Meest gekocht
Meest gekocht
Best beoordeelde producten
Best beoordeelde producten
Advies
Alle elektronische apparaten hebben een bepaalde hoeveelheid elektrische stroom nodig. Terwijl het stroomverbruik dynamisch is en afhangt van de belasting van het apparaat, zou de voedingsspanning idealiter constant moeten blijven. Spanningsregelaars zorgen daarvoor. Ontdek hier hoe deze kleine helpers werken, welke types en uitvoeringen verkrijgbaar zijn en waar u op moet letten bij de aankoop ervan.
De voedingseenheid van een elektronisch apparaat zet gewoonlijk de inkomende wisselstroom om in gelijkstroom met bepaalde spanningen en stromen.
Om ervoor te zorgen dat de spanning ook bij stroom- en belastingsschommelingen gelijk blijft, neemt een in de voedingseenheid geïntegreerde spanningsregelaar een hogere ingangsspanning en levert aan de uitgang een lagere, maar stabielere spanning.
Een bijkomend gebruik van de regelaar is de bescherming tegen spanningspieken en kortsluiting die elektronische componenten kunnen beschadigen.
De spanningsregelaars die in elektronische laagspanningsapparatuur worden gebruikt, zijn gewoonlijk geïntegreerde schakelingen.
De meest voorkomende typen met versterkende componenten zoals transistors of operationele versterkers zijn lineaire en schakelende spanningsregelaars:
Lineaire spanningsregelaars
Lineaire spanningsregelaars zijn eenvoudige op transistors gebaseerde apparaten die gewoonlijk als IC's worden verpakt. Hun interne schakelingen maken gebruik van differentiële versterkers om de uitgangsspanning ten opzichte van een referentiespanning te regelen. Lineaire spanningsregelaars kunnen een vaste uitgangsspanning of een instelbare spanning hebben. Als regelbare spanningsregelaars hebben zij gewoonlijk een ingangsstroom nodig die veel hoger is dan de uitgangsstroom.
De meest voorkomende lineaire regelaars komen uit de 78XX- en 79XX-reeks voor respectievelijk positieve en negatieve uitgangsspanningen. De XX staat voor vaste uitgangsspanningen van 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 of 24 volt. Om goed te kunnen werken, moeten de spanningsregelaars een ingangsspanning hebben die 2 tot 3 volt hoger ligt dan de gewenste spanning aan de uitgang. De maximumgrens voor de spanning aan de ingang wordt over het algemeen geacht 36 volt te zijn. Deze regelaars zijn verkrijgbaar voor opbouwmontage en in TO-92 en TO-220 behuizingen. Drie pinnen zijn beschikbaar voor aansluiting in TO-behuizingen: een ingang, een gemeenschappelijke GND en een uitgang.
Schakelspanningsregelaars
Schakelspanningsregelaars voeden de ingangsspanning aan een MOSFET- of bipolaire transistorschakelaar.
De gefilterde uitgangsspanning van de vermogensschakelaar wordt teruggevoerd naar een schakeling die de in- en uitschakeltijden van de vermogensschakelaar regelt met frequenties in het megahertz-bereik.
Dit levert een constante spanning aan de uitgang op, onafhankelijk van veranderingen in de ingangsspanning of de belastingsstroom.
AC/DC-Converters
In de overgrote meerderheid van de gevallen gebruiken elektronische apparaten die door het lichtnet worden gevoed spanningen en stromen in betrekkelijk lage bereiken.
In de regel zijn externe voedingen met hollestekkerkabels aan de uitgangszijde de eerste keuze.
Indien de netstroom echter rechtstreeks naar het apparaat moet worden geleid, zijn AC/DC-converters de beste keuze.
Zij zetten niet alleen de wisselstroom (AC) om in de nodige gelijkstroom (DC), maar bevatten ook complete regelaars voor een constante uitgangsspanning - en zij zijn zo klein en licht dat zij als SMD-componenten rechtstreeks op de printplaat kunnen worden gesoldeerd.
DC/DC-converters
Gangbare spanningsregelaars omvatten ook DC/DC-converters.
Het belangrijkste doel is om hogere gelijkspanningen om te zetten in lagere of omgekeerd.
In het ingangsbereik reikt de schaal tot 840 volt, in het uitgangsbereik tot 53 volt. De uitgangsstroom kan tot 40 ampère bedragen, het vermogen tot 500 watt.
Let in de eerste plaats op de nodige spanningen voor de ingang en de uitgang en op de nodige stroomsterkte.
Indien een PCB-voeding kan worden geïnstalleerd, zijn regelaars met een breed ingangsbereik voor 100 tot 240 volt de beste keuze. Gewoonlijk zijn deze componenten ook bifrequent ontworpen, zodat zij zowel op het 50 hertz- als op het 60 hertz-net kunnen werken. Indien een relatief hoog vermogensverlies te verwachten is - zoals vaak het geval is bij lineaire spanningsregelaars - moeten koellichamen worden gepland.
Welke verliezen treden op bij spanningsregelaars?
Verliezen in geschakelde spanningsregelaars ontstaan door de stroom die nodig is om de MOSFET aan en uit te schakelen, die verbonden is met de gate driver van de MOSFET. Bovendien treden er MOSFET-verliezen op omdat het omschakelen van de geleidende naar de niet-geleidende toestand een bepaalde tijd in beslag neemt. Verliezen treden ook op ten gevolge van de energie die nodig is om de capaciteit van de MOSFET-gate tussen de drempelspanning en de gate-spanning op te laden en te ontladen.
Het vermogensverlies van een lineaire spanningsregelaar is recht evenredig met de uitgangsstroom bij een gegeven ingangs- en uitgangsspanning. Dit betekent dat het typische rendement onder bepaalde omstandigheden en met niet-geoptimaliseerde componenten tot 80 procent of minder kan bedragen. De geluidsprestaties van een lineaire regelaar zijn echter veel lager dan die van een schakelende regelaar met dezelfde uitgangsspanning en stroomvereisten. In het algemeen kan de schakelende regelaar hogere stroombelastingen aansturen dan een lineaire regelaar.
Hoe regelt een spanningsregelaar zijn uitgang?
Schakelende spanningsregelaars hebben een gemiddelde nodig om hun uitgangsspanning te variëren als reactie op veranderingen in de ingangs- en uitgangsspanning. Eén benadering is het gebruik van pulsbreedtemodulatie, of PWM. Hij regelt de ingang van de bijbehorende vermogensschakelaar, die de inschakelduur dienovereenkomstig aanpast. In bedrijf wordt de gefilterde uitgangsspanning van de regelaar teruggevoerd naar de PWM-regelaar. Wanneer de gefilterde uitgangsspanning verandert, varieert de feedback naar de PWM-regelaar de duty cycle om een constante uitgangsspanning te handhaven.
Welke invloed heeft de schakelfrequentie op het gebruik van schakelende spanningsregelaars?
Hogere schakelfrequenties betekenen dat de spanningsregelaar kleinere spoelen en condensatoren kan gebruiken. Zij betekenen echter ook hogere schakelverliezen en meer ruis in de schakeling.
Waar moet ik op letten bij het gebruik van spanningsregelaars van het type 78XX en 79XX?
De lineaire spanningsregelaars 78XX en 79XX kunnen alleen een constante nominale uitgangsspanning leveren als de ingangsspanning ten minste 2,5 volt of meer bedraagt dan de uitgangsspanning. Een LM7809 kan bijvoorbeeld geen uitgangsspanning van 9 volt leveren wanneer hij door een 9 V batterij wordt gevoed.
De spanningsval ontstaat doordat deze regelaars zich in wezen gedragen als pseudo-weerstanden en het extra ingangsvermogen van de batterij afvoeren als warmte. Dit is natuurlijk niet erg efficiënt omdat de warmte moet worden afgevoerd met koellichamen of ventilatoren. Regelaars met hoge spanning en hoge stroom vereisen daarom grote koellichamen of het voortdurend gebruik van ventilatoren om stabiele temperatuurbereiken te verzekeren. Bovendien leveren hoge ingangsspanningen voor lage uitgangen - zoals een 24 volt ingang voor een LM7805 met een 5 volt specificatie, slechts een zeer pover rendement van ongeveer 20 procent op.