Rob's web

Home - Techniek - Electronica - Electronicabladen - Elex - Universeel voedingsrecept met de L48xx-serie

Universeel voedingsrecept met de L48xx-serie

De echte ouderwetse doe-het-zelvers vinden het misschien een beetje jammer. maar strikt genomen is het tegenwoordig niet meer lonend om een spanningsstabilisator nog met losse onderdelen op te bouwen. Zeker nu ook de low-drop-versie van de geïntegreerde driebenige spanningsregelaar zo langzamerhand gemeengoed is geworden. We werpen hier eens een wat nadere blik op die handige IC's.

De integratie in de elektronica gaat steeds verder en verder. Er worden hoe langer hoe komplexere schakelingen tot een minuskuul zwart blokje samengeperst. Wat er overblijft voor de technicus is het aansluiten van ingangs- en voedingsspanning en - zie daar - aan de uitgang van het blokje staat het gewenste uitgangssignaal in kant-en-klare vorm ter beschikking.

Of u dat nu handig vindt of juist saai, is een kwestie van smaak. Knutselaars van de oude stempel neigen tot het laatste, want voor hen blijft er langzamerhand steeds minder te knutselen over. Het gros van de elektronici is echter wat pragmatischer ingesteld en is niet van plan om uren lang met losse onderdelen te gaan knoeien, als hetzelfde resultaat ook met een IC'tje te bereiken valt.

Bij gestabiliseerde voedingen is de verschuiving van diskrete naar geïntegreerde techniek wel heel duidelijk. Tot voor luttele jaren geleden werden die dingen nog nagenoeg altijd diskreet opgebouwd - zeker als er nogal wat eisen werden gesteld aan zaken als stabiliteit, kortsluitvastheid, etc. Tegenwoordig is het eigenlijk precies omgekeerd: zowel de amateur als professionele elektronicus grijpt automatisch naar een geïntegreerde regelaar. Alleen als de voeding aan heel specifieke wensen moet voldoen, dan worden de losse onderdelen voor de dag gehaald en stapt men over op een diskrete aanpak.

Een kwestie van "drop"

Met name de "driebenige" regelaars uit de 78xx-serie zijn in korte tijd uitgegroeid tot zeer populaire elektronica-komponenten. Ze zijn natuurlijk ook verleidelijk gemakkelijk in het gebruik: slechts twee kondensatoren aansluiten, ruwe gelijkspanning er in, gestabiliseerde spanning er uit. Klaar! De 78xx-regelaars zijn te krijgen in verschillende vaste spanningen, ze leveren een prima gestabiliseerde uitgangsspanning, zijn kortsluitvast en voorzien van tal van inwendige beveiligingen. Kortom, ze zijn bijna ideaal, op een klein hebbelijkheidje na: ze geven een spanningsval (voltage drop) van 3 volt. De ingangsspanning dient dus altijd minimaal 3 volt hoger te zijn dan de gestabiliseerde uitgangsspanning.

Dat lijkt in eerste instantie misschien niet zo veel, toch vormt die 3 volt in de praktijk vaak een struikelblok. Niet zozeer bij de konstruktie van een gewone netvoeding, maar wel als het er om gaat een batterij gevoed apparaat inwendig van een spanningsstabilisatie te voorzien. En dat is iets dat regelmatig voorkomt.

Als u bijvoorbeeld een apparaat hebt dat draait op een batterijspanning van 9 volt (zes penlights), dan zult u de zaak inwendig hooguit op 6 volt kunnen stabiliseren. In de praktijk lukt zelfs dat niet, omdat na korte tijd de batterijspanning reeds onder de nominale waarde van 9 volt zal zijn gezakt en dan is de marge meteen al te klein. Dat houdt in dat we ons moeten beperken tot een 7805 en met een gestabiliseerde spanning van 5 volt genoegen moeten nemen. Zelfs dan is de speelruimte nog krap!

Al met al een tamelijk onbevredigend gedoe en dat is dan ook de reden dat in die gevallen dat een lage spanningsval (low drop) over de stabilisator gewenst is, deze uit armoede toch vaak maar diskreet werd opgebouwd. Als de stabilisatie-eisen niet al te hoog zijn, dan kan de opzet van zo'n schakeling tamelijk simpel blijven; zo bestond de voor een halogeenlampje bedoelde low-drop stabilisator uit het decembernummer uit welgeteld een transistor, een zenerdiode en een weerstand. Stelt men wat meer eisen, dan neemt de omvang van de schakeling al gauw onplezierige vormen aan. Snel ontstaat er bij de meeste knutselaars dan een hevige behoefte aan een low-drop regelaar in dezelfde handige, geïntegreerde vorm als de 78xx-serie.

48 kontra 78

Zo'n low-drop ekwivalent van de 78xx-serie bestaat wel degelijk. Sinds geruime tijd zelfs, alleen zijn deze typen tot voor kort eigenlijk nauwelijks uit de schaduw getreden van hun populaire broertjes. Dat is jammer, want ze verdienen beter. Waar wij op doelen is de L48xx-serie. Dat zijn spanningsregelaars met globaal dezelfde eigenschappen als de 78xx-typen, maar met een beduidend lagere spanningsval tussen in- en uitgang: namelijk 0,4 V. Figuur 1 geeft het inwendig blokschema van zo'n regelaar. Hierin vinden we dezelfde elementen terug als bij een 78xx-type ("foldback"-stroombegrenzing, thermische beveiliging, etc.). Hoe is de lagere voltage-drop bereikt? Wel, het voert te ver om dat in detail te bekijken, maar een vergelijk met het inwendig schema van de 78xx leert dat de opzet toch wezenlijk anders is, met als belangrijkste verschil dat hier een PNP-serietransistor is gebruikt in plaats van een NPN-type. Waarom wordt deze opzet dan niet altijd gehanteerd, zal menigeen zich afvragen. Tja, zoals meestal, heeft de medaille ook een keerzijde. Het toepassen van een PNP-serietransistor heeft als konsekwentie dat de basisstroom van deze transistor naar massa afvloeit, waardoor de ruststroom altijd hoger is dan bij een gewone regelaar. Tijdens het "opstarten" (als de uitgangsspanning nog niet hoog is) kan die basisstroom kortstondig wel tot zo'n 100 mA oplopen. Erg is dat niet, maar het stelt wel eisen aan de trafo, batterijen of akku's; wanneer als gevolg van deze inschakelstroom de ingangsspanning te veel zou dalen, wordt namelijk nooit een stabiele toestand bereikt en blijft het opstarten eeuwig doorgaan.

Figuur 1. Hoewel het inwendige van een L48xx-regelaar qua funktie aardig overeenkomt met een 78xx, is een en ander hier zo opgezet dat de spanningsval tussen in- en uitgang slechts 0,4 V bedraagt in plaats van 3 V.

Nog een nadeel van de L48xx is dat de maximale uitgangsstroom een stuk lager is dan die van de 78xx. In de praktijk weegt dat nadeel echter niet zo zwaar, want met 400 mA is deze stroom nog altijd ruim voldoende voor 95% van alle denkbare toepassingen.

Spanningsomzetter

De L48xx-serie is pin-compatible met hun 78xx-broertjes. Dat maakt dat ze ook in bestaande schakelingen direkt als vervanging kunnen worden gebruikt, als de "high drop" van de gemonteerde 78xx-regelaar soms problemen mocht geven. Op dit moment telt de serie vier leden, met uitgangsspanningen van resp. 5 V, 8,5 V, 10 V en 12 V. Er schijnt ook een 9,2-V-versie op komst te zijn, maar daarover ontbreekt ons nog nadere informatie. Terwijl de 78xx eigenlijk een klassieke stabilisator is voor "gewone" netvoedingen, ligt de kracht van de L48xx eerder in het gebruik als een soort van "spanningomzetter". Dus in toepassingen waarbij de ene gelijkspanning met liefst zo min mogelijk verlies moet worden omgezet in een andere. Omdat we daarbij - zoals gezegd - in eerste instantie aan batterijgevoede schakelingen en apparaten denken, hebben we daarvoor in figuur 2 een toepassingsopzetje getekend. In de bijbehorende tabel is aangegeven welk type regelaar men moet gebruiken en welke (standaard)batterij spanning nodig is voor de desbetreffende uitgangsspanning. Waarschijnlijk behoeft figuur 2 nauwelijks nader kommentaar. Alleen nog even een opmerking over de 12-V-versie. Natuurlijk heeft een L4812 niet genoeg aan een ingangsspanning van 12 V. Met een 12 V loodakku lukt het echter wel, want die bezit in geladen toestand een (onbelaste) klemspanning van 13,8 V.

Figuur 2. Deze drie komponenten volstaan om een gegeven batterijspanning om te zetten in een gestabiliseerde uitgangsspanning.

Universeel recept Uiteraard leent de L48xxserie zich ook prima om er een gewoon huis-tuin-enkeuken netvoedinkje mee te maken. Daarom hebben we ook daarvoor een recept gemaakt. Figuur 3 geeft het schema en de bijbehorende tabel laat ditkeer zien welke trafospanning nodig is. Net als in figuur 2 hebben we dit niet op eentiende volt nauwkeurig gespecificeerd, want daar schiet niemand iets mee op. We zijn gewoon uitgegaan van de gangbare trafospanningen. Het voordeel van het lowdrop-karakter van de L48xx-serie is in de toepassing van figuur 3 wat minder duidelijk aanwezig, aangezien we nu niet alleen rekening moeten houden met de spanningsval over de regelaar, maar ook met de optredende rimpelspanning. Die laatste is nu eenmaal inherent aan het gebruik van een gelijkrichter. Om u een "foolproof" voedingsrecept te presenteren, hebben we de marges bewust niet te krap genomen. Om dezelfde reden hebben we C1 en C2 zodanig ruim bemeten dat de voeding ook bij de maximale uitgangsstroom nooit in "ademnood" raakt.

Figuur 3. De L48xx-serie leent zich natuurlijk ook uitstekend voor de opbouw van een gewone netvoeding.

Onderdelenlijst

C1	2200 µF/25 V radiaal
C2	220 µF/25 V
IC1	L48xx
B1	bruggelijkrichter BY 164
K1,K2	printkonnektor 2-polig
koellichaam voor IC1: bijv. SK09
nettrafo 0,5 A zie figuur 3

Nog een praktische opmerking. De L48xx verdraagt geen hogere ingangsspanning dan 26 V. Dat houdt in dat de trafospanning beslist niet hoger mag zijn dan 17 V. Houd daar goed rekening mee, als u tenminste de regelaar voor een voortijdige snelle dood wilt behoeden!

Bouwen maar!

Het gaat hier weliswaar om een simpele schakeling, maar om aspirant-zelfbouwers niet helemaal in de kou te laten staan, hebben we voor de opzet van figuur 3 toch maar printontwerpje gemaakt.

Figuur 4 laat zien dat een en ander royaal op een experimenteerprintje formaat 1 past. Omdat een elko van 2200 pF (C1) nogal volumineus is, hebben we die maar rechtop gezet. C2 is wat bescheidener met zijn ruimte-eisen en daarvoor is dan ook gewoon een axiaal type toegepast. Als men de voeding tot de maximale uitgangsstroom van 400 mA wil gebruiken, is het aan te bevelen om het stabilisator-IC van een bescheiden koellichaam te voorzien; een SK09 of een ander gelijksoortig type voldoet prima.

Figuur 4. Op een experimenteerprintje formaat-1 valt volgens de opzet van figuur 3 een lekker kompakt voedinkje op te bouwen. Een klein koellichaam maakt dat u bij alle uitgangsstromen "safe" zit.

Tot slot nog iets om in de gaten te houden: Als gevolg van de onvermijdelijke verliezen die ontstaan bij het afvlakken van een ruwe (pulserende) gelijkspanning, dient een transformator altijd wat meer stroom te kunnen leveren dan de gewenste uitgangsstroom van de voeding. Daarom moet in dit geval een trafo van minimaal 500 mA worden gebruikt.