Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Интегральный стабилизатор напряжения LM317. Описание и применение

lm317 — регулируемый стабилизатор напряжения и тока

Стабилизатор тока для светодиодов применяется во многих светильниках. Как и всем диодам, LED присуще нелинейная вольт-амперная зависимость. Что это значит? При повышении напряжения, сила тока медленно начинает набирать мощь. И только при достижении порогового значения, яркость светодиода становится насыщенной. Однако если ток не перестанет расти, то лампа может сгореть.

Правильная работа LED может быть обеспечена только благодаря стабилизатору. Эта защита необходима еще и по причине разброса пороговых значений напряжения светодиода. При подключении по параллельной схеме лампочки могут просто на просто сгореть, так как им приходится пропускать недопустимую для них величину тока.

Виды стабилизирующих устройств

По способу ограничения силы тока выделяются устройства линейного и импульсного типа.

Так как напряжение на светодиоде – неизменная величина, то стабилизаторы тока часто считают стабилизаторами мощности LED. Фактически последняя прямо пропорциональна изменению напряжения, что характерно для линейной зависимости.

Линейный стабилизатор нагревается тем больше, чем больше прилагается к нему напряжения. Это его главный недочёт. Преимущества данной конструкции обусловлены:

  • отсутствием электромагнитных помех;
  • простотой;
  • низкой стоимостью.

Более экономичными устройствами являются стабилизаторы на основе импульсного преобразователя. В этом случае мощность прокачивается порционно – по мере необходимости для потребителя.

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.

Мощность рассеяния и входное напряжение устройства

Максимальная «планка» входного напряжения должна быть не более заданной, а минимальная – выше желаемой выходной на 2 В.

Микросхема рассчитана на стабильную работу при максимальном токе до 1,5 А. Это значение будет ниже, если не применять качественный теплоотвод. Максимально допустимое рассеивание мощности без последнего равно примерно 1,5 Вт при температуре окружающей среды не более 30 0 С.

При установке микросхемы требуется изоляция корпуса от радиатора, к примеру, с помощью слюдяной прокладки. Также эффективный отвод тепла достигается путём применения теплопроводной пасты.

Краткое описание

Коротко описать достоинства радиоэлектронного модуля LM317, применяемого в стабилизаторах тока, можно так:

  • яркость светового потока обеспечивается диапазоном выходного напряжения 1, – 37 В;
  • выходные показатели модуля не зависят от частоты вращения вала электродвигателя;
  • поддерживание выходного тока до 1,5 А позволяет подключать несколько электроприёмников;
  • погрешность колебаний выходных параметров равна 0,1% от номинального значения, что является гарантией высокой стабильности;
  • имеется функция защиты по ограничению тока и каскадного отключения при перегреве;
  • корпус микросхемы заменяет землю, поэтому при внешнем креплении уменьшается количество монтажных кабелей.

Схемы включения

Безусловно, наипростейшим способом токового ограничения для светодиодных ламп станет последовательное включение добавочного резистора. Но данное средство подходит лишь только для маломощных LED.

Простейший стабилизированный блок питания

Чтобы сделать стабилизатор тока потребуется:

  • микросхемка LM317;
  • резистор;
  • монтажные средства.

Собираем модель по нижеприведенной схеме:

Модуль можно применять в схемах разных зарядных устройств либо регулируемых ИБ.

Блок питания на интегральном стабилизаторе

Этот вариант более практичный. LM317 ограничивает потребляемый ток, который задается резистором R.

Помните, что максимально допустимое значение тока, которое нужно для управления LM317, составляет 1,5 А с хорошим радиатором.

Схема стабилизатора с регулируемым блоком питания

Ниже изображена схема с регулируемым выходным напряжением 1.2–30 В/1,5 А.

Переменный ток преобразуется в постоянный с помощью моста-выпрямителя (BR1). Конденсатор С1 фильтрует пульсирующий ток, С3 улучшает переходную характеристику. Это означает, что стабилизатор напряжения может отлично работать при постоянном токе на низких частотах. Выходное напряжение регулируется ползунком Р1 от 1.2 вольта до 30 В. Выходной ток составляет около 1,5 А.

Подбор резисторов по номиналу для стабилизатора должен осуществляться по точному расчету с допустимым отклонением (небольшим). Однако разрешается произвольное размещение резисторов на монтажном плате, но желательно для лучшей стабильности размещать их подальше от радиатора LM317.

Область применения

Микросхема LM317 является отличным вариантом для использования в режиме стабилизации основных технических показателей. Она отличается простотой в исполнении, недорогой стоимостью и отличными эксплуатационными характеристиками. Единственный недостаток – пороговое значение напряжения составляет лишь 3 В. Корпус в стиле ТО220 – это одна из самых доступных моделей, которая позволяет рассеивать тепло довольно хорошо.

Микросхема применима в устройствах:

  • стабилизатор тока для LED (в том числе для LED-лент);
  • Регулируемый стабилизатор напряжения для бытового назначения.

Стабилизирующая схема, построенная на основе LM317 простая, дешёвая, и в то же время надежная.

Стабилизаторы тока на lm317, lm338, lm350 и их применение для светодиодов

В последнее время интерес к схемам стабилизаторов тока значительно вырос. И в первую очередь это связано с выходом на лидирующие позиции источников искусственного освещения на основе светодиодов, для которых жизненно важным моментом является именно стабильное питание по току. Наиболее простой, дешевый, но в то же время мощный и надежный токовый стабилизатор можно построить на базе одной из интегральных микросхем (ИМ): lm317, lm338 или lm350.

  • Datasheet по lm317, lm350, lm338
  • Схемы и расчеты
  • Онлайн калькулятор lm317, lm350 и lm338

Datasheet по lm317, lm350, lm338

Прежде чем перейти непосредственно к схемам, рассмотрим особенности и технические характеристики вышеприведенных линейных интегральных стабилизаторов (ЛИС).

* – зависит от производителя ИМ.

Во всех трех микросхемах присутствует встроенная защита от перегрева, перегрузки и возможного короткого замыкания.

Lm317, самая распространенная ИМ, имеет полный отечественный аналог — КР142ЕН12А.

Выпускаются интегральные стабилизаторы (ИС) в монолитном корпусе нескольких вариантов, самым распространенным является TO-220. Микросхема имеет три вывода:

  1. ADJUST. Вывод для задания (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока соединяется с плюсом выходного контакта.
  2. OUTPUT. Вывод с низким внутренним сопротивлением для формирования выходного напряжения.
  3. INPUT. Вывод для подачи напряжения питания.

Схемы и расчеты

Наибольшее применение ИС нашли в источниках питания светодиодов. Рассмотрим простейшую схему стабилизатора тока (драйвера), состоящую всего из двух компонентов: микросхемы и резистора. На вход ИМ подается напряжение источника питания, управляющий контакт соединяется с выходным через резистор (R), а выходной контакт микросхемы подключается к аноду светодиода.

Если рассматривать самую популярную ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывают по формуле: R=1,25/I (1), где I – выходной ток стабилизатора, значение которого регламентируется паспортными данными на LM317 и должно быть в диапазоне 0,01-1,5 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора может быть в диапазоне 0,8-120 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, рассчитывается по формуле: PR=I 2 ×R (2). Включение и расчеты ИМ lm350, lm338 полностью аналогичны.

Полученные расчетные данные для резистора округляют в большую сторону, согласно номинальному ряду.

Постоянные резисторы производятся с небольшим разбросом значения сопротивления, поэтому получить нужное значение выходного тока не всегда возможно. Для этой цели в схему устанавливается дополнительный подстроечный резистор соответствующей мощности. Это немного увеличивает цену сборки стабилизатора, но гарантирует получение необходимого тока для питания светодиода. При стабилизации выходного тока более 20% от максимального значения, на микросхеме выделяется много тепла, поэтому ее необходимо снабдить радиатором.

Читать еще:  Воздуходувка. Виды и работа. Применение и устройство. Особенности

Онлайн калькулятор lm317, lm350 и lm338

Допустим, необходимо подключить мощный светодиод с током потребления 700 миллиампер. Согласно формуле (1) R=1,25/0,7= 1.786 Ом (ближайшее значение из ряда E2—1,8 Ом). Рассеиваемая мощность по формуле (2) будет составлять: 0.7×0.7×1.8 = 0,882 Ватт (ближайшее стандартное значение 1 Ватт).

На практике, для предотвращения нагрева, мощность рассеивания резистора лучше увеличить примерно на 30%, а в корпусе с низкой конвекцией на 50%.

Кроме множества плюсов, стабилизаторы для светодиодов на основе lm317, lm350 и lm338 имеют несколько значительных недостатков – это низкий КПД и необходимость отвода тепла от ИМ при стабилизации тока более 20% от максимального допустимого значения. Избежать этого недостатка поможет применение импульсного стабилизатора, например, на основе ИМ PT4115.

Интегральный стабилизатор LM317

Схема линейного интегрального стабилизатора с регулируемым выходным напряжением LM317 разработана автором первых монолитных трёхвыводных стабилизаторов Р. Видларом почти 50 лет назад. Микросхема получилась настолько удачной, что без изменений выпускается в настоящее время всеми основными производителями электронных компонентов и в разных вариантах включения применяется во множестве устройств.

Корпуса и назначение выводов

Общая информация

Схемотехника устройства обеспечивает более высокие показатели по нестабильности параметров, в сравнении со стабилизаторами на фиксированное напряжение, и имеет практически все типы защиты, применяемые для интегральных микросхем: ограничение выходного тока, отключение при перегреве и превышении предельных рабочих параметров.

При этом требуется минимальное количество внешних компонентов для LM317, схема использует встроенные средства стабилизации и защиты.

Устройство выпускается в трёх вариантах исполнений – LM117/217/317, отличающихся предельно допустимой рабочей температурой:

  • LM117: от -55 до 150 оС;
  • LM217: от -25 до 150 оС;
  • LM317: от 0 до 125 оС.

Все типы стабилизаторов производятся в стандартных корпусах TO-3, различных модификациях TO-220, для поверхностного монтажа – D2PAK, SO-8. Для устройств малой мощности используется ТО-92.

Цоколёвка для всех трёхвыводных изделий совпадает, что облегчает их замену. В зависимости от применённого корпуса, в маркировку вводятся дополнительные обозначения:

  • K – TO-3 (LM317K);
  • T – TO-220;
  • P – ISOWATT220 (пластмассовый корпус);
  • D2T – D2PAK;
  • LZ – TO-92;
  • LM – SOIC8.

Для LM317 используются все типоразмеры, LM117 выпускается только в корпусе ТО-3, LM217 – в ТО-3, D2PAK и ТО-220. Микросхемы LM317LZ в корпусах ТО-92 отличаются пониженными значениями максимальной мощности и выходного тока, до 100 мА, при аналогичных других свойствах. Иногда производитель использует свою маркировку, например, LM317НV от Texas Instruments – высоковольтные регуляторы в диапазоне 1,2-60 В, при этом цоколёвки корпусов совпадают с изделиями других фирм. В отличие от других микросхем, аббревиатура ЛМ (LM) применяется всеми производителями. Расшифровка других возможных обозначений приводится в техническом описании конкретного прибора.

Основные электрические параметры LM117/217/317

Характеристики регуляторов определяются при разнице между входным (Ui) и выходным напряжением (Uo) 5 вольт, токе нагрузки 1,5 ампера и максимальной мощности 20 ватт:

  • Нестабильность по напряжению – 0,01%;
  • Опорное напряжение (UREF) – 1,25 В;
  • Минимальный ток нагрузки – 3,5 мА;
  • Максимальный выходной ток – 2,2 А, при разнице входного и выходного напряжений не более 15 В;
  • Предельная рассеиваемая мощность ограничена внутренней схемой;
  • Подавление пульсаций входного напряжения – 80 дБ.

Важно отметить! При максимально возможном значении Uin – Uout = 40 вольт допустимый ток нагрузки снижается до 0,4 ампер. Предельная рассеиваемая мощность ограничена внутренней схемой защиты, для корпусов ТО-220 и ТО-3 – приблизительно от 15 до 20 ватт.

Применения регулируемого стабилизатора

При проектировании электронных устройств, содержащих стабилизаторы напряжения, более предпочтительно применять регулятор напряжения на LM317, особенно для ответственных узлов аппаратуры. Использование таких решений требует дополнительной установки двух резисторов, но обеспечивает лучшие параметры питания, чем традиционные микросхемы с фиксированными напряжениями стабилизации, обладают большей гибкостью для разных применений.

Базовая схема использования микросхемы как стабилизатора напряжения

Напряжение на выходе рассчитывается по формуле:

UOUT = UREF (1+ R2/R1) + IADJ, где:

  • VREF = 1,25V, ток управляющего выхода;
  • IADJ весьма мал – около 100 мкА и определяет погрешность установки напряжения, в большинстве случаев не учитывается.

Входной конденсатор (керамический или танталовый 1мкФ) устанавливается при значительном удалении от микросхемы ёмкости фильтра источника питания – более 50 мм, конденсатор на выходе применяется для снижения влияния переходных процессов на высоких частотах, для многих применений необязателен. Схема включения использует только один элемент регулировки – переменный резистор, на практике применяется многооборотный или заменяется постоянным нужного номинала. Метод управления позволяет реализовать программируемый источник на несколько напряжений, переключаемый любым доступным способом: реле, транзистором и т. д. Подавление пульсаций можно улучшить, если зашунтировать вывод управления конденсатором ёмкостью 5-15 мкФ.

Схема стабилизатора LM317 с дополнительным конденсатором и защитными диодами

Диоды типа 1N4002 устанавливаются при наличии выходного фильтра с конденсаторами большой ёмкости, выходном напряжении более 25 вольт и шунтирующей ёмкости свыше 10 мкФ. Микросхема LM317 редко используется на предельных режимах эксплуатации, средний ток нагрузки для многих решений не превышает 1,5 А. Установка прибора на радиатор необходима в любом случае, при выходном токе более 1 ампера желательно использовать корпус ТО-3 или ТО-220 с металлической контактной площадкой LM317T.

К сведению. Увеличить нагрузочную способность стабилизатора напряжения можно, применив мощный транзистор как регулирующий элемент для выходного тока.

Мощный стабилизатор с транзисторами

Ток нагрузки устройства определяется параметрами VT1, подойдёт любой n-p-n транзистор с током коллектора 5-10 А: TIP120/132/140, BD911, КТ819 и др. Возможно параллельное включение двух-трёх штук. В качестве VT2 применяется любой кремниевый средней мощности, соответствующей структуры: BD138/140, КТ814/816.

Следует учитывать особенности подобных схем: допустимая разница между напряжениями на входе и выходе формируется из падений напряжений на транзисторе, около 2 вольт, и микросхеме, для которой минимальное значение – 3 вольта. Для устойчивой работы устройства рекомендуется не менее 8-10 вольт.

Свойства микросхем серии LM317 позволяют стабилизировать с высокой точностью ток нагрузки в широких пределах.

Cтабилизатор тока на LM317

Фиксация тока обеспечивается подключением всего одного резистора, номинал которого рассчитывается по формуле:

I = UREF/R + IADJ = 1.25/R, где UREF = 1,25 V (сопротивление R в омах).

Схема может применяться для зарядки аккумуляторов стабильным током, питания светодиодов, для которых важно постоянство тока при изменении температуры. Также стабилизатор тока на LM317 может быть дополнен транзисторами, как и в случае стабилизации напряжения.

Отечественная промышленность выпускает функциональные аналоги LM317 со сходными параметрами – микросхемы КР142ЕН12А/Б с токами нагрузки 1 и 1,5 ампера.

Выходной ток до 5 ампер обеспечивает стабилизатор LM338 при аналогичных других характеристиках, что позволяет использовать все преимущества интегрального прибора без внешних транзисторов. Полным аналогом LM317 по всем параметрам, кроме полярности, является регулятор отрицательного напряжения LM337, на базе этих двух микросхем легко строятся двухполярные блоки питания.

Видео

Интегральный стабилизатор lm317. LM317 стабилизатор напряжения

Интегральные стабилизаторы этой серии удобны в использовании во множестве иных применений. Некоторые из его нестандартных применений я вам хочу показать.
В силу того, что данные стабилизаторы имеют «плавающие» относительно «земли» потенциалы выводов, ими могут быть стабилизаторами напряжения в несколько сотен вольт, при условии, что не будет превышен допустимый предел разности напряжений вход-выход.

Кроме того, ИС LM117/LM217/LM317 удобны при создании простых регулируемых импульсных стабилизаторов, стабилизаторов с программируемым выходным напряжением, либо для создания прецизионного стабилизатора тока.
Некоторые схемы их необычных применений показаны на рисунках.

Читать еще:  «Ножницы» vs «бабочка»: Apple придумала новую клавиатуру для MacBook

Мощный повторитель напряжения.

R1-определяет выходное сопротивление зарядного устройства Zвых = R1(1+R3/R2). Использование R1 позволит при малой скорости заряда обеспечить максимальный заряд батареи.
________________________________________

Интегральные стабилизаторы данной серии можно с успехом использовать для стабилизации тока. Это очень удобно для изготовления на их основе различных зарядных устройств.
________________________________________

На этой схеме изображён интегральный стабилизатор напряжения с плавным запуском. Ёмкость конденсатора С2 задает плавность включения стабилизатора.
________________________________________

Высокая стабильность данного стабилизатора, достигается за счет использования дополнительного интегрального двухвыводного стабилитрона повышенной стабильности.

Интегральные стабилизаторы напряжения LM117/LM317, LM150/IP150, LM138/LM238/LM338
Долгое время у меня служил блок питания, построенный по классической схеме параметрического стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания . Только в целях получения большего выходного тока транзисторы VT2 и VT3 были заменены на КТ315 и КТ818 соответственно. Полярность выходного напряжения при этом другая, так что все конденсаторы, диоды и стабилитрон (я, кстати, применял КС518 — он выдает 18 вольт) должны быть включены обратной полярностью. Кроме того, вместо VT1 — МП38.
Этот блок питания (БП) являлся универсальным источником энергии для моих домашних экспериментов, выдавая от 0,5 до 18 вольт стабилизированного напряжения при токе 1 — 1,5А. Однако был у него и недостаток — из-за низкого КПД подобных схем выходной мощный транзистор греется как печка.
Долго я хотел сделать этот БП на интегральной базе (там и КПД повыше, да и есть такие функции как защита от перегрева, от короткого замыкания или даже от превышения допустимого тока), только не попадались мне на глаза подобные микросхемы. К142ЕН1, К142ЕН2 — малая мощность, придется ставить дополнительный транзистор на усиление тока, да и слишком много выводов у неё. На КР142ЕН5 можно сделать регулируемый стабилизатор напряжения (СН), однако в этом случае минимальное напряжение будет 5В, что тоже нежелательно.
Таким образом, на отечественной элементной базе построить интегральный СН с желаемыми параметрами невозможно.
Однако зарубежная промышленность (точнее, фирма National Semiconductor) выпускает одну интересную микросхему LM317 (аналог — LM117 той же фирмы — различаются по ряду параметров, в частности, по диапазону рабочих температур, у LM117 он шире (от -55 до +150 °C)).
Так вот, эти микросхемы представляют собой регулируемые СН с выходным напряжением 1,2 — 37В при выходном токе 1,5А. Как уверяют производители, они снабжены защитой от короткого замыкания, выходной ток не зависит от температуры кристалла, гарантируется максимальная нестабильность выходного напряжения 0,3%, подавление пульсаций — на уровне 80 дБ.
К этому стоит добавить малые размеры (микросхема имеет всего три вывода, выпускается в различных корпусах: ТО-220, ТО-3, ТО-39, TO-263, SOT-223, TO-252 (рис. 1)) и низкую стоимость (в магазине я купил LM317 в корпусе ТО-220 за 10 рублей).

Рисунок 1 — Внешний вид корпусов LM117/LM317
Схема регулируемого стабилизатора напряжения показана на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схема регулируемого СН (1,25 — 25 В)
Также эти микросхемы применяют как зарядные устройства для аккумуляторных батарей. Типичная схема такого устройства приведена на рисунке 3. Здесь используется принцип зарядки постоянным током.

Рисунок 3 — Схема зарядного усторойства

Как видно из рисунка, ток заряда определяется сопротивлением R1. Значения этого сопротивления лежат в пределах, указанных на рисунке. Это соответствует току заряда от 10 мА до 1,56 A.
Хочу отметить, что если требуется получить больший выходной ток СН, то лучше использовать специальные микросхемы:
— на ток до 3А рассчитана LM150 (IP150);
— на ток до 5А рассчитаны LM138 / LM238 / LM338 (отличаются диапазоном рабочих температур, самый широкий — у LM138 (от -55 до +150 °C).
Схемы включения у этих микросхем такие-же, что и на рисунке 2, цоколевка — как на рисунке 1.
Далее приведены схемы зарядного устройства для автомобильного кислотно-свинцового аккумулятора (рис. 4) и стабилизатора напряжения с максимальным током 10А (рис. 5) как примеры дополнительного применения микросхем LM150 и LM138.


Рисунок 5 — СН с выходным током до 10А

В заключение хочу заметить, что выходной конденсатор С2 по схеме на рис.2 может быть емкостью от 1 до 1000 мкФ — в зависимости от целей применения СН. Однако при емкости свыше 10 мкФ и/или выходном напряжении выше 25 В требуется в схему включать защитные диоды (рис. 6). Это нужно для того, чтобы предотвратить импульс тока, который может возникнуть при коротком замыкании в нагрузке из-за разряда выходного конденсатора. Этот импульс тока может достигать величины 20 А и повредить микросхему.


Рисунок 6

Литература:
1. Shema.Tomsk.Ru — Блок питания с защитой от КЗ;
2. Shema.Tomsk.Ru — Стабилизаторы напряжения на микросхемах серии К142;
3. National Semiconductor — LM117/LM317A/LM317 3-Terminal Adjustable Regulator;
4. LM138/238/LM338 — ADJUSTABLE VOLTAGE REGULATORS THREE-TERMINAL 5-A;
5. LM150/250/LM350 — ADJUSTABLE VOLTAGE REGULATORS THREE-TERMINAL 3 A;
6. LM150K 3.0A Adjustable Positive Voltage Regulator.

Очень многие используют аккумуляторы для питания радиоэлектронной аппаратуры, при этом заряжают их зарядными устройствами сомнительного поисхождения. Ниже приводится описание простого зарядного устройсва обеспечивающего стандартный режим заряда.
Зарядное устройство использует принцип зарядки постоянным токо. В качестве источника тока используется очень хорошая микросхема LM317. Схема включения изображена на рисунке:

Класическое определение источника тока: источник тока — это источник электрической энергии имеющий безконечне внутреннее сопротивление и такое же безконечное напряжение на свобоных зажимах.
Принцип работы примерно такой. LM317 регулируя ток по выводу 3 пытается добится падения напряжения на резисторе R1 равного 1,25V. Следовательно изменяя номинал R1 можно регулировать ток в определенных пределах. Эти приделы ограничены с одной стороны величиной в 0,8 Ом а с другой в 120 Ом(0,8

Интегральный стабилизатор напряжения LM317. Описание и применение

Довольно часто возникает необходимость в простом стабилизаторе напряжения. В данной статье приводится описание и примеры применения недорогого (цены на LM317) интегрального стабилизатора напряжения LM317.

Список решаемых задач данного стабилизатора довольно обширен — это и питание различных электронных схем, радиотехнических устройств, вентиляторов, двигателей и прочих устройств от электросети или других источников напряжения, например аккумулятора автомобиля. Наиболее распространены схемы блоков питания на LM317 с регулировкой напряжения.

На практике, с участием LM317 можно построить стабилизатор напряжения на произвольное выходное напряжение, находящееся в диапазоне 3…38 вольт.

Технические характеристики:

  • Напряжение на выходе стабилизатора: 1,2… 37 вольт.
  • Ток выдерживающей нагрузки до 1,5 ампер.
  • Точность стабилизации 0,1%.
  • Имеется внутренняя защита от случайного короткого замыкания.
  • Отличная защита интегрального стабилизатора от возможного перегрева.

Мощность рассеяния и входное напряжение стабилизатора LM317

Напряжение на входе стабилизатора не должно превышать 40 вольт, а так же есть еще одно условие – минимальное входное напряжение должно превышать желаемое выходное на 2 вольта.

Микросхема LM317 в корпусе ТО-220 способна стабильно работать при максимальном токе нагрузки до 1,5 ампер. Если не применять качественный теплоотвод, то это значение будет ниже. Мощность, выделяемая микросхемой в процессе ее работы, можно определить приблизительно путем умножения силы тока на выходе и разности входного и выходного потенциала.

Максимально допустимое рассеивание мощности без теплоотвода равно приблизительно 1,5 Вт при температуре окружающего воздуха не более 30 градусов Цельсия. При обеспечении хорошего отвода тепла от корпуса LM317 (не более 60 гр.) рассеиваемая мощность может составлять 20 ватт.

При размещении микросхемы на радиаторе необходимо изолировать корпус микросхемы от радиатора, например слюдяной прокладкой. Так же для эффективного отвода тепла желательно использовать теплопроводную пасту.

Подбор сопротивления для стабилизатора LM317

Для точной работы микросхемы суммарная величина сопротивлений R1…R3 должна создавать ток приблизительно 8 мА при требуемом выходном напряжении (Vo), то есть:

R1 + R2 + R3 = Vo / 0,008

Читать еще:  Как разрезать толстое зеркало в домашних условиях

Данное значение следует воспринимать как идеальное. В процессе подбора сопротивлений допускается небольшое отклонение (8…10 мА).

Величина сопротивления переменного резистора R2 напрямую связана с диапазоном напряжения на выходе. Обычно его сопротивление должно быть примерно 10…15 % от суммарного сопротивления оставшихся резисторов (R1 и R2) либо же можно подобрать его сопротивление экспериментально.

Расположение резисторов на плате может быть произвольным, но желательно для лучше стабильности располагать подальше от радиатора микросхемы LM317.

Стабилизация и защита схемы

Емкость С2 и диод D1 не обязательны. Диод обеспечивает защиту стабилизатора LM317 от возможного обратного напряжения, появляющегося в конструкциях различных электронных устройств.

Емкость С2 не только слегка уменьшает отклик микросхемы LM317 на изменения напряжения, но и снижает влияние электрических наводок, при размещении платы стабилизатора вблизи мест имеющих мощное электромагнитное излучение.

Как было уже сказано выше, ограничение максимально возможного тока нагрузки для LM317 составляет 1,5 ампера. Имеются разновидности стабилизаторов схожие по работе со стабилизатором LM317, но рассчитаны на более больший ток нагрузки. К примеру, стабилизатор LM350 выдерживает ток до 3 ампер, а LM338 до 5 ампер.

Для облегчения расчета параметров стабилизатора существует специальный калькулятор:

Скачать калькулятор для LM317 (338,2 KiB, скачано: 6 247)

Скачать datasheet LM317 (216,6 KiB, скачано: 2 116)

Применение lm317 для светодиодов. Интегральный стабилизатор напряжения LM317

Применение lm317 для светодиодов. Интегральный стабилизатор напряжения LM317

Интегральные стабилизаторы этой серии удобны в использовании во множестве иных применений. Некоторые из его нестандартных применений я вам хочу показать.
В силу того, что данные стабилизаторы имеют «плавающие» относительно «земли» потенциалы выводов, ими могут быть стабилизаторами напряжения в несколько сотен вольт, при условии, что не будет превышен допустимый предел разности напряжений вход-выход.

Кроме того, ИС LM117/LM217/LM317 удобны при создании простых регулируемых импульсных стабилизаторов, стабилизаторов с программируемым выходным напряжением, либо для создания прецизионного стабилизатора тока.
Некоторые схемы их необычных применений показаны на рисунках.

Мощный повторитель напряжения.

R1-определяет выходное сопротивление зарядного устройства Zвых = R1(1+R3/R2). Использование R1 позволит при малой скорости заряда обеспечить максимальный заряд батареи.
________________________________________

Интегральные стабилизаторы данной серии можно с успехом использовать для стабилизации тока. Это очень удобно для изготовления на их основе различных зарядных устройств.
________________________________________

На этой схеме изображён интегральный стабилизатор напряжения с плавным запуском. Ёмкость конденсатора С2 задает плавность включения стабилизатора.
________________________________________

Высокая стабильность данного стабилизатора, достигается за счет использования дополнительного интегрального двухвыводного стабилитрона повышенной стабильности.

Интегральные стабилизаторы напряжения LM117/LM317, LM150/IP150, LM138/LM238/LM338
Долгое время у меня служил блок питания, построенный по классической схеме параметрического стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания . Только в целях получения большего выходного тока транзисторы VT2 и VT3 были заменены на КТ315 и КТ818 соответственно. Полярность выходного напряжения при этом другая, так что все конденсаторы, диоды и стабилитрон (я, кстати, применял КС518 — он выдает 18 вольт) должны быть включены обратной полярностью. Кроме того, вместо VT1 — МП38.
Этот блок питания (БП) являлся универсальным источником энергии для моих домашних экспериментов, выдавая от 0,5 до 18 вольт стабилизированного напряжения при токе 1 — 1,5А. Однако был у него и недостаток — из-за низкого КПД подобных схем выходной мощный транзистор греется как печка.
Долго я хотел сделать этот БП на интегральной базе (там и КПД повыше, да и есть такие функции как защита от перегрева, от короткого замыкания или даже от превышения допустимого тока), только не попадались мне на глаза подобные микросхемы. К142ЕН1, К142ЕН2 — малая мощность, придется ставить дополнительный транзистор на усиление тока, да и слишком много выводов у неё. На КР142ЕН5 можно сделать регулируемый стабилизатор напряжения (СН), однако в этом случае минимальное напряжение будет 5В, что тоже нежелательно.
Таким образом, на отечественной элементной базе построить интегральный СН с желаемыми параметрами невозможно.
Однако зарубежная промышленность (точнее, фирма National Semiconductor) выпускает одну интересную микросхему LM317 (аналог — LM117 той же фирмы — различаются по ряду параметров, в частности, по диапазону рабочих температур, у LM117 он шире (от -55 до +150 °C)).
Так вот, эти микросхемы представляют собой регулируемые СН с выходным напряжением 1,2 — 37В при выходном токе 1,5А. Как уверяют производители, они снабжены защитой от короткого замыкания, выходной ток не зависит от температуры кристалла, гарантируется максимальная нестабильность выходного напряжения 0,3%, подавление пульсаций — на уровне 80 дБ.
К этому стоит добавить малые размеры (микросхема имеет всего три вывода, выпускается в различных корпусах: ТО-220, ТО-3, ТО-39, TO-263, SOT-223, TO-252 (рис. 1)) и низкую стоимость (в магазине я купил LM317 в корпусе ТО-220 за 10 рублей).

Рисунок 1 — Внешний вид корпусов LM117/LM317
Схема регулируемого стабилизатора напряжения показана на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схема регулируемого СН (1,25 — 25 В)
Также эти микросхемы применяют как зарядные устройства для аккумуляторных батарей. Типичная схема такого устройства приведена на рисунке 3. Здесь используется принцип зарядки постоянным током.

Рисунок 3 — Схема зарядного усторойства

Как видно из рисунка, ток заряда определяется сопротивлением R1. Значения этого сопротивления лежат в пределах, указанных на рисунке. Это соответствует току заряда от 10 мА до 1,56 A.
Хочу отметить, что если требуется получить больший выходной ток СН, то лучше использовать специальные микросхемы:
— на ток до 3А рассчитана LM150 (IP150);
— на ток до 5А рассчитаны LM138 / LM238 / LM338 (отличаются диапазоном рабочих температур, самый широкий — у LM138 (от -55 до +150 °C).
Схемы включения у этих микросхем такие-же, что и на рисунке 2, цоколевка — как на рисунке 1.
Далее приведены схемы зарядного устройства для автомобильного кислотно-свинцового аккумулятора (рис. 4) и стабилизатора напряжения с максимальным током 10А (рис. 5) как примеры дополнительного применения микросхем LM150 и LM138.

Рисунок 4 — Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора на LM150(IP150)


Рисунок 5 — СН с выходным током до 10А

В заключение хочу заметить, что выходной конденсатор С2 по схеме на рис.2 может быть емкостью от 1 до 1000 мкФ — в зависимости от целей применения СН. Однако при емкости свыше 10 мкФ и/или выходном напряжении выше 25 В требуется в схему включать защитные диоды (рис. 6). Это нужно для того, чтобы предотвратить импульс тока, который может возникнуть при коротком замыкании в нагрузке из-за разряда выходного конденсатора. Этот импульс тока может достигать величины 20 А и повредить микросхему.


Рисунок 6

Литература:
1. Shema.Tomsk.Ru — Блок питания с защитой от КЗ;
2. Shema.Tomsk.Ru — Стабилизаторы напряжения на микросхемах серии К142;
3. National Semiconductor — LM117/LM317A/LM317 3-Terminal Adjustable Regulator;
4. LM138/238/LM338 — ADJUSTABLE VOLTAGE REGULATORS THREE-TERMINAL 5-A;
5. LM150/250/LM350 — ADJUSTABLE VOLTAGE REGULATORS THREE-TERMINAL 3 A;
6. LM150K 3.0A Adjustable Positive Voltage Regulator.

Очень многие используют аккумуляторы для питания радиоэлектронной аппаратуры, при этом заряжают их зарядными устройствами сомнительного поисхождения. Ниже приводится описание простого зарядного устройсва обеспечивающего стандартный режим заряда.
Зарядное устройство использует принцип зарядки постоянным токо. В качестве источника тока используется очень хорошая микросхема LM317. Схема включения изображена на рисунке:

Класическое определение источника тока: источник тока — это источник электрической энергии имеющий безконечне внутреннее сопротивление и такое же безконечное напряжение на свобоных зажимах.
Принцип работы примерно такой. LM317 регулируя ток по выводу 3 пытается добится падения напряжения на резисторе R1 равного 1,25V. Следовательно изменяя номинал R1 можно регулировать ток в определенных пределах. Эти приделы ограничены с одной стороны величиной в 0,8 Ом а с другой в 120 Ом(0,8 Share on Facebook Share

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector