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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Lineare Regler-ICs sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 3 Hersteller von Lineare Regler-ICs und deren Firmenranking.
Linearregler-ICs sind elektronische Bauteile, die eine stabile Spannung ausgeben.
Bei einer Eingangsspannung wird mithilfe eines Spannungsabfalls über einen Widerstand oder ein Halbleiterelement eine konstante Spannung an der Ausgangsklemme ausgegeben. Wenn die Ausgangsspannung im Verhältnis zur Eingangsspannung klein ist, ist der Spannungsdifferenzverlust groß, so dass Linearregler-ICs als Stromversorgungen für Schaltungen und Sensoren verwendet werden, die mit geringer Leistung arbeiten.
Unter den Linearregler-ICs sind diejenigen mit aktiven variablen Widerstandselementen, die in Reihe geschaltete Halbleiterelemente verwenden, Reihenregler, während parallel geschaltete Regler Nebenschlussregler sind.
Linearregler-ICs werden als Stromversorgungskomponenten in elektronischen Geräten und Präzisionsinstrumenten eingesetzt, die mit geringer Leistung arbeiten. Sie zeichnen sich durch eine einfache Schaltung, einen niedrigen Preis, eine ausgezeichnete Spannungsstabilität der gelieferten Leistung und geringes Rauschen aus.
Unter den Linearregler-ICs erzeugen Serienregler Wärme, wenn ein Spannungsabfall mit einem aktiven variablen Widerstandselement erfolgt, so dass die absolute maximale Betriebstemperatur des ICs nicht überschritten werden darf. Wenn der Regler-IC viel Wärme erzeugt, müssen gegebenenfalls Maßnahmen wie das Anbringen eines externen Kühlkörpers getroffen werden.
Linearregler-ICs gehören zu den gebräuchlichsten 3-Terminal-Reglern. 3-Terminal-Regler haben drei Anschlüsse: Eingangsanschluss, Ausgangsanschluss und Masse.
An die Eingangsklemme wird eine Stromversorgung angeschlossen, zwischen der Eingangsklemme und Masse ist ein Eingangskondensator angeschlossen, und zwischen der Ausgangsklemme und Masse ist ebenfalls ein Ausgangskondensator angeschlossen, so dass an der Ausgangsklemme eine konstante Spannung ausgegeben wird.
Das Innere eines Linearregler-ICs besteht aus einem Steuerkreis mit aktiven variablen Widerstandselementen unter Verwendung von Transistoren oder FETs und einer Referenzspannungsquelle. Der Regelkreis misst die Spannung, die durch das aktive variable Widerstandselement fließt, führt eine Rückkopplungsregelung durch und steuert den Widerstandswert des aktiven variablen Widerstandselements, wodurch die Höhe der an der Ausgangsklemme ausgegebenen Spannung auf einen konstanten Wert geregelt wird.
Da aktive variable Widerstandselemente oberhalb einer bestimmten Spannung einen Spannungsabfall erzeugen, ist für eine stabile Stromversorgung eine Eingangsspannung erforderlich, die die Mindestdifferenz zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung, die so genannte Drop-out-Spannung, überschreitet. Normalerweise liegt diese Spannung bei etwa 1,5 V. Bei der Auswahl des ICs sollte jedoch auf die Mindesteingangsspannung geachtet werden.
Wärmeableitung bei 3-poligen Reglern
Ein 3-poliger Regler erzeugt aus einer instabilen Eingangsspannung eine stabile Ausgangsspannung mit Hilfe aktiver variabler Widerstandselemente wie Transistoren und FETs, aber das Produkt aus der Spannungsdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme und dem von der Ausgangsklemme fließenden Strom (Ausgangsstrom) wird im Regler zu Wärme, die Strom verbraucht. Je größer die Differenz zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung und je größer der Ausgangsstrom, desto mehr Wärme wird erzeugt.
Daher ist die Auslegung der Wärmeableitung ein wichtiger Faktor bei der Verwendung von 3-poligen Reglern. Um eine effiziente Wärmeableitung zu gewährleisten, muss ein geeigneter Kühlkörper entworfen und auf dem 3-poligen Regler montiert werden.
Platinenaufbau von 3-poligen Reglern
3-polige Regler arbeiten durch Rückspeisung der Ausgangsspannung, um eine stabile Ausgangsspannung zu gewährleisten. Die Kondensatoren, die zwischen der Eingangsklemme und GND sowie zwischen der Ausgangsklemme und GND angeschlossen sind, sind daher sehr wichtig, insbesondere wenn der Kondensator an der Ausgangsklemme nicht geeignet ist, kann die Ausgangsspannung durchschlagen.
Im Allgemeinen sollte der vom Hersteller des 3-poligen Reglers empfohlene Kondensator gewählt werden, aber auch in diesem Fall sollte der Kondensator so nahe wie möglich am 3-poligen Regler platziert werden und das Leiterplattenmuster zwischen dem 3-poligen Regler und dem Kondensator sollte so gestaltet sein, dass es kurz ist.
Schutz von 3-poligen Reglern
Wenn zu erwarten ist, dass am Eingang oder Ausgang eine anormale Spannung anliegt, ist eine Schaltung zum Schutz des 3-poligen Reglers erforderlich. Wenn die Gefahr besteht, dass an der Eingangsseite eine hohe Spannung anliegt, muss ein Dämpfungswiderstand oder eine Zenerdiode an den Eingang angeschlossen werden, um diese hohe Spannung abzufangen.
Maßnahmen sind auch erforderlich, wenn die Eingangsspannung unter die Ausgangsspannung fallen kann. Wenn die Eingangsspannung aus irgendeinem Grund stark abfällt, muss ein Kondensator mit großer Kapazität an die Ausgangsklemmen angeschlossen werden, um eine konstante Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten. Folglich kann die Ausgangsklemmenspannung vorübergehend höher sein als die Eingangsklemmenspannung, wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird.
In Schaltungen, die mehrere Stromversorgungen kombinieren, besteht außerdem die Möglichkeit, dass die Ausgangsspannung aufgrund von Zirkulationen von anderen Stromversorgungen höher als die Eingangsspannung ist. Als Gegenmaßnahme kann eine Schutzdiode (Eingangsseite mit der Kathode und Ausgangsseite mit der Anode verbunden) angebracht werden, damit der Strom von der Ausgangsklemme zur Eingangsklemme fließt.
3-polige Regler werden nach der Höhe der Abfallspannung (dem Betrag, um den die Ausgangsspannung im Verhältnis zur Eingangsspannung abfällt) entweder als Standardtyp oder als LDO-Typ klassifiziert.
Die Drop-Out-Spannung des Standardtyps liegt bei ca. 3,0 V, während der LDO-Typ durch eine Drop-Out-Spannung von weniger als 1,0 V gekennzeichnet ist, die kleiner ist als die des Standardtyps. LDO ist eine Abkürzung für Low Drop Out. Als die Kombination von 12 V Eingangsspannung und 5 V Ausgangsspannung noch üblich war, wurden häufig 3-polige Regler verwendet, um 12 V in 5 V umzuwandeln. In diesem Fall konnten Standardregler mit einer Drop-Out-Spannung von etwa 3 V problemlos verwendet werden.
Als sich jedoch 3,3-V-Digital-ICs durchsetzten und die Eingangsspannung auf 5 V und die Ausgangsspannung auf 3,3 V stieg, wurde die Verwendung eines LDO-Reglers zur Umwandlung von 5 V in 3,3 V auf der Leiterplatte unerlässlich. Die Standard-Ausgangsschaltung mit bipolaren Transistoren besteht aus zwei NPN-Transistoren mit Darlington-Verbindungen, während die LDO-Ausgangsschaltung einen einzigen PNP-Transistor verwendet. Dies ermöglicht den Betrieb mit kleinen Drop-out-Spannungen.
Allerdings haben sich auch die Gegenkopplungseigenschaften geändert, und der LDO-Typ hat einen engeren stabilen Betriebsbereich und ist anfälliger für Schwingungen als der Standardtyp. Die Kapazitäts- und ESR-Eigenschaften (äquivalenter Serienwiderstand) der an die Ausgangsklemmen angeschlossenen Kondensatoren sind daher äußerst wichtige Faktoren für den LDO-Typ.
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