Tech-Ecke / Elektronik Inhalt / Spannungsregler

 

     Spannungsregler (78xx)

   Allgemeines zur Festspannungsreglerserie 78xx

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: 
 
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.

   Grundschaltung

Die folgend abgebildete Schaltung ist geeignet/ausreichend zur Spannungsregelung von bereits geglätteten Gleichstromspannungen. Die linke Schaltung zeigt eine minimalistische Bastel-Schaltung, die rechte die minimal empfohlene Schaltung bereits für geglättete Spannungen.

             

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

Eine Sinnvolle Ergänzung ist eine Rückfluss-Diode welche in Sperrrichtung vom Ein- zum Ausgang geschaltet wird. Der Hintergrund ist der, dass der 78xx seinen Dienst für immer aufgibt, sollte die Ausgangsspannung auch nur kurzzeitig mal über der Eingangsspannung liegen. Das fiese an der Sache ist, dass es bei solch einem Versagen zum Kurzschluss des Ein- und Ausganges kommen kann, was fatal Folgen für die dahinter liegende Schaltung bedeuten 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“.

 

Die Option Drucken funktioniert erst ab Netscape V4.0 bzw. I-Explorer 5.0 !

[letzte Aktualisierung 24.10.2019]