Festspannungsregler
Hier lernen wir, wie wir mit einfachen ICs geregelte, d.h. konstante Spannungen erzeugen können.
Wir verwenden ICs, mit nur drei Anschlüssen, die eine feste Spannung erzeugen.
Viel einfacher geht es nicht. Wir haben einen IC mit einem Eingang, an dem eine Spannung anliegt. Am Ausgang steht eine geregelte Spannung zur Verfügung.
Beide Spannungsquellen haben einen gemeinsamen Bezugspunkt (GND). Die Kondensatoren am Eingang und am Ausgang sind notwendig. Sie sollten möglichst nahe am Spannungsregler-IC eingebaut werden.
Die Ausgangsspannung wird vom IC vorgegeben. Daher werden diese Spannungsregler als Festspannungsregler bezeichnet.
Natürlich gibt es auch einstellbare Spannungsregler.
Ein 3,3V Regler
Wir bauen einen Regler mit einer Ausgangsspannung von 3,3V. Auch hier ist die Schaltung einfach.
Wir haben lediglich den Spannungsregler durch einen konkreten Chip ersetzt und die Werte der Kondensatoren angegeben.
Die Kondensatoren C1 und C2 sind Elektrolytkondensatoren (Elkos) mit angegebener Polarität, die unbedingt beachtet werden muss.
Die Schaltung kann an einer Spannungsquelle ab 4V betrieben werden.
Am Ausgang steht eine genaue Spannung von 3,3V (3,267V bis 3.333V) zur Verfügung.
Der LP2950 wird in einem TO-92-Gehäuse geliefert.
a - VO
b - GND
c - VI
Wir können den Ausgang belasten. Dazu brauchen wir nur Widerstände.
Wir legen verschiedene Widerstände R an, messen die Ausgangsspannung U und berechnen den Strom I mit I=U/R.
| Widerstand R | Spannung I | Strom I |
| 1kΩ | ||
| 100Ω | ||
| 47Ω | ||
| 22Ω | ||
| 22Ω par. 22Ω = 11Ω | ||
| Kurzschluss |
Kurzschluss? Ist das möglich?
Ja, der Spannungsregler schützt sich selbst vor Überlastung.
Wir messen den Kurzschlussstrom.
Laut Datenblatt kann der LP2950 mit bis zu 100mA belastet werden. Der Kurzschlussstrom beträgt 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 haben die meisten modernen Spannungsregler:
- genaue Ausgangsspannung
- Strombegrenzung
- Überhitzungsschutz
Typische Festspannungsregler
Wir brauchen
- verschiedene Ausgangsspannungen und
- höhere Ausgangsströme.
Höhere Ausgangsströme erfordern Gehäuse für höhere Leistungen.
Häufig wird ein TO-220-Gehäuse verwendet. Damit sind Leistungen über 3W möglich, mit riesigen Kühlkörpern einige zig Watt.
Spannungsregler auf riesigen Kühlkörpern sind heute nicht mehr sinnvoll, da moderne Schaltregler wesentlich effizienter sind und meistens auch preiswerter als Kühlkörper.
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. Die Regler müssen aber mit der geringen Differenz zwischen 5V Eingangsspannung und z.B. 3,3V Ausgangsspannung arbeiten können.
Drop-Out-Spannung
An den Spannungsreglern fällt zwischen Ein- und Ausgang eine Spannung ab. Diese Spannung darf nicht zu klein werden. Sonst kann der Regler die nominale Ausgangsspannung nicht mehr liefern.
Diese minimale Spannung zwischen Ein- und Ausgang wird als Drop-Out-Spannung genannt.
Die LM78xx-Regler haben eine Drop-Out-Spannung von 2,5V. Es gibt auch Regler mit niedrigeren Drop-Out-Spannungen, sogenannte Low-Drop-Out-Regler, LDO-Regler.
Der LP2950 ist ein LDO-Regler mit einer Drop-Out-Spannung von 0,38V.
Batteriebetrieb
Bei Batteriebetrieb sollte der Eigenverbrauch des Spannungsreglers möglichst gering sein.
Der Eigenverbrauch besteht zum einen aus der Drop-Out-Spannung, zum anderen aus dem Strom, der aus dem GND-Anschluss des Reglers fließt. Beim LM78xx sind das ca. 0,8mA, beim LP2950 nur 0,1mA.
Bei Batteriebetrieb ist ein Verpolungsschutz sinnvoll. Ideal wäre ein Spannungsregler mit integriertem Verpolungsschutz. Diesen bietet der LM2936. Der LM2936 ist ein LDO-Regler mit einem Strom von ca. 30µA aus dem GND-Anschluss 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.