delta V bei 7812

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delta V bei 7812

Neuer Beitragvon Axel am Donnerstag 16. Februar 2006, 12:59

Hallo zusammen

Ich habe zwei Fragen zu Festspannungsreglern:

1. bei einem Festspannungsregler soll die das delta V ja mindestens 3 Volt betragen. Wie hoch darf es maximal sein?

2. Ich muss eine Gleichspannung von 24 V DC auf 12 V DC reduzieren. Es fließt ein Strom von ca. 900 mA. Kann ich da ohne Probleme einen 7812 verwenden? Wie muss ich den Regler kühlen? Aktiv oder reicht Passiv?


Viele Fragen. Aber schon mal danke fpr die Antworten.


Gruß Axel
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Neuer Beitragvon Stromus am Donnerstag 16. Februar 2006, 16:46

1. so groß, dass die max Verlustleistung nicht überschritten wird

2. Verlustleistung = (24V-12V)*0,9A = 10,8 (habe vergessen) Watt!

Betrachte das Datenblatt, ob der Baustein das kann
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Neuer Beitragvon anders am Donnerstag 16. Februar 2006, 21:10

delta V ja mindestens 3 Volt betragen. Wie hoch darf es maximal sein?

Das steht im Datenblatt. Und auch die Messbedingungen.
Meist ist aber die maximale Eingangsspannung angegeben, die bei 78er-Typen bis 18V i.d.R. bei 35V liegt.
Da der Regler kurzschlußfest ist, ist das auch das maximale delta V.

Du solltest daraus aber nicht schließen, daß es bei einem 7812 erlaubt ist z.B. +20V am Eingang und -15V am Ausgang zu haben.
Das könnte ins Auge gehen.

Mit der maximalen Verlustleistung hat das aber nichts zu tun, denn gegen thermische Überlast schützt der Regler sich, indem er den Strom herabregelt.
Gegen Überspannung hingegen kann er sich nicht schützen.
anders
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Neuer Beitragvon Axel am Donnerstag 16. Februar 2006, 22:45

Stromus hat geschrieben:1. so groß, dass die max Verlustleistung nicht überschritten wird

2. Verlustleistung = (24V-12V)*0,9A = 10,8 (habe vergessen) Watt!

Betrachte das Datenblatt, ob der Baustein das kann
Wenn ich ehrlich bin, verstehe ich das nicht ganz. In den Datenblatt steht etwas von 15 °C/W. Bedeutet das dann, das bei ca. 11 W die Temperatur um ca. 165 C° ansteigt?

Wie ermittel ich, ob ein passiver oder aktiver Kühler benötigt wird?

Ist es richtig, das ein Festspannungsregler sich selbst in der Temperatur begrenzt?


Danke.


Gruß

Axel
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Neuer Beitragvon anders am Freitag 17. Februar 2006, 00:05

Ist es richtig, das ein Festspannungsregler sich selbst in der Temperatur begrenzt?

Du solltest das nicht so verallgemeinern, viele tun es, manche nicht. Das hängt vom Typ ab.
Für den 7812 aber trifft es zu. Irgendwo um 140°C (nominell bei 125°C ) reduziert er den Strom um eine Überhitzung zu vermeiden.



das bei ca. 11 W die Temperatur um ca. 165 C° ansteigt?
Ja, und da du bei einer Umgebungstemperatur im Gerät von vielleicht 45°C anfängst, würde der Chip 210°C heiß werden. Deutlich zuviel !
Zum Glück verhindert er das wie oben beschrieben, so daß die maximale ausnutzbare Verlustleistung sich zu (125-45)/15 = 5,3 W errechnet.
Der Weg sie zu erhöhen führt über die Verringerung des thermischen Widerstandes, was man durch größere Gehäuse, Kühlkörper und Gebläse oder Wasserkühlung erreichen kann.

Der thermische Widerstand zwischen Sperrschicht und Montageflansch des 7812 im TO-220 Gehäuse ist aber mit 5K/W angegeben, sodaß für 11W dieses Blech 70°C heiß werden dürfte.
Für den Übergang Gehäuse - Kühlkörper kannst du nochmal 1K/W rechnen, sodaß für den Kühlkörper ein Wärmewiderstand von etwa (59-45)/11 = 1,3 K/W zulässig wäre.

Tip:
Man kann die Situation entschärfen indem man zwei Regler, einen für 18V und einen für 12V hintereinanderschaltet. Dann muß jeder nur 6V bzw 5,4W verheizen. Man darf sie auch auf ein gemeinsames Kühlblech setzen. Wie man das berechnet, weißt du ja jetzt.

Theoretisch könnte man auch anstelle des 18V-Reglers einen Vorwiderstand verwenden, aber das ist nicht wirklich billiger aber elektrisch ungünstiger.
anders
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Neuer Beitragvon Stromus am Freitag 17. Februar 2006, 11:42

@Axel

das Datenblatt von Deinem Regler habe ich nicht betrachtet. Wenn Du das postest werde ich das aber tun.

Anders hat Recht. Prinzipiell schützen sich die Regler gegen thermische Überlastung selbst, aber nicht alle Regler besitzen diese Eigenschaft und in so einem Fall darfst Du selber darauf achten, welche Verlustleistung sich entwicklet. Das nur für den Fall, dass Du doch gedenkst eine andere Type einzusetzen, die diese Eigenscahft nicht hat.

Zum Glück verhindert er das wie oben beschrieben, so daß die maximale ausnutzbare Verlustleistung sich zu (125-45)/15 = 5,3 W errechnet.


Das ist etwas weniger als die Hälfte von dem, was sich in Deinem Fall entwickelt:

2. Verlustleistung = (24V-12V)*0,9A = 10,8 (habe vergessen) Watt!


Das bedeutet folgendes:

Die 10,8W geteilt auf zwei Regler ergeben immer noch im besten Fall 5,4W, was immer noch mehr als der vom Anders errechnete Wert darstellt. Das wird Deine zwei Regler gut erhitzen. In diesem Fall musst Du wirklich betrachten, ob die Eingangsspannung = 24V nicht größer werden kann (=> die Situation würde sich noch mehr verschlimmern) und die Umgebungstemperatur nicht über 45° wächst, um sicher zu gehen, dass Deine Schaltung funktioniert.

Die Lösung mit den Widerständen (Parallelschaltung) ist auch brauchbar, weil sie Deinen Regler entlasten können. Allerdings müssen die Widerstände die Leistung abkönnen.

Bei 0,9A, Eingangsspannung 24V (Annahme: die 24V werden bei Belastung nicht kleiner) Ausgangsspannung = 12V
hast Du 10,8W Nutzleistung und 10,8W Verlustleistung. Eine Aufteilung wäre: z.B. 4W für den Regler und den Rest für die Widerstände = 6,8W. Damit die Widerstände Deinen maximalen Strom zulassen, sollte der Gesamtwert also nicht größer als 6,8W/(0,9A x 0,9A) = 8,4Ohm sein.

Warum brauchst Du eigentlich eine stabile Spannung?
Stromus
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Neuer Beitragvon anders am Freitag 17. Februar 2006, 12:02

Die 10,8W geteilt auf zwei Regler ergeben immer noch im besten Fall 5,4W, was immer noch mehr als der vom Anders errechnete Wert darstellt. Das wird Deine zwei Regler gut erhitzen.

Wieso sind deine 5,4W mehr als meine 5,4W :?:

Der Nutzen die Leistung auf zwei Regler zu verteilen besteht darin, daß man den thermischen Widerstand zwischen Kristall und Kühlkörper halbiert.
Der Kühlkörper darf dann um einiges wärmer werden, braucht also nicht so groß zu sein.
anders
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Neuer Beitragvon Stromus am Freitag 17. Februar 2006, 12:54

Ist glaube ich nicht so wichtig, ob jetzt 5,3 oder 5,4W. Nach Deiner Berechnung kommen 5,3W und nach dem was die Verlustleistung beträgt wären 5,4W/Regler. Das ist zumindest dicht an der Grenze und wahrscheinlich noch nicht Worst-Case
Er verteilt nicht etwa 5,4W auf zwei Regler, sondern 10,8W. Ob er jetzt zwei Regler oder Widerstände nimmt ist seine Entscheidung. Wie gesagt ich habe das Datenblatt nach wie vor nicht gelesen, sondern erst mal prinzipiell überschlagen
Stromus
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Neuer Beitragvon anders am Freitag 17. Februar 2006, 15:00

Ich habe hier ein Datenblatt von TSC und darin werden die 15K/W, aus denen die 5,3W resultieren, in Zusammenhang mit einem nicht näher beschriebenen ("follow the derating curve") Kühlkörper erwähnt (und das auch noch falsch).
Dieser Wert nützt Axel also nicht viel.

Der Wärmewiderstand des "nackten" Reglers im TO-220 Gehäuse liegt bei 65K/W.
anders
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Neuer Beitragvon Axel am Freitag 17. Februar 2006, 15:39

Hallo

Ich danke alles für die Antworten.


Heute war ich bei meine Elektronikdealer des Vertrauens. Er hatte noch zwei Lösungen für mich.

1. 2 78S12 Parallel schalten

2. mit einem 7812 die Basis eines Leistungstransistors (2N3055) ansteuern. Er meinte, am Kollektor müßte man dann eine Spannung von 12 VOlt erhalten.


Was haltet ihr davon?


Gruß Axel
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Neuer Beitragvon Axel am Freitag 17. Februar 2006, 15:42

Stromus hat geschrieben:@Axel

das Datenblatt von Deinem Regler habe ich nicht betrachtet. Wenn Du das postest werde ich das aber tun.

Anders hat Recht. Prinzipiell schützen sich die Regler gegen thermische Überlastung selbst, aber nicht alle Regler besitzen diese Eigenschaft und in so einem Fall darfst Du selber darauf achten, welche Verlustleistung sich entwicklet. Das nur für den Fall, dass Du doch gedenkst eine andere Type einzusetzen, die diese Eigenscahft nicht hat.

Zum Glück verhindert er das wie oben beschrieben, so daß die maximale ausnutzbare Verlustleistung sich zu (125-45)/15 = 5,3 W errechnet.


Das ist etwas weniger als die Hälfte von dem, was sich in Deinem Fall entwickelt:

2. Verlustleistung = (24V-12V)*0,9A = 10,8 (habe vergessen) Watt!


Das bedeutet folgendes:

Die 10,8W geteilt auf zwei Regler ergeben immer noch im besten Fall 5,4W, was immer noch mehr als der vom Anders errechnete Wert darstellt. Das wird Deine zwei Regler gut erhitzen. In diesem Fall musst Du wirklich betrachten, ob die Eingangsspannung = 24V nicht größer werden kann (=> die Situation würde sich noch mehr verschlimmern) und die Umgebungstemperatur nicht über 45° wächst, um sicher zu gehen, dass Deine Schaltung funktioniert.

Die Lösung mit den Widerständen (Parallelschaltung) ist auch brauchbar, weil sie Deinen Regler entlasten können. Allerdings müssen die Widerstände die Leistung abkönnen.

Bei 0,9A, Eingangsspannung 24V (Annahme: die 24V werden bei Belastung nicht kleiner) Ausgangsspannung = 12V
hast Du 10,8W Nutzleistung und 10,8W Verlustleistung. Eine Aufteilung wäre: z.B. 4W für den Regler und den Rest für die Widerstände = 6,8W. Damit die Widerstände Deinen maximalen Strom zulassen, sollte der Gesamtwert also nicht größer als 6,8W/(0,9A x 0,9A) = 8,4Ohm sein.

Warum brauchst Du eigentlich eine stabile Spannung?

Ich will damit eine Digitale Uhr versorgen. Es steht mir ein 24 V 10 A Netzgerät zu verfügung. Deshalb muss ich irgendiwe auf eine Spannung von 12 V kommen.


Gruß Axel
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Neuer Beitragvon Stromus am Freitag 17. Februar 2006, 18:18

@Anders

in diesem Fall kommt eine viel kleinere zulässige Verlustleistung zustande als 5W. Wie auch immer 10,8W soll er wegbekommen.

@Axel

2 Regler parallel schalten ist keine gute Lösung

2. mit einem 7812 die Basis eines Leistungstransistors (2N3055) ansteuern. Er meinte, am Kollektor müßte man dann eine Spannung von 12 VOlt erhalten.


Diese Variante ist ein nachgeschalteter Transistor in Emitterschaltung. Das geht nicht, weil der Ausgangswiderstand im Kollektorkreis zu groß wird => nicht belastbar. Das ist übrigens auch keine Spannungsquelle.
Lösung: Transistor in Kollektorschaltung. Man nennt diese Lösung auch Bypass. Damit wären wir an dem Punkt, dass Du Dir selber den Regler zuschneidest. In diesem Fall wird der Transistor keinen thermischen Schutz haben => Dimensionierung auf maximale Verlustleistung ist zu beachten.

Eleganter und vom Wirkungsgrad auf jeden Fall besser wäre ein Tiefsetzsteller (Step down oder Buck-Converter).
Stromus
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Neuer Beitragvon Axel am Samstag 18. Februar 2006, 05:18

Stromus hat geschrieben:@Anders

in diesem Fall kommt eine viel kleinere zulässige Verlustleistung zustande als 5W. Wie auch immer 10,8W soll er wegbekommen.

@Axel

2 Regler parallel schalten ist keine gute Lösung

2. mit einem 7812 die Basis eines Leistungstransistors (2N3055) ansteuern. Er meinte, am Kollektor müßte man dann eine Spannung von 12 VOlt erhalten.


Diese Variante ist ein nachgeschalteter Transistor in Emitterschaltung. Das geht nicht, weil der Ausgangswiderstand im Kollektorkreis zu groß wird => nicht belastbar. Das ist übrigens auch keine Spannungsquelle.
Lösung: Transistor in Kollektorschaltung. Man nennt diese Lösung auch Bypass. Damit wären wir an dem Punkt, dass Du Dir selber den Regler zuschneidest. In diesem Fall wird der Transistor keinen thermischen Schutz haben => Dimensionierung auf maximale Verlustleistung ist zu beachten.

Eleganter und vom Wirkungsgrad auf jeden Fall besser wäre ein Tiefsetzsteller (Step down oder Buck-Converter).


Das sagt mir leider nichts. Wie würde die Schaltung aussehen?

Warum ist ist es keine gute Lösung zwei Regler parallel zu schalten?



Gruß Axel
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Neuer Beitragvon selfman am Samstag 18. Februar 2006, 16:49

Warum ist ist es keine gute Lösung zwei Regler parallel zu schalten?

Weil die beiden Regler nie ganz gleich hohe Ausgangspannung haben werden. Daher wird sich auch die Last nie gleichmässig auf die Regler verteilen.
Die Regler messen sehr akurat die Spannung am Ausgangspin, vergleichen sie mit der internen Referenz und stellen danach den Längstransitstor der ja die Verbindung zwischen Ein- und Ausgang schafft.
Wenn jetzt aber der Regler mit der etwas niedrigeren Spannung die etwas höhere des anderen Reglers zu "spüren" bekommt, dreht dieser den "Stromhahn"zu was dazu führt, daß der Regler mit der höheren Spannung die ganze Last übernimmt, während der andere Dämchen dreht.

Gruß Selfman
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Neuer Beitragvon Stromus am Samstag 18. Februar 2006, 18:39

@Axel

im Moment habe ich einige technische Schwierigkeiten und habe auch kein Zeichenprogramm zur Verfügung. Die Antwort muss bis Montag warten. Es sei denn jemand erkärt es an meiner Stelle und/oder geht auf z.B die Seite von Microelectronics und sucht nach "Power Supplies" (DC-DC Converters) und/oder:

http://www.st.com/stonline/stappl/produ ... 100%202006

es handelt sich hier um "Step down Converter (Tiefsetzsteller)".

In Deinem Fall kommt der Wirkungsgrad auf unter 50%, wenn Du einen Linearregler verwendest (10,8W Nutzleistung und 10,8W Verlustleistung). Mit einem Step-Down kommst Du je nach Lösung bis sogar 96% Wirkungsgrad. Es macht keinen Sinn den Strom zu verschenken.
Dafür gibt es 2 Möglichkeiten:

1. Du baust die Schaltung selber
2. Dein Elektronikhändler bietet Dir eine fertige Lösung unter 15€ über einen Step-Down. Dafür brauchst Du nur die Daten anzugeben:

Eingangsspannung --> entweder 24V vom Trafo, oder Netzspannung, wenn Du den Trafo für andere Sachen benötigst
Strom: 0.9A
Ausgangsspannung 12V, wenn Deine Uhr wirklich diese Spannung benötigt.
Stromus
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