecem 9 tipos positivos e 9 tipos negativos de variantes, conforme revelado no gráfico abaixo.

Esses CIs da série 78XX vêm com classificações de tensão adicionais, tanto em formas positivas quanto negativas. As faixas padrão para esses reguladores 78XX são 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V e 24 V, que correspondem aos ICs 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824 ICs.

Muitos desses dispositivos carregam caracteres de sufixo ou figuras com seu número impresso, dependendo do fabricante ou do tipo de marca.

No entanto, todos eles são essencialmente os mesmos com classificação idêntica. Vários distribuidores de peças não irão realmente promover esses ICs por número de tipo, mas apenas apontar suas especificações de polaridade, voltagem e corrente e, ocasionalmente, com referência ao estilo de seu pacote.

Principais características

Esses ICs possuem limitação de corrente embutida e proteção contra curto-circuito para a carga de saída. Na série de reguladores 78XX de média e alta potência, esse recurso é geralmente do tipo dobrável. A limitação de corrente de retrocesso é uma condição na qual uma sobrecarga de saída simplesmente não é respondida pela corrente de saída devido a uma limitação automática de corrente.

O que é limite de corrente de Foldback

A reação de retrocesso de um circuito limitador de corrente de retrocesso pode ser testemunhada na figura a seguir, que demonstra distintamente como a corrente de saída é minimizada sob condições de sobrecarga para normalmente menos de 50% da corrente de saída ideal. A principal razão para empregar a limitação de corrente de retrocesso é que ela reduz significativamente a dissipação dentro do regulador em situações de curto-circuito.

A resposta de limitação de corrente de retrocesso pode ser entendida a partir da seguinte explicação:

Suponha que temos 7805 IC com uma entrada de 10 V e ele sofre um curto-circuito em seus terminais de saída. Nesta situação, sob o tipo comum de limitação de corrente, a saída do IC continuará a gerar corrente de 1 ampere dando uma dissipação de 10 watts. Mas com uma corrente de retrocesso especial que limita a corrente de curto-circuito pode ficar restrita a cerca de 400 mA, resultando em uma dissipação no dispositivo de apenas 4 watts.

Recurso de desligamento térmico

A maioria dos reguladores de tensão monolíticos também apresenta um circuito integrado de proteção contra desligamento térmico. Este recurso ajuda a reduzir a corrente de saída no caso de o dispositivo passar por uma situação de superaquecimento.

Esses tipos de CIs reguladores de tensão são, como resultado, extremamente robustos e nunca facilmente danificados, mesmo quando usados ​​incorretamente. Dito isso, uma maneira pela qual eles podem ser destruídos é pela aplicação de uma tensão de alimentação de entrada alta do que a faixa especificada.

Você encontrará variações nas tensões de entrada máximas toleráveis ​​especificadas por diferentes fornecedores para esses ICs do tipo padrão idêntico, embora 25 volts seja aparentemente a faixa mínima oferecida para qualquer dispositivo de 5 volts (7805). Reguladores de tensão maiores podem lidar com um mínimo de 30 volts, enquanto para variedades de 20 e 24 volts a faixa de entrada é de até 40 volts.

Para que o circuito funcione corretamente, a tensão de entrada deve ser mais alta em 2,5 volts do que a tensão de saída necessária, com exceção do regulador 7805, onde a tensão de entrada deve ser apenas 2 V acima da saída de 5 V exigida, o que significa que deveria ser mínimo de 7 V.

Corrente em espera sem carga

A corrente quiescente ou o consumo de corrente inativa desses ICs sem qualquer carga na saída pode estar entre 1 e 5 mA, embora possa ser até 10 mA em algumas variantes de potência muito alta.

Regulagem de linha e carga

A regulação de linha para todos os CIs reguladores 78XX é menor que 1%. Ou seja, a tensão de saída pode apresentar uma variação de menos de 1%, independentemente da variação da tensão de entrada da faixa de tensão de entrada máxima e mínima.

A regulação de carga também é normalmente inferior a 1% para a maioria desses dispositivos. Este recurso garante que a saída continuará a fornecer a tensão de saída constante nominal, independentemente das condições de carga de saída.

O recurso de rejeição de ondulação para a maioria desses ICs reguladores está em torno de 60 dB, juntamente com um nível de ruído de saída que pode ser inferior a 100 microvolts.

Dissipação de energia

Ao usar esses ICs reguladores 78XX, você deve se lembrar de que esses ICs são classificados para lidar com apenas uma quantidade finita de dissipação de energia. Portanto, sob a carga de saída mais alta, a tensão de entrada nunca deve exceder alguns volts acima do limite de entrada máximo tolerável.

A dissipação de energia máxima em temperatura ambiente normal (25 graus Celsius) para as faixas de dispositivos 78XX de baixa, média e alta potência é de 0,7 watts, 1 watt e 2 watts, respectivamente.

A limitação acima pode ser significativamente melhorada para 1,7 watts, 5 watts e 15 watts, respectivamente, se os dispositivos forem montados em um dissipador de calor substancialmente grande. A potência dissipada em todos esses dispositivos reguladores é proporcional à diferença entre as tensões de entrada e saída, multiplicada pela corrente de saída.

Como aplicar o dissipador de calor a ICs 78XX

Nessa situação, quando o dispositivo está totalmente carregado em cerca de 800 mA, a dissipação do dispositivo pode ser de até 4 watts (0,8 A x 5 V = 4 W).

Isso parece ser duas vezes mais do que o DP máximo permissível de 2 watts para o dispositivo 7815. Isso implica que os 2 watts extras devem ser compensados ​​por meio de um dissipador de calor.

Uma ampla seleção de dissipadores de calor geralmente está disponível no mercado e são identificados com uma classificação de graus / watt específicos.

Essa classificação indica basicamente o aumento de temperatura causado por cada watt de energia dissipado pelo dissipador de calor. Isso também indica que, para dissipadores de calor maiores, os graus por watt serão proporcionalmente menores.

O menor tamanho de dissipador de calor necessário para um dispositivo regulador 78xx pode ser determinado da seguinte maneira.

Temos que descobrir principalmente a temperatura atmosférica nominal onde o dispositivo está sendo usado. Exceto se for provável que o dispositivo seja usado em um ambiente incomumente quente, um valor de cerca de 30 graus centígrados pode ser considerado uma suposição razoável.

Classificação de temperatura segura

Em seguida, pode ser essencial aprender a classificação de temperatura máxima segura para o IC regulador 78XX específico. Para reguladores 78XX monolíticos, essa faixa pode ser de 125 graus centígrados. Dito isso, esta é na verdade a temperatura da junção, e não a temperatura do case que o IC pode suportar.

A temperatura máxima absoluta permissível do case é de cerca de 100 graus centígrados. Portanto, é importante não permitir que a temperatura do dispositivo aumente acima de 70 graus centígrados (100 - 30 = 70).

Como uma potência de 2 watts pode resultar em um aumento na temperatura de no máximo 70 graus, um dissipador de calor classificado para dissipar 35 graus centígrados / watt ou menos (70 graus dividido por 2 watts = 35 graus C por watt) será bom o suficiente.

Praticamente, um dissipador de calor relativamente maior deve ser empregado, já que a transferência de calor nunca é muito eficiente na maioria dos casos.

Além disso, para obter uma estabilidade duradoura, deve-se garantir que o dispositivo seja operado de maneira ideal um pouco abaixo da faixa de temperatura máxima permitida.

Se possível, garanta uma margem razoável +/- 20 graus ou talvez mais.

Quando o IC do regulador é colocado dentro de um recipiente e afastado da atmosfera livre, pode fazer com que o ar preso no recipiente aqueça pela dissipação do regulador. Isso pode, por sua vez, fazer com que outras partes sensíveis do PCB funcionem em condições mais quentes. Tal situação pode exigir um dissipador de calor maior para o IC do regulador.

Circuitos de Aplicação

Um circuito de aplicação típico de uma fonte de alimentação usando um regulador de tensão monolítico 78XX de tensão fixa pode ser visto abaixo.

Neste projeto, um IC 7815 é usado como o IC regulador, o que nos fornece cerca de +15 volts em uma corrente de aproximadamente 800 mA.

O transformador usado é classificado com 18 -0 - 18 V para o secundário com uma classificação de corrente de 1 amp.

Ele é conectado a um retificador de onda completa push-pull que fornece uma tensão sem carga de cerca de 27 V CC após ser filtrado por C1.

Os capacitores C2 e C3 funcionam como capacitores de desacoplamento de entrada e saída que devem ser fixados relativamente mais próximos do corpo do IC. Quando a carga de saída estiver cheia, você verá a tensão de entrada aplicada ao IC1 atingindo um nível de 19 a 20 volts, permitindo uma diferença de aproximadamente 5 volts na entrada / saída do regulador.

Como fazer circuito duplo de alimentação

Uma vez que os reguladores monolíticos de tensão fixa 78XX podem ser adquiridos em variantes negativas e positivas, eles parecem perfeitos para implementação fontes de alimentação duplas balanceadas .

Quando, por exemplo, um fornecimento regulamentado é necessário para operar um circuito baseado em amp op com alimentações positivas e negativas de 12 volts a 100 mA, o projeto mostrado na figura a seguir pode ser aplicado.

Neste exemplo, T1 é um transformador de 15-0-15 volts classificado com classificação de corrente secundária de 200 mA ou mais. Você pode encontrar alguns retificadores de onda completa push-pull D2 e ​​D3 que fornecem uma saída positiva.

D1 junto com D4 fornecem uma saída negativa. A alimentação positiva é filtrada por C1 enquanto a linha negativa é limpa e filtrada por C2.

IC1 oferece uma saída de alimentação positiva regulada, enquanto o IC2 funciona como um regulador de alimentação negativo. C3 a C6 são posicionados como capacitores de desacoplamento para aumentar a eficiência de saída em termos de melhor resposta a picos, ruído e transientes.

Maior tensão de saída usando circuito regulador em série

A configuração mostrada acima também pode ser utilizada para obter valores de tensão combinados dos dois reguladores. Ou seja, se o 79L12 for substituído pelo regulador 78L12, a saída será de 24V.

Em tal configuração, a linha 0 V pode ser ignorada e a saída de +24 V pode ser acessada diretamente através das linhas positivas e negativas da saída.

Tensão de saída mais alta usando circuito de diodo em série

Na verdade, é muito fácil obter um pequeno aumento de tensão na saída utilizando um diodo retificador entre o pino de aterramento do IC e a linha de aterramento.

Esta abordagem permite que o usuário acesse um nível de tensão um pouco mais alto que não pode ser obtido diretamente de nenhum dispositivo regulador pronto.

A técnica exata de fiação dessa configuração pode ser ilustrada na imagem a seguir.

Neste exemplo, estimamos a tensão de saída necessária em aproximadamente 6 V e implementamos a mesma por meio de um IC regulador de 5 volts aumentando a saída em 1 volt.

Como pode ser visto, esta elevação de 1 V é efetivamente alcançada simplesmente incorporando um par de diodos retificadores em série com o condutor comum do regulador.

Os retificadores são conectados para garantir que sejam polarizados para frente por meio da corrente quiescente utilizada pelo regulador e que se move através do terminal GND comum do dispositivo.

Como resultado, os diodos anexados se comportam um pouco como diodos zener de baixa tensão, em que cada diodo cai cerca de 0,5 a 0,6 volts, permitindo uma tensão zener combinada de cerca de 1 a 1,2 volts.

O objetivo do projeto é elevar o terminal comum do regulador em 1 volt acima do potencial de alimentação do terra. Aqui, o regulador 7805 IC realmente estabiliza a saída nominal em 5 V acima da linha de terra, portanto, ao elevar o terminal de terra em cerca de 1 V, a saída também é elevada na mesma magnitude, fazendo com que a saída também seja regulada em aproximadamente Nível 6 V. Este procedimento funciona extremamente bem com todos os três CIs reguladores de tensão do terminal 78XX.

Resistor de polarização para os diodos

No entanto, em alguns casos, você pode ter que conectar um resistor externo no GND e no pino de saída do IC para ajudar um pouco a mais de corrente aos diodos, de modo que eles possam conduzir de maneira ideal para os resultados pretendidos.

Uma vez que cada diodo retificador facilitará uma queda direta de cerca de 0,65 V, calculando mais esses diodos em série, podemos alcançar um nível proporcionalmente mais alto de tensão aumentada na saída do IC.

No entanto, para que isso aconteça, o nível de entrada deve ser superior em pelo menos 3 V ao nível de saída estimado final. Diodos de silício como o 1N4148 funcionarão muito bem para a aplicação.

Alternativamente, se os diodos parecerem pesados, um único diodo zener equivalente também pode ser usado para obter o mesmo efeito, conforme mostrado no exemplo a seguir.

Dito isso, certifique-se de que o procedimento seja implementado para obter, no máximo, 3 V acima da classificação real do dispositivo. Além desse nível, a estabilização da produção pode ser afetada.

Aumento da capacidade atual

Outra grande modificação em um regulador 78XX poderia ser implementada para atingir uma corrente de saída elevada, maior do que a classificação máxima do dispositivo.

Um método de fazer isso é mostrado abaixo.

A relação de configuração R1 e R2 indicada garante que para cada corrente de miliamperes que passa por R1, D1 e o regulador, um pouco de corrente em excesso de 4 mA é deslocado por meio de Tr1 e R2.

Como resultado, quando 1 ampere completo é usado por meio de IC1, temos uma corrente de mais de 4 amperes passando por Tr1. Essa situação permite que o circuito forneça uma corrente de saída ideal, um pouco maior que 5 amperes.

Mesmo em condições de sobrecarga, as correntes através de Tr1 e IC1 continuam a ter uma relação um pouco maior do que 4: 1, portanto, o recurso de limitação de corrente do IC continua a funcionar sem problemas.

Circuitos desta forma provaram ser desnecessários hoje em dia devido à disponibilidade de dispositivos reguladores de alta potência como o 78H05, 781-112 etc, que vêm com uma corrente nominal máxima de 5 amperes e permitem ao usuário configurá-los exatamente com a mesma facilidade que as contrapartes de corrente inferior.