3 Bộ điều chỉnh điện áp cố định đầu cuối - Mạch làm việc và ứng dụng

Bộ điều chỉnh cố định 3 cực phổ biến hiện nay có dạng IC 7805, IC 7809, IC 7812, IC 7815 và IC 7824, tương ứng với đầu ra điện áp cố định 5 V, 9 V, 12 V, 15V và 24 V .

Chúng được gọi là cố định bộ điều chỉnh điện áp vì các IC này có thể tạo ra điện áp đầu ra DC cố định ổn định tuyệt vời để đáp ứng với điện áp đầu vào DC không điều chỉnh cao hơn nhiều.

Hiện nay, những bộ điều chỉnh điện áp nguyên khối cao cấp này có thể được mua rất rẻ, thường ít tốn kém hơn và ít phức tạp hơn để làm việc so với việc xây dựng mạch điều chỉnh rời rạc tương đương.

Các bộ điều chỉnh 3 đầu cực này cực kỳ dễ đấu dây, như có thể được xem trong sơ đồ mạch bên dưới minh họa phương pháp tiêu chuẩn mà các IC này được thực hiện.

Ba thiết bị đầu cuối của IC là vì lý do rõ ràng, được chỉ định bằng tên đầu vào, chung và đầu ra .

Nguồn cung cấp tích cực và tiêu cực được kết nối đơn giản qua đầu vào và đầu cuối chung của IC, trong khi điện áp ổn định được điều chỉnh được thu thập trên đầu ra và đầu cuối chung.

Phần bên ngoài rời rạc duy nhất được yêu cầu tùy chọn là một tụ điện trên đầu vào và đầu ra của IC. Các tụ điện này là cần thiết để tăng cường mức độ điều chỉnh đầu ra của thiết bị và cải thiện phản ứng nhất thời. Các giá trị microfarads của các tụ điện này thường không quan trọng, và do đó thường là bất kỳ giá trị nào trong khoảng 100 nf, 220 nf hoặc 330 nf.

Các loại bộ điều chỉnh dòng 78XX

Các các loại điện áp cố định phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất , bộ điều chỉnh điện áp nguyên khối là bộ điều chỉnh tích cực sê-ri 78XX và bộ điều chỉnh âm sê-ri 79XX.

Chúng được tìm thấy với 3 thông số kỹ thuật hiện tại đầu ra. Chúng cung cấp cho bạn 9 loại tích cực và 9 loại biến thể 9 tiêu cực, như được tiết lộ trong biểu đồ bên dưới.

Dòng IC 78XX này đi kèm với xếp hạng điện áp bổ sung ở cả dạng tích cực và tiêu cực. Phạm vi tiêu chuẩn cho các bộ điều chỉnh 78XX này là 8 V, 9 V, 10 V, 18 V, 20 V và 24 V, tương ứng với các IC 7808, 7809, 7810, 7818, 7820, 7824.

Nhiều thiết bị trong số này mang các ký tự hậu tố hoặc số liệu với số in của chúng, tùy thuộc vào nhà sản xuất hoặc loại thương hiệu.

Tuy nhiên, tất cả chúng về cơ bản đều giống nhau với xếp hạng giống hệt nhau. Một số thỏa thuận phần sẽ không thực sự quảng bá các IC này theo số loại, thay vì chỉ ra các thông số kỹ thuật về cực, điện áp và dòng điện của chúng, và đôi khi có tham chiếu đến kiểu gói của chúng.

Những đặc điểm chính

Các IC này có tính năng hạn chế dòng điện tích hợp và bảo vệ ngắn mạch cho tải đầu ra. Trong loạt bộ điều chỉnh 78XX công suất trung bình và cao, tính năng này thường thuộc loại gập lại. Giới hạn dòng điện trở lại là một điều kiện trong đó quá tải đầu ra không được đáp ứng bởi dòng điện đầu ra do giới hạn dòng điện tự động.

Giới hạn hiện tại khi gập lại là gì

Phản ứng gập lại của mạch giới hạn dòng điện gấp lại có thể được chứng kiến ​​trong hình sau, điều này chứng minh rõ ràng cách dòng điện đầu ra giảm thiểu trong điều kiện quá tải để thường nhỏ hơn 50% dòng điện đầu ra lý tưởng. Lý do chính để sử dụng giới hạn dòng điện gấp lại là nó cắt giảm đáng kể sự tiêu tán trong bộ điều chỉnh trong các tình huống ngắn mạch.

Đáp ứng giới hạn dòng điện gập lại có thể được hiểu theo giải thích sau:

Giả sử chúng ta có IC 7805 với đầu vào 10 V và nó bị đoản mạch trên các đầu ra của nó. Trong tình huống này dưới loại thông thường của dòng điện giới hạn đầu ra của IC sẽ tiếp tục tạo ra dòng điện 1 amp cho công suất tiêu thụ 10 watt. Nhưng với một dòng điện gấp lại đặc biệt giới hạn dòng điện ngắn mạch có thể bị giới hạn ở khoảng 400 mA, dẫn đến mức tiêu hao trong thiết bị chỉ là 4 watt.

Tính năng tắt máy nhiệt

Tương tự như vậy, phần lớn các bộ điều chỉnh điện áp nguyên khối cũng có mạch bảo vệ ngắt nhiệt tích hợp. Tính năng này giúp giảm dòng ra trong trường hợp thiết bị gặp phải tình trạng quá nhiệt.

Kết quả là những loại IC điều chỉnh điện áp này cực kỳ mạnh mẽ và không bao giờ dễ bị hỏng ngay cả khi chúng được sử dụng không đúng cách. Điều đó nói lên rằng, một cách mà chúng có thể bị phá hủy là sử dụng điện áp cung cấp đầu vào cao hơn phạm vi quy định.

Bạn sẽ tìm thấy các biến thể về điện áp đầu vào tối đa có thể chấp nhận được do các nhà cung cấp khác nhau chỉ định cho các IC này có cùng loại tiêu chuẩn, mặc dù 25 volt rõ ràng là phạm vi cung cấp tối thiểu cho bất kỳ thiết bị 5 volt nào (7805). Bộ điều chỉnh điện áp lớn hơn có thể xử lý tối thiểu 30 volt, trong khi đối với các loại 20 và 24 volt, phạm vi đầu vào lên đến 40 volt.

Để mạch hoạt động chính xác, điện áp đầu vào phải cao hơn 2,5 volt so với điện áp đầu ra yêu cầu, ngoại trừ đối với bộ điều chỉnh 7805, nơi điện áp đầu vào được cho là chỉ hơn 2 V so với đầu ra 5 V yêu cầu, có nghĩa là nó phải tối thiểu là 7 V.

Dòng điện chờ không tải

Dòng tĩnh hoặc dòng nhàn rỗi tiêu thụ của các IC này khi không có tải ở đầu ra có thể nằm trong khoảng từ 1 đến 5 mA, mặc dù điều này có thể lên đến 10 mA trong một số biến thể công suất rất cao.

Quy định dòng và tải

Quy định dòng cho tất cả các IC điều chỉnh 78XX nhỏ hơn 1%. Có nghĩa là, điện áp đầu ra có thể cho thấy sự thay đổi nhỏ hơn 1% bất kể sự thay đổi điện áp đầu vào từ dải điện áp đầu vào tối đa và tối thiểu.

Quy định tải cũng thường thấp hơn 1% đối với hầu hết các thiết bị này. Tính năng này đảm bảo rằng đầu ra sẽ tiếp tục cung cấp điện áp đầu ra không đổi danh định bất kể điều kiện tải đầu ra.

Tính năng loại bỏ gợn sóng đối với hầu hết các IC điều chỉnh này là trong khoảng 60 dB cùng với mức tiếng ồn đầu ra có thể thấp hơn 100 microvolt.

Sự thât thoat năng lượng

Khi bạn sử dụng các IC điều chỉnh 78XX này, bạn phải nhớ rằng các IC này được đánh giá là chỉ xử lý một lượng điện năng tiêu thụ hữu hạn. Do đó, dưới tải đầu ra cao nhất, điện áp đầu vào không bao giờ được phép vượt quá một vài volt cao hơn giới hạn đầu vào tối đa có thể chịu được.

Công suất tiêu tán tối đa ở nhiệt độ phòng bình thường (25 độ C) cho các thiết bị 78XX công suất thấp, trung bình và cao lần lượt là 0,7 watt, 1 watt và và 2 watt.

Giới hạn trên có thể được cải thiện đáng kể lên lần lượt là 1,7 watt, 5 watt và 15 watt nếu các thiết bị được gắn trên một tản nhiệt lớn về cơ bản. Công suất tiêu tán trong tất cả các thiết bị điều chỉnh này tương ứng với sự khác biệt giữa điện áp đầu vào và đầu ra, nhân với dòng điện đầu ra.

Cách áp dụng tản nhiệt cho IC 78XX

Trong tình huống này khi thiết bị được tải đầy ở khoảng 800 mA, mức tiêu tán từ thiết bị có thể lên tới 4 watt (0,8A x 5V = 4W).

Con số này dường như nhiều hơn hai lần so với PD 2 watt tối đa có thể hoán đổi cho thiết bị 7815. Điều này ngụ ý rằng 2 watt dư phải được bù đắp thông qua một bộ tản nhiệt.

Nhiều lựa chọn tản nhiệt thường có sẵn trên thị trường và chúng được xác định với xếp hạng của một độ / watt cụ thể.

Đánh giá này về cơ bản cho biết mức tăng nhiệt độ gây ra cho mỗi watt điện năng tiêu tán qua bộ tản nhiệt. Điều này cũng chỉ ra rằng đối với bộ tản nhiệt lớn hơn, độ trên mỗi watt sẽ thấp hơn tương ứng.

Kích thước tản nhiệt thấp nhất cần thiết cho thiết bị điều chỉnh 78xx có thể được xác định theo cách sau.

Chúng ta chủ yếu phải tìm ra nhiệt độ khí quyển danh nghĩa nơi thiết bị đang được sử dụng. Ngoại trừ trường hợp thiết bị có khả năng được sử dụng trong môi trường xung quanh ấm không bình thường, con số khoảng 30 độ C có thể được coi là một giả định hợp lý.

Xếp hạng nhiệt độ an toàn

Tiếp theo, có thể cần phải tìm hiểu xếp hạng nhiệt độ an toàn tối đa cho vi mạch điều chỉnh 78XX cụ thể. Đối với bộ điều chỉnh 78XX nguyên khối, phạm vi này có thể ở 125 độ C. Phải nói rằng, đây thực sự là nhiệt độ đường giao nhau, chứ không phải nhiệt độ trường hợp mà vi mạch có thể chịu được.

Nhiệt độ trường hợp tối đa tuyệt đối cho phép là khoảng 100 độ C. Do đó, điều quan trọng là không được để nhiệt độ thiết bị tăng trên 70 độ C (100 - 30 = 70).

Vì công suất 2 watt có thể làm tăng nhiệt độ tối đa là 70 độ, nên một bộ tản nhiệt được đánh giá là tiêu tán 35 độ C / watt trở xuống (70 độ chia cho 2 watt = 35 độ C trên mỗi watt) sẽ tốt đủ.

Trên thực tế, một bộ tản nhiệt tương đối lớn hơn nên được sử dụng, vì việc truyền nhiệt không bao giờ hiệu quả trong hầu hết các trường hợp.

Hơn nữa, để có được độ ổn định lâu dài, phải đảm bảo rằng thiết bị được vận hành lý tưởng ở mức thấp hơn một chút so với dải nhiệt độ tối đa cho phép.

Nếu có thể, hãy đảm bảo một biên độ hợp lý +/- 20 độ hoặc có thể hơn.

Khi IC điều chỉnh được bao bọc bên trong thùng chứa và được che khỏi bầu không khí tự do, có thể làm cho không khí bị mắc kẹt trong thùng chứa nóng lên do tản bộ điều chỉnh. Điều này có thể khiến các bộ phận nhạy cảm khác trên PCB hoạt động trong điều kiện ấm hơn. Tình huống như vậy có thể yêu cầu một bộ tản nhiệt lớn hơn cho IC điều chỉnh.

Mạch ứng dụng

Có thể xem mạch ứng dụng điển hình của bộ nguồn sử dụng ổn áp nguyên khối 78XX điện áp cố định.

Trong thiết kế này, một IC 7815 được sử dụng làm IC điều chỉnh cung cấp cho chúng ta dòng điện khoảng +15 vôn ở khoảng 800 mA.

Máy biến áp được sử dụng có định mức 18 -0 - 18V đối với thứ cấp với định mức hiện tại là 1 amp.

Nó được kết nối với bộ chỉnh lưu toàn sóng đẩy kéo cung cấp điện áp không tải khoảng 27 V Dc sau khi được lọc qua C1.

Các tụ C2 và C3 hoạt động giống như các tụ tách đầu vào và đầu ra nên được gắn tương đối gần với thân của vi mạch. Khi tải đầu ra đầy, bạn sẽ thấy điện áp đầu vào áp dụng cho IC1 đạt mức 19 đến 20 volt, cho phép chênh lệch khoảng 5 volt trên đầu vào / đầu ra của bộ điều chỉnh.

Cách tạo mạch cung cấp điện kép

Vì bộ điều chỉnh nguyên khối 78XX điện áp cố định có thể được mua cả trong các biến thể âm và dương, chúng có vẻ hoàn hảo để triển khai nguồn điện cân bằng kép .

Ví dụ, khi nào, một nguồn cung cấp được quy định là cần thiết để vận hành mạch dựa trên op amp với nguồn cung cấp âm và dương 12 vôn ở 100 mA, có thể áp dụng thiết kế thể hiện trong hình sau.

Trong ví dụ này, T1 là máy biến áp 15-0-15 volt được đánh giá với định mức dòng thứ cấp 200 mA trở lên. Bạn có thể tìm thấy một vài bộ chỉnh lưu toàn sóng đẩy kéo D2 và D3 cung cấp cho bạn đầu ra tích cực.

D1 cùng với D4 cung cấp đầu ra âm. Nguồn cung cấp tích cực được lọc bởi C1 trong khi dòng tiêu cực được làm sạch và lọc bởi C2.

IC1 cung cấp cho bạn một đầu ra nguồn cung cấp dương được điều chỉnh, trong khi IC2 hoạt động giống như một bộ điều chỉnh nguồn cung cấp âm. C3 đến C6 được định vị giống như tụ điện tách rời để nâng cao hiệu quả đầu ra về khả năng đáp ứng tốt hơn đối với xung đột, nhiễu và quá độ.

Điện áp đầu ra cao hơn sử dụng mạch điều chỉnh loạt

Cấu hình hiển thị ở trên cũng có thể được sử dụng để nhận các giá trị điện áp kết hợp của hai bộ điều chỉnh. Có nghĩa là, nếu 79L12 được thay thế bằng bộ điều chỉnh 78L12 sẽ cho phép đầu ra là 24V.

Trong cấu hình như vậy, đường 0V có thể bị bỏ qua và đầu ra + 24V có thể được truy cập trực tiếp qua các đường tích cực và tiêu cực của đầu ra.

Điện áp đầu ra cao hơn bằng cách sử dụng mạch điốt dòng

Thực ra rất dễ dàng để có được một mức tăng điện áp nhỏ ở đầu ra bằng cách sử dụng một số diode chỉnh lưu giữa chân nối đất của IC và đường dây nối đất.

Cách tiếp cận này cho phép người dùng truy cập mức điện áp cao hơn một chút mà có thể không trực tiếp lấy được từ bất kỳ thiết bị điều chỉnh nào được chế tạo sẵn.

Kỹ thuật đi dây chính xác của cấu hình này có thể được trình bày trong hình ảnh sau.

Trong ví dụ này, chúng tôi đã ước tính điện áp đầu ra cần thiết là khoảng 6V và đã thực hiện tương tự thông qua một IC điều chỉnh 5 volt bằng cách tăng đầu ra thêm 1 volt.

Như có thể thấy, độ cao 1 V này đạt được một cách hiệu quả bằng cách chỉ cần kết hợp một vài điốt chỉnh lưu nối tiếp với dây dẫn chung của bộ điều chỉnh.

Các bộ chỉnh lưu được nối dây để đảm bảo chúng được phân cực thuận thông qua dòng điện tĩnh được sử dụng bởi bộ điều chỉnh và di chuyển qua đầu cuối GND chung của thiết bị.

Kết quả là các điốt kèm theo hoạt động giống như điốt zener điện áp thấp, trong đó mỗi điốt giảm khoảng 0,5 đến 0,6 volt cho phép điện áp zener kết hợp khoảng 1 đến 1,2 volt.

Mục tiêu của thiết kế là nâng đầu nối chung của bộ điều chỉnh lên 1 vôn so với điện thế nguồn cung cấp trên mặt đất. Ở đây IC điều chỉnh 7805 thực sự ổn định đầu ra định mức ở mức 5 V so với đường nối đất, do đó, bằng cách nâng đầu nối đất lên khoảng 1 V, đầu ra cũng được nâng lên cùng độ lớn, làm cho đầu ra cũng được điều chỉnh ở mức xấp xỉ Mức 6 V. Quy trình này hoạt động rất hiệu quả với cả ba IC điều chỉnh điện áp đầu cuối 78XX.

Điện trở xu hướng cho điốt

Tuy nhiên, trong một số trường hợp, bạn có thể phải gắn một điện trở bên ngoài qua GND và chân đầu ra của IC để hỗ trợ thêm một số bit dòng điện cho điốt, để chúng có thể dẫn điện tối ưu cho kết quả dự kiến.

Vì mỗi điốt chỉnh lưu sẽ tạo điều kiện giảm về phía trước khoảng 0,65 V, bằng cách tính toán thêm nhiều điốt như vậy trong chuỗi, chúng ta có thể đạt được mức điện áp tăng tương ứng cao hơn trên đầu ra IC.

Tuy nhiên, để điều này xảy ra, mức đầu vào phải cao hơn ít nhất 3V so với mức đầu ra ước tính cuối cùng. Điốt silicon như 1N4148 sẽ hoạt động khá tốt cho ứng dụng.

Ngoài ra, nếu điốt trông cồng kềnh, cũng có thể sử dụng một điốt zener tương đương để có được hiệu ứng tương tự, như được minh họa trong ví dụ sau.

Đã nói rằng, hãy đảm bảo rằng quy trình được thực hiện để không cao hơn 3 V so với định mức thực của thiết bị. Ngoài mức này, sự ổn định đầu ra có thể bị ảnh hưởng.

Tăng công suất hiện tại

Một sửa đổi lớn khác đối với bộ điều chỉnh 78XX có thể được thực hiện để đạt được dòng điện đầu ra tăng lên cao hơn mức đánh giá tối đa của thiết bị.

Một phương pháp thực hiện điều này được hiển thị bên dưới.

Tỷ lệ cấu hình R1 và R2 được chỉ ra đảm bảo rằng đối với mỗi dòng điện miliamp đi qua R1, D1 và bộ điều chỉnh, một chút dòng điện vượt quá 4 mA sẽ được dịch chuyển qua Tr1 và R2.

Kết quả là khi sử dụng đầy đủ 1 amp qua IC1, chúng ta có dòng điện hơn 4 ampe đi qua Tr1. Tình huống này cho phép mạch cung cấp dòng điện đầu ra tối ưu cao hơn 5 ampe một chút.

Ngay cả trong điều kiện quá tải, dòng qua Tr1 và IC1 tiếp tục có tỷ lệ hơi cao hơn 4: 1, do đó, tính năng giới hạn dòng của IC tiếp tục hoạt động mà không có vấn đề gì.

Các mạch dạng này ngày nay đã thực sự được chứng minh là không cần thiết vì sự sẵn có của thiết bị điều chỉnh công suất cao hơn như 78H05, 781-112, v.v. đi kèm với định mức dòng điện tối đa là 5 ampe và cho phép người dùng định cấu hình chúng chính xác một cách dễ dàng như các đối tác dòng điện thấp hơn.