Spannungsregler spezial: Das 78xx-, LM317- und ... - HTL Wien 10

LM2941) auf einem relativ niedrigen Wert von 30 mA. Unterhalb dieser 9 VDC steigt der Ruhestrom
drastisch an und erreicht das erste Maximum von 120 mA bei etwa 7 VDC. Das zweite Maximum von
etwas mehr als 130 mA wird bei etwa 6 VDC erreicht und steigt bei weniger Dropout-Spannung nicht
mehr weiter an. Unterhalb von etwa 4 VDC fällt der Ruhestrom wieder drastisch ab. Allerdings ist dies
der Bereich, bei dem keine Spannungsregelung mehr stattfindet, denn bei 5.5 VDC ist das Ende der
Fahnenstange erreicht. Die Dropout-Spannung von 0.5 VDC darf bei einem Laststrom von 1 A nicht
unterschritten werden. Hinzu kommt, dass diese 0.5 VDC nur für eine Chiptemperatur von 25 Grad
Celsius gilt, was ziemlich unrealistisch ist. Bei 80 Grad Celsius sind es 0.6 VDC und bei 120 Grad
Celsius 0.7 VDC.
Beim LM317 ist bei einem Strom von 1 A bereits bei einer Dropout-Spannung von 2 VDC das Ende
der Fahnenstange erreicht. Dafür bleibt der Eigenstromverbrauch vernachlässigbar gering wenn große
Lastströme fließen, weil eine NPN-Darlingtonstufe (siehe Bild 1: T1/T2) eine sehr hohe
Stromverstärkung hat, dafür aber als Nachteil eine verhältnismäßig große Dropout-Spannung in Kauf
genommen werden muss. Warum es in integrierten Spannungsreglern keine komplementären
Darlingtons, bestehend aus NPN- und PNP-Transistoren, gibt, die geringere Dropoutspannungen
zulassen, entzieht sich meinen Kenntnissen. Mehr zu dieser Art von Darlingtonschaltungen, liest man
in den beiden folgenden Elektronik-Minikursen:
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• Darlingtonschaltungen bestehend aus NPN- und PNP-Transistoren.
• Einfaches Labornetzteil mit NPN-Komplementärdarlingtonstufe
Lowdropout mit Power-MOSFET
Dieses Thema soll dieser Elektronik-Minikurs abrunden. Es gibt moderne integrierte Lowdropout-
Spannungsregler, welche Power-MOSFETs enthalten. Wer sich dafür interessiert, möge das
Datenblatt der speziellen Ultra-Lowdropout-Spannungsregler der Typen LP3961 bis LP3964 lesen.
Diese Spannungsregler erlauben einen maximalen Ausgangs-Laststrom von 800 mA und dies bei
einer Dropout-Spannung von typisch bloß 240 mVDC. Bei 80 mA sind es nur 24 mVDC. Es fällt dabei
sogleich auf, dass wir es mit dem Kanalwiderstand eines MOSFET zu tun haben, weil zwischen Strom
und Dropout-Spannung ein lineares Verhältnis besteht. Dazu kommt, dass unabhängig vom Laststrom
und von der Dropout-Spannung stets der selbe geringe Eigenstrom von typisch 4 mA fließt. Der Fall
ist klar, ein MOSFET braucht eine Steuerspannung und keinen Steuerstrom. Wird der
Spannungsregler abgeschaltet reduziert sich der Eigenverbrauch auf gerade noch 15 µA (Shutdown-
Mode). Bild 7 erläutert das Prinzip der Spannungsregelung mit einem Power-MOSFET:
T1 ist ein P-Kanal-MOSFET des Anreicherungstyps. Das heißt, erst dann wenn die Gate-Source-
Spannung UGS einen gewissen Wert überschreitet, beginnt dieser Transistor zu leiten. Weil es ein P-
Kanal-MOSFET ist, muss die Spannung des Gate (G) stets negativ zur Source (S) sein. Und so
funktioniert die Regelung der Ausgangspannung Ua:
Reduziert sich Ua auf Grund eines spontan steigenden Laststromes am Ausgang Ua oder einer