Пример стабилизации напряжения на LM317
Допустим надо подать на микросхему 12 вольт и отрегулировать его до 5. Исходя из формулы, приведенной выше, для того, чтобы LM317 выдал 5 вольт и выступал в роли регулятора напряжения, значение R2 должно быть 720 Ом.
Соберите указанную выше схему. Затем с помощью мультиметра проверьте выходное напряжение, поместив его щупы на конденсатор емкостью 1 мкФ. Если схема собрана правильно, то на её выходе будет около 5 вольт.
Теперь замените резистор R2 и установите на его место номинал со значением 1,5 кОм. Теперь на выходе должно быть около 10 В. Это преимущество этих миросхем. Вы можете настроить их на любое напряжение в пределах диапазона, указанного в его характеристиках.
Принцип работы
Соберем простой стабилизатор напряжения используя LM317 согласно схеме.
Подключим на вход Vin источник постоянного питания. Как уже было написано ранее, к этим контактам надо подать входное напряжение, которое микросхема затем понизит в зависимости от нагрузки. Оно должно быть больше, чем на выходе.
Допустим используя эту схему надо получить 5 В нагрузке. Следовательно, на вход Vin надо подать больше чем 5 вольт. Как правило, если микросхема LM317, не является регулятором с малым падением надо, чтобы входное напряжение примерно на 2 вольта было выше выходного. Поскольку мы хотим 5 вольт на выходе, мы подадим к регулятору 7 вольт.
Контакт Adj позволяет отрегулировать напряжение на выходе до уровня, который мы хотим.Рассчитаем, какое значение сопротивления R2 даст на выходе устройства 5 вольт. Используя формулу для выходного напряжения можно узнать значение сопротивления R2.
Так как сопротивление R1 равно 240 Ом, а выходное напряжение равно 5 В, то R2 согласно формуле будет равно 720 Ом. Таким образом, при значении R2 =720 Ом, LM317 будет выдавать 5 В, при подаче на её вход более 5 Вольт.
Драйвер тока
Драйвер тока (LED Driver) поддерживает ток и напряжение в цепи нагрузки в независимости от поданного на него постоянного питания. Известно, что светодиод является полупроводниковым прибором, который следует запитать током, указанным в характеристиках светодиода.
Используя схему стабилизации как показано в DataSheet можно собрать на LM317 простую схему драйвера тока.
Для ее работы зная потребляемый светодиодом ток, необходимо подобрать сопротивление подстроечного резистора R1. У маломощных светодиодов ток потребления составляет порядка 20 мА или 0,02 А. Для подбора необходимого сопротивления используют формулу, где Iout это ток на выходе микросхемы, необходимый для питания светодиодов.
Используя формулу, получаем значение номинала резистора с сопротивлением 62.5 Ома. Для избежания перегрева микросхемы подбирают необходимую мощности резистора по формуле.
Собрав схему и подав питание, получают простейший драйвер стабилизации тока для светодиодов. Светодиод будет включаться, с требуемой яркостью, которая не будет зависеть от поданного постоянного питания на вход микросхемы.
Номинал необходимого резистора R1, можно подобрать, используя обычный подстроечный проволочный резистор на сопротивление 0.5 кОм. Для этого сначала проверяют его сопротивление между среднем и любым из крайних выводов. С помощью мультиметра, вращая регулирующий стержень, добиваемся значения сопротивления 500 Ом, чтобы не сжечь подключенный светодиод при включении.
Затем подключают в схему со светодиодом. Чтобывыбрать подходящий номинал резистора, после подачи питания изменяют сопротивление подстроечного резистора до требуемого тока светодиода.
Онлайн-калькулятор
Для расчета параметров радиоэлементов в схемах с LM317 в сети интернет существует множество онлайн-калькуляторов:
- для расчета резистора R2, при известном выходном напряжении и сопротивлении резистора R1;
- для вычисления напряжения на выходе стабилизатора, при известном сопротивлении двух резисторов (R1 и R2);
- для расчета сопротивления и мощности резистора, при известном значении силы тока на выходе микросхемы и др.
Информация для использования
Основные принципы работы LM317
LM317 – 3-выводная интегральная микросхема-стабилизатор напряжения. Это 3-клеммный плавающий регулятор. Для осуществления основной функции по стабилизации выходного напряжения между регулировочным выводом и выходом микросхемы формируется опорное напряжение (Vref) 1,25 В.
Значение выходного напряжения задается по формуле:
Значение тока на регулировочном выводе микросхемы (IAdj) не превышает 100 mkA во всем диапазоне нагрузок и регулируемых напряжений. Поэтому для практического использования вторым членом в формуле можно пренебречь.
На основе анализа формулы можно сделать вывод, что микросхема имеет ограничения по минимальному току нагрузки. Если его значения меньше величины, указанной в соответствующем пункте таблицы «электрические параметры» выходное напряжение будет подниматься.
В LM317 для стабилизации выходного напряжения контролируется опорное напряжение между выводами, поэтому микросхему можно использовать для работы с высокими напряжениями относительно земли.
Рисунок: основная схема включения.
Регулирование нагрузки
LM317 способен стабилизировать выходное напряжение в широком диапазоне нагрузок. Для максимальной эффективности стабилизации необходимо учесть ряд требований:
- программирующий резистор (R1) размещается максимально близко к микросхеме, чтобы исключить влияние подводящих проводников;
- заземляющий конец R2 подсоединяется к основным дорожкам (шинам) заземления на плате, чтобы улучшить регулирование нагрузки.
Внешние конденсаторы
Чтобы уменьшить влияние входного импеданса подводящей линии, повысить стабильность работы регулятора, в непосредственной близости к выводу 3 (VIN) устанавливают входной байпасный конденсатор (Cin), – дисковый 0,1 F или танталовый 1,0 F.
Между выводом регулировки и нулевым проводником устанавливают конденсатор CAdj. Он предотвращает появление пульсаций на выходе микросхемы. Конденсатор емкостью 10 µF подавляет пульсации на 15 дБ при выходном напряжении 10 В.
LM317 будет эффективно выполнять функции регулятора напряжения и при отсутствии конденсатора СО. Однако производитель рекомендует устанавливать на выходе микросхемы фильтрующий конденсатор, – 1,0 µF танталовый или 25 µF алюминиевый электролитический. Он погасит возможные ВЧ шумы и помехи и обеспечит стабильность работы регулятора.
Защитные диоды
Если LM317 используется с выходными конденсатора, рекомендуется устанавливать защитные диоды, как показано на рисунке. При снятии питающего напряжения они предотвратят несанкционированную разрядку выходных конденсаторов через вывод 2 (VOUT) микросхемы.
На рисунке приведена рекомендуемая схема подключения LM317 с защитными диодами для напряжения на выходе свыше 25 В или высоких значений емкости (CO > 25µF, CAdj > 10µF).
Комбинация диодов D1 и D2 полностью защищает микросхему от возможного разряда конденсаторов CAdj и СО.
Рисунок: регулятор напряжения с диодной защитой.
Как проверить LM317?
В отличие от транзисторов, данную микросхему невозможно проверить мультиметром. Такой способ никак не гарантирует правильную работу из-за большого количества внутренних элементов, не соединенных с выводами. Поэтому, если какой-то из них выйдет из строя, то проверить это мультиметром будет проблематично. Самый простой способ проверки работы LM317 — это создать простейший стенд на макетной плате, а запитать его можно будет всего лишь от батарейки.
Таким образом, вы сможете быстро убедиться в полностью рабочем состоянии элемента, даже если необходимо проверить несколько штук.
Схема LM317
Все внутреннее устройство стабилизатора можно видеть на его схеме, взятой в datasheet. На ней изображены три вывода схемы: вход (на этот вход подается питание), регулировка и выход. На пине регулировки вольтаж сигнала сначала понижается на одностороннем ограничителе до стабильных 1.25В и служит опорным источником, а ток, вместе с током питания идут на компаратор, основанный на операционном усилителе.
Также на схеме можно видеть выходной каскад на базе биполярного транзистора, который усиливает ток, и блок защиты от перегрева и превышения по току.
Справа от блока защиты находится датчик тока, падение на котором и отслеживается защитой с целью предупреждения повреждений от КЗ.
Безопасная эксплуатация LM317
Стоит помнить об эксплуатационных характеристиках радиокомпонента и не использовать его в критических условиях. Мощность рассеивания по официальной информации – 20 Вт, а разница входного и выходного напряжений не должна превышать 40 В. Во время пайки температура должна не превышать 260 C. Использовать можно при температуре от 0C до 125C, а хранить от -65C до 150C. Все это официально заявленные характеристики, в реальности они могут расходиться от экземпляра к экземпляру и быть заниженными.
Не стоит использовать элемент при максимальных и минимальных обозначенных значениях. При такой эксплуатации уровень стабильности и надежности значительно упадет. А также крайне желательно использовать радиатор для отвода тепла, так как иначе заявленные характеристики могут не совпадать с реальными.
Схемы линейных устройств
Самая простейшая схема стабилизатора – это схема, построенная на основе LM317 для светодиода. Последний являются аналогом стабилитрона с определенным рабочим током, который он может пропускать. Учитывая малую силу тока можно собрать простой аппарат самостоятельно. Наиболее простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают именно таким способом.
Микросхема LM317 уже не одно десятилетие является хитом среди начинающих радиолюбителей благодаря своей простоте и надежности. На её основе можно собрать регулируемый блок питания, светодиодный драйвер и другие БП. Для этого потребуется несколько внешних радиодеталей, модуль работает сразу, настройки не требуется.
Интегральный стабилизатор LM317 как никакой другой подходит для создания несложных регулируемых блоков питания, для электронных устройств с разными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданными параметрами нагрузки.
Основное назначение это стабилизация заданных параметров. Регулировка происходит линейным способом, в отличие от импульсных преобразователей.
Выпускаются LM317 в монолитных корпусах, исполненных в нескольких вариациях. Самая распространённая модель TO-220 с маркировкой LM317Т.
Каждый вывод микросхемы имеет свое предназначение:
- ADJUST. Ввод для регулирования выходного напряжения.
- OUTPUT. Ввод для формирования выходного напряжения.
- INPUT. Ввод для подачи питающего напряжения.
Технические показатели стабилизатора:
- Напряжение на выходе в пределах 1,2–37 В.
- Защита от перегрузки и КЗ.
- Погрешность выходного напряжения 0,1%.
- Схема включения с регулируемым выходным напряжением.
Подключение LM317
LM317 имеет следующую конфигурацию выводов в разных корпусах:
Минимальная схема подключения представляет собой два резистора сопротивления и три конденсатора, подключенных согласно схеме. В соответствии с характеристиками сопротивления и будет определяться напряжение на выходе.
У LM317 два главных параметра: это его опорное напряжение, а также ток, истекающий на выводе подстройки. Опорное напряжение (Vref) — напряжение, которое стабилизатор поддерживает на сопротивлении R1. Оно нестабильно и разнится от партии к партии в среднем на 0.1В, поэтому для расчетов лучше держать в уме усредненное значение – 1.25В. Для серьезных же проектов стоит измерить его для каждого используемого экземпляра. Соответственно, следуя схеме, если замкнуть резистор R2, то на выходе мы получим опорное напряжение – 1.25В, а с увеличением вольтажа на R2 будет увеличиваться и выходное напряжение. Таким образом, LM317 постоянно сравнивает напряжение на выходе через резистивный делитель с опорным, поэтому, меняя сопротивление, мы меняем выходное напряжение.
Ток, утекающий на подстройке (Iadj) – паразитный. По заявлению производителей он составляет от 50 до 100 мкА, но на деле же может достигать и 500 мкА. Из-за этого для стабильности выходного напряжения сопротивление R1 не должно быть выше 240 Ом, чтобы через делитель не проходил ток менее 5 мА.
Все, что вам нужно – это подставить ваше значение R1 в это формулу R2=R1*((Uo/Uref)-1).
Кроме того, не забывайте об охлаждении. Чем больше разница входного и выходного тока, тем сильнее будет нагреваться стабилизатор, что приведет к проблемам с его работой. Параметров, описанных производителем, можно добиться, только используя дополнительное охлаждение в виде радиатора.
Повышение максимального выходного тока
Существует два способа повышения максимального выходного тока. Если вам необходимо получить больше 1.5А, то вы можете либо подключить несколько микросхем параллельно, либо подключить силовой транзистор.
В первом случае достаточно подключить на выход стабилизаторов резисторы с низким сопротивлением. Они нужны для выравнивания токов.
Однако не всегда рационально использовать несколько микросхем. Поэтому нам на помощь приходит транзистор. В таком случае будет достаточно добавить его и резистор в качестве обвязки к нему.
Если нагрузка потребляет небольшой ток, то он будет проходить через микросхему, не затрагивая транзистор. А при повышении, почти весь ток будет проходить через транзистор, оставляя малую его часть стабилизатору. Но при использовании этой схемы внутренняя защита внутри LM317 от КЗ.
Какие существуют аналоги
Существуют подобные микросхемы, разработанные в других фирмах других стран. Полными аналогами являются:
- GL317;
- SG317;
- UPC317;
- ECG1900.
Также выпускаются стабилизаторы с повышенными электрическими характеристиками. Больший ток могут выдать:
- LM338 – 5 А;
- LM138 – 5 А
- LM350 – 3 А.
Если требуется регулируемый источник напряжения с верхним пределом в 60 В, надо применять стабилизаторы LM317HV, LM117HV. Индекс HV означает High Voltage – высокое напряжение.
Из отечественных микросхем полным аналогом является КР142ЕН12, но она выпускается только в корпусе ТО-220. Это надо учитывать при разработке печатных плат.
