Festspannungsregler
An dieser Stelle werden wir lernen, wie wir mit einfachen ICs geregelte, d.h. konstante Spannungen erzeugen können.
Wir setzen ICs ein, die nur über drei Anschlüsse verfügen und eine feste Spannung erzeugen.
Viel einfacher geht es kaum. Wir haben ein IC mit einem Eingang an dem eine Spannung liegt. Am Ausgang wird eine geregelte Spannung zur Verfügung gestellt.
Beide Spannungsquellen haben einen gemeinsamen Bezug.
Die Kondensatoren an Ein- und Ausgang sind notwendig. Sie sollten möglichst dicht am Spannungsregler-IC eingebaut werden.
Die Ausgangsspannung ist durch das IC vorgegeben. Deshalb werden diese Spannungsregler als Festspannungsregler bezeichnet.
Selbstverständlich gibt es auch einstellbare Spannungsregler.
Ein 3,3V Regler
Wir bauen einen Regler mit einer 3,3V Ausgangsspannung auf. Die Schaltung ist wieder einfach.
Wir haben lediglich den Spannungsregler durch einen konkreten Chip ersetzt und die Werte der Kondensatoren angegeben.
Die Kondensatoren C1 und C2 sind Elkos mit angegebener Polarität, die unbedingt beachtet werden muss.
Die Schaltung kann einer Spannungsquelle ab 4V betreiben werden.
Am Ausgang liegt eine genaue Spannung von 3,3V (3,267V bis 3.333V).
Der LP2950 wird in einen TO-92-Gehäuse geliefert.
a - VO
b - GND
c - VI
Wir können den Ausgang belasten. Dazu verwenden wir einfach Widerstände.
Wir legen unterschiedliche Widerstände an, messen die Ausgangsspannung und berechnen den Strom.
| Widerstand | Spannung | Strom |
| 1kΩ | ||
| 100Ω | ||
| 47Ω | ||
| 22Ω | ||
| 22Ω par. 22Ω | ||
| Kurzschluss |
Kurzschluss? Ist das möglich?
Ja, der Spannungsregler schützt sich selbst gegen Überlastung.
Wir messen den Kurzschlussstrom.
Laut Datenblatt kann der LP2950 mit bis zu 100mA belastet werden. Der Kurzschlussstrom ist maximal 220mA.
Wenn der LP2950 stark belastet wird, erwärmt er sich. Er kann über 100°C heiß werden. Wenn er zu heiß wird, reduziert er den Ausgangsstrom.
Dieses Verhalten ist den meisten modernen Spannungsreglern gemein:
- genaue Ausgangsspannung
- Strombegrenzung
- Überhitzungsschutz
Typische Festspannungsregler
Was brauchen wir:
- verschiedene Ausgangsspannungen
- höhere Ausgangsströme
Die höheren Ausgangsströme setzen Gehäuse für höhere Leistungen voraus.
Oft wird ein TO-220-Gehäuse verwendet. Damit sind Leistungen über 3W, mit riesigen Kühlkörpern einige zig Watt möglich.
Heutzutage sind Spannungsregler auf riesigen Kühlkörpern nicht sinnvoll, weil moderne Schaltregler wesentlich effizienter sind und meistens auch geringere Preise als Kühlkörper haben.
Die Ausgangsspannung integrierter Spannungsregler lässt eigentlich keine Wünsche offen. Der LM78xx wird für verschiedene Ströme und Spannungen über 5V angeboten. Er ist sozusagen der Standard-Spannungsregler.
Für Spannungen von 3V und 3,3V werden spezielle Regler benötigt. Meistens werden nur kleine Ströme benötigt. Außerdem werden die 3V oft aus 5V erzeugt. Dann fallen an den Reglern nur geringe Leistungen ab. Allerdings müssen die Regler mit dem geringen Unterschied der 5V Eingangs- und z.B. der 3,3V Ausgangsspannung arbeiten können.
Drop-Out-Spannung
An den Spannungsreglern fällt zwischen Ein- Ausgang eine Spannung ab. Diese Spannung darf nicht zu gering werden. Dann kann der Regler nicht mehr die nominale Ausgangsspannung liefern.
Diese minimale Spannung zwischen Ein- und Ausgang wird als Drop-Out-Spannung bezeichnet.
Die LM78xx-Regler haben eine Drop-Out-Spannung von 2,5V. Es gibt auch Regler mit geringen Drop-Out-Spannungen, die sogenannten Low-Drop-Out-Regler, LDO-Regler.
Der LP2950 ist ein LDO-Regler mit einer Drop-Out-Spannung von 0,38V.
Batteriebetrieb
Beim Batteriebetrieb sollte der Eigenverbrauch des Spannungsreglers möglichst gering sein.
Der Eigenverbrauch liegt einmal in der Drop-Out-Spannung, aber auch im Strom, der aus dem GND-Anschluss des Regler fließt. Beim LM78xx sind es um 0,8mA beim LP2950 nur 0,1mA.
Bei Batteriebetrieb ist ein Verpolungsschutz sinnvoll. Ideal wäre ein Spannungsregler mit integriertem Verpolungsschutz. Dieses bietet der LM2936. Der LM2936 ist ein LDO-Regler mit einem Strom aus dem GND-Anschluss um 30µA und Verpolungsschutz.
Festspannungsregler ICs
| Typ | Ausgang | Eingang min |
Eingang max |
Strom max TO-92 |
Strom max TO-220 |
| LM2936-5.0 | 5,0V | 5,4V | 40V | 50mA | |
| LM2936-3.3 | 3,3V | 3,7V | 40V | 50mA | |
| LM2936-3.0 | 3,0V | 3,4V | 40V | 50mA | |
| LP2950LP-50 | 5,0V | 5,5V | 30V | 100mA | |
| LP2950LP-33 | 3,3V | 3,8V | 30V | 100mA | |
| LP2950LP-30 | 3,0V | 3,4V | 30V | 100mA | |
| LM7805 | 5V | 7,0V | 25V | 200mA | 1,5A |
| LM7808 | 8V | 10,5V | 25V | 200mA | 1,5A |
| LM7810 | 10V | 12,5V | 25V | 200mA | 1,5A |
| LM7812 | 12V | 14,5V | 28V | 200mA | 1,5A |
| LM7815 | 15V | 17,5V | 30V | 200mA | 1,5A |
| LM7824 | 24V | 27V | 38V | 200mA | 1,5A |
Module
Das Projekt LDO-Regler-Modul stellt ein einfaches Modul mit einem LDO-Regler zum Aufstecken auf Steckboards vor.