kurs-zasilania-3

Stabilizatory liniowe nieregulowane

3. Przykładowy układ ze stabilizatorem 7805

W tym punkcie skupimy się na:

  • policzeniu sprawności energetycznej
  • policzeniu prądu spoczynkowego
  • policzeniu i zmierzeniu temperatury złącze-obudowa
  • stratach mocy

schemat-7805

Jako układ testowy zmontujemy sobie taki jak na schemacie powyżej i na samym początku zobaczymy jak wygląda stabilizacja napięcia bez podłączonego obciążenia:

Uwe [V] Uwy [V] Uwe [V] Uwy [V]
5 4,180 10 5,00
6 5,00 11 5,00
7 5,00 12 5,00
7,5 5,00 13 5,00
8 5,00 14 5,00
9 5,00 15 5,00

Jak widzimy, bez obciążenia układ osiąga swoje napięcie stabilizacji już przy 6V napięcia wejściowego. Zobaczymy zatem jak będzie zachowywać się układ z obciążeniem. Jako obciążenie zastosowałem dwa rezystory połączone równolegle dające sumarycznie rezystancję rzędu 12,7 ohma oraz napięcie wejściowe równe 7,5V:

P70219-225020

Uwe [V] Uwy [V] Iwy [V]
5 3,220 0,270
6 4,280 0,340
7 4,990 0,390
7,5 4,990 0,390
8 5,00 0,390
9 5,00 0,390
10 5,00 0,390
11 5,00 0,390
12 5,00 0,390
13 5,00 0,390
14 5,00 0,390
15 5,00 0,390

Otrzymane wyniki pokazują, że stabilność napięcia wyjściowego przy obciążeniu, uzyskujemy dopiero przy napięciu 7,5 – 8V, gdzie bez obciążenia taką wartość już otrzymywaliśmy już na poziomie 6V napięcia wejściowego.

Zatem policzmy sprawność energetyczną naszego stabilizatora- wiedząc, że cały układ wraz z obciążeniem pobiera 0,4A przy napięciu 7,5V- ze znanego już nam z poprzedniej części wzoru:

sprawnosc-wzor

spranwosc-punkt4

Wynik 65% jest całkiem satysfakcjonujący w porównaniu z tym poprzedniej części, nie mniej jednak widzimy, że największy straty na sprawności powoduje Dropout Voltage, które u nas wynosi dobre 2,5V.

Zajmijmy się teraz prądem spoczynkowym. Jeżeli wiemy że nasze obciążenie pobiera 0,39A, a cały nasz układ pobiera 0,40 A to możemy łatwo stwierdzić, że prąd spoczynkowy będzie wynosić około 10mA ponieważ:

prad-spoczynkowy-przyklad4

Przybliżenie bierzemy ze względu na nie za dużą dokładność miernika

Pozostało nam już policzenie temperatury wydzielanej przez stabilizator napięcia. Dla przypomnienia nasza obudowa to TO-220, a temperatura otoczenia to 25*C:

temperatura-przyklad4

Otrzymany wyniki jest bardzo bliski naszego zmierzonego, który wynosi 82*C zatem jak widać obliczenia są bardzo zbliżone do zmierzonego wyniku.

Pozostał nam jeszcze punkt dotyczący strat mocy. Policzymy ile mocy tracimy, aby stabilizator „wytworzył” ważne dla nas warunki, czyt. stabilizowane napięcie niezmienne od obciążenia. W tym celu odejmiemy od siebie moc dostarczoną do urządzenia, od mocy otrzymanej na wyjściu stabilizatora:

Pstrat-przyklad4

Zatem jak widzimy, wartość straconej mocy wnosi ok. 1,05W. Przeanalizujmy co wpływa na taką stratę mocy. Przede wszystkim duże napięcie dropout voltage, o którym już mówię już któryś raz w tej części. Dodatkowe 2V generują bardzo dużą stratę energii w urządzeniu o tak niskim poborze energii. Dodatkową kwestią, ale bardziej poboczną jest prąd spoczynkowy, który dla naszego układ wynosi ok. 10mA. Zatem pomyślmy co możemy zrobić aby zniwelować straty… Pierwsze co powinno przyjść do głowy to spróbować zmniejszyć wartość dropout voltage. Tylko jak, skoro producent przewiduje daną wartość Vd dla naszego stabilizatora. Wyjście jest tylko jedne- zmienić stabilizator napięcia. Wiem, że może brzmi to banalnie ale tym razem zmienimy ten zwykły stabilizator na stabilizator LDO.