Spannungsregler 78xx
Allgemeines zur Festspannungsreglerserie 78xx
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Spannungsregler sind
elektronische Bauteile die eine „hohe“ Eingangsspannung
auf eine geringere Ausgangsspannung regeln. Es gibt
Typen bei denen die Ausgangsspannung regelbar und welche
bei denen sie fest vorgegeben ist, um letztere dreht es
sich auf dieser Seite. Die am häufigsten anzutreffenden
Festspannungsregler sind die der Serie 78xx (79xx für
negative Spannungen). Es gibt sie für Ausgangsspannungen
von 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 oder 24 V. Die
Ausgangsspannung wird in der Typenbezeichnung angegeben.
Beispielsweise regelt der Typ 7805 auf 5 V, der 7812 auf
12 V… Die Eingangsspannung muss ca. 2V über der
Ausgangsspannung liegen damit der Regler arbeiten kann.
Die Standardreihe ist gekühlt bis max. 1A belastbar,
wobei die Eingangsspannung hierbei nicht wesentlich mehr
als 3V über der Ausgangsspannung liegen sollte, dazu
später mehr. Prinzipiell kann die Eingangsspannung zwar
bis zu 36 V betragen, jedoch erhöht sich mit steigender
Differenz zwischen Ein- und Ausgangsspannung die
Verlustleistung und somit auch die thermische Belastung.
Generell sollten Spannungswandler immer mittels
Kühlkörper gekühlt werden und zwar nicht nur wenn sie im
Grenzbereich betrieben werden, es sei denn sie werden
wirklich nur mit einem Bruchteil ihrer max. Belastung
beansprucht. Die max. Ströme sind über Buchstaben
verschlüsselt der Typenbezeichnung zu entnehmen. Der Typ
78S12 regelt demnach auf 12V bei einem maximalen Strom
von 2 A (gekühlt) unter Beachtung der maximalen
Spannungsdifferenz. Die Aufschlüsselung ist der
folgenden Tabelle zu entnehmen:
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78Lxx |
0,1 A |
| 78Mxx |
0,5 A |
| 78xx |
1 A |
| 78Sxx |
2 A |
| 78Txx |
3 A |
| 78Hxx |
5 A |
Der 78xx besitzt eine integrierte Strombegrenzung die bei Überlastung oder Kurzschluss die Ausgangsspannung automatisch herunterregelt und ebenfalls eine integrierte thermische Schutzschaltung.
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Grundschaltung
Die folgenden beiden Schaltungen ist geeignet
bzw. ausreichend zur Spannungsregelung von bereits geglätteten Gleichstromspannungen. Die linke Schaltung zeigt
die minimalistische Bastel-Schaltung, die rechte die minimal empfohlene Schaltung.
Der Kondensator C1 verhindert
Eigenschwingungen des Spannungsreglers welche zu einer höheren
thermischen Belastung, bis hin zu Regelstörungen führen kann.
Somit ist der C1 ein wichtiger Bestandteil der Spannungsreglung
und sollte immer mit verbaut sein. Dabei ist darauf zu achten
dass dieser immer in unmittelbarer Nähe des Reglers angebracht
sein sollte. Der Kondensator C2 ist beim 78xx nicht zwingend
erforderlich, er verbessert jedoch das Regelverhalten bei
schnellen Lastwechseln.
Achtung! - Folien-Elkos sind hierzu nicht geeignet, laut
Herstellerangaben müssen Keramik- oder Tantal-Kondensatoren
eingesetzt werden.
Für nicht geglättete
Eingangsspannungen sollten noch zwei weitere Kondensatoren (Elkos),
parallel zu C1 und C2 mit in die Schaltung integriert werden.
Deren Auslegung ist in erster Linie abhängig vom benötigtem
Strom, der Wert sollte min. 0,1 µF je mA betragen.
Mehr Sicherheit
Mehr Schutz, für die
hinter dem Spannungsregler liegenden Komponenten bietet eine Rückfluss-Diode, welche in Sperrrichtung vom
Ein- zum Ausgang geschaltet wird. Hintergrund: Liegt die
Ausgangsspannung, z.B. aufgrund einer
Induktions-Spannungsspitze, selbst nur kurzzeitig über der
Eingangspannung, so kann das das Ende des 78xx bedeuten. Das Fiese an der Sache ist, dass es bei
solch einem Versagen zum Kurzschluss des Ein- und Ausganges
kommen kann, was dann fatal Folgen für die dahinter liegende
Schaltung mit sich bringen kann. Eine geeigneter Diodentyp ist z.B. die
1N4002 welche mit 1 A Belastbarkeit genügend Reserven bietet.
Belastbarkeit und Kühlung
Ein Festspannungsregler muss die Spannungsdifferenz regelrecht
verbraten und in Wärme abgeben. Diese Verlustleistung errechnet
sich durch Eingangsspannung – Ausgangsspannung mal den Strom der
den Spannungsregler durchfließt. Das heißt je größer
Spannungsdifferenz und/oder Strom, desto höher die
Verlustleistung, desto mehr Abwärme, desto besser muss gekühlt
werden. Im Rechenbeispiel haben wir eine Eingangsspannung von
12V welche mittels einem 7805 auf auf 5V gebracht wird. Der
Strom der den Spannungsregler durchfließt beträgt 50 mA.
Und wie gewohnt, hierzu auch einen passenden
Onlinerechner
Ab wann man einen 78xx im TO220 Gehäuse mittels Kühlkörper
passiv kühlen sollte hängt neben der Verlustleistung auch vom
Einbauort und der zu erwartenden Umgebungstemperatur ab. Alles
was über 0,5W geht sollte auf jeden Fall gekühlt werden, was
über 0,1W liegt sollte man im Betrieb beobachten. In der Regel
verkraftet der 78xx bis zu 125° Kerntemperatur. Was zum einen
aber nicht heißt das man diese auch zwingend Erreichen muss ;-)
und zum anderen kann man ja auch nur die Gehäusetemperatur
messen und entsprechend Reserve einplanen sollte. Eine Bastler
Faustregel besagt: Kann man den Regler im laufendem Betrieb
lange und fest anpacken ohne dass es weh tut dann ist alles
gut“.
DC-DC Step-Down Wandler
In der Vergangenheit war ein
Spannungsregler immer das Mittel der Wahl, wenn man bei
Bastelprojekten, kostengünstig und auf kleinem Bauraum eine
Spannung herunterregeln musste. Aufgrund des schlechten
Wirkungsgrads kam man hier jedoch schnell an dessen Grenzen.
Heutzutage ist ein Step-Down DC-DC Wandler häufig die bessere
Wahl. Warum? Na weil die Teile, Dank Made in China fast nichts
mehr kosten und zudem immer kleiner werden. Den
MP1584EN bekommt man
beispielsweise für unter einem Euro und misst gerade mal
17x22x3,5 mm.
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