LM317: Характеристики, виды и схемы

Стабилизаторы тока на микросхемах

Чипы могут обеспечить гораздо более высокую производительность, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатора тока для светодиодов используют самодельные прецизионные термостабильные источники опорного напряжения (TL431, LM317 и другие).

TL431

Поскольку чип поддерживает фиксированное напряжение 2,5 В на R2, ток через этот резистор всегда будет 2,5/R2. А если пренебречь током базы, то можно считать, что IRn = IR2. И чем выше коэффициент усиления транзистора hfe, тем больше эти токи будут совпадать.

R1 рассчитан таким образом, чтобы минимальный рабочий ток микросхемы был 1 мА.

На транзисторе падает около 20-30 В, потери мощности менее 1,5 Вт. Кроме указанного на схеме 2SC4544, можно использовать более мощный BD711 или старый советский КТ940А. Транзисторы в корпусе ТО-220 не требуют установки на радиатор до мощности 1,5-2 Вт в комплекте.

Резистор R3 служит для ограничения зарядного импульса конденсатора при включении тока. Ток через нагрузку задается резистором R2.

Здесь в качестве нагрузки Rn выступают 90 белых 2835-микросхемных светодиодов. Максимальная мощность при токе 60 мА 0,2 Вт (24Лм), падение напряжения 3,2 В. Можно использовать и другие подходящие светодиоды, например SMD5050.

С целью увеличения срока службы специально занижена мощность диодов на 20% соответственно (0,16 Вт, ток 45 мА), суммарная мощность всех светодиодов 14 Вт.

Хотя я бы рекомендовал найти светодиоды точно в таком же форм-факторе (2,8х3,5мм), но мощностью 0,5Вт. Они меньше нагреваются и дольше служат.

Разумеется, схема регулятора тока для светодиодов на 220 В может быть переделана на любой необходимый ток и/или другое количество имеющихся светодиодов.

При допустимом разбросе напряжения 220 вольт (см. ГОСТ 29322-2014) выпрямленное напряжение на конденсаторе С1 будет в пределах от 293 до 358 В, поэтому его необходимо оценивать для напряжения не менее 400 В.

Например, резистор, задающий режим работы микросхемы DA1, должен обеспечивать ток не менее 0,5 мА при напряжении С1 = 293 В. Максимальное количество светодиодов не должно превышать NLED < (358 — 6)/3,2, и да их больше, тем выше яркость лампы и тем меньше ток никуда не уйдет (рассеивается в виде тепла на транзисторе VT1). Максимальное напряжение Uкэ на транзисторе VT1 должно быть не менее 358 — (ULED*NLED).

LM7805, LM7812…

Только помните, что при таком включении входное напряжение должно быть больше напряжения стабилизации микросхемы на некоторую величину (падение напряжения на самом стабилизаторе). Обычно оно составляет где-то 2-2,5 вольта. И, конечно же, добавить напряжение в нагрузку.

Потребляемый ток (как и ток через светодиоды) — 300 мА. Мощность светильника ~10 Вт.

Все параметры схемы рассчитаны на 10 светодиодов SMD 5730-1 с прямым напряжением 3,3 вольта на каждом и максимальным током 350 мА (см. даташит), купил здесь.

Есть еще очень похожие светодиоды — SMD 5730 (без единицы в названии). У них мощность всего 0,5 Вт и максимальный ток 0,18 А. Так что не путайте.

Так как при последовательном соединении светодиодов общее напряжение будет равно сумме напряжений на каждом из светодиодов, то минимальное напряжение питания схемы должно быть: Uпит = 2,5 + 12 + (3,3 х 10) u003d 47,5 вольт.

Рассчитать сопротивление и мощность резистора для других значений тока можно с помощью простой программы Regulator Design (скачать).

Чем выше выходное напряжение стабилизатора, тем больше тепла будет выделяться на токозадающем резисторе, а значит КПД будет хуже. Поэтому для наших целей лучше подходит LM7805, чем LM7812.

Но я бы рекомендовал использовать для сборки своими руками драйвер светодиода lm317 (см ниже).

Схема LM317

Всю внутреннюю структуру стабилизатора можно увидеть на схеме, взятой из техпаспорта. Он показывает три выхода схемы: вход (этот вход активен), регулирование и выход. На регулировочном выводе напряжение сигнала сначала снижается до стабильных 1,25В на одностороннем ограничителе и выполняет роль опорного источника, а ток идет вместе с током питания на компаратор на основе операционного усилителя.

Также на схеме можно увидеть выходной каскад на биполярном транзисторе, усиливающий ток, и устройство защиты от перегрева и перегрузки по току.

Справа от блока защиты находится датчик тока, падение которого отслеживается защитой для предотвращения повреждения от коротких замыканий.

Отличительные особенности LM317t

• Обеспечивает выходное напряжение от 1,2 до 37 В.
• Ток нагрузки до 1,5 А.
• Наличие защиты от возможного короткого замыкания.
• Надежная защита микросхемы от перегрева.
• Ошибка выходного напряжения 0,1%.

Характеристики LM317

• Максимальное входное напряжение LM317 — 40В
• Диапазон выходного напряжения LM317 — 1,2-37В
• Максимальный выходной ток для LM317 — 1,5А
• Опорное напряжение микросхемы 0,1-1,3В
• Минимальный ток нагрузки — 3,5мА
• Ошибка выходного напряжения — 0,1%
• Рассеиваемая мощность — 20 Вт
• Диапазон рабочих температур — 0-125С
• Диапазон температур хранения – -65-150С
• Диапазон температур хранения – -65-150°С

Виды LM317

Микросхема продается в нескольких вариантах упаковки, в зависимости от потребности в размерах, нагрузке и подключении, а также типа сборки схемы — каждый может выбрать для себя наиболее подходящий вариант.

Наиболее популярным является LM317T в корпусе TO-220 на 1,5 А. Это считается универсальным вариантом, так как его можно использовать как в накладном монтаже, так и в накладном. Радиатор в таком корпусе позволяет отводить лишнее тепло и испытывать более сильные нагрузки, чем его аналоги, а при необходимости его можно присоединить к радиатору большего размера.

Подключение LM317

Минимальная принципиальная схема — два резистора и три конденсатора, соединенных по схеме. По характеристикам резистора будет определяться выходное напряжение.

LM317 имеет два основных параметра: опорное напряжение, а также ток, протекающий на подстроечном выводе. Опорное напряжение (Vref) — напряжение, которое регулятор поддерживает на резисторе R1. Оно нестабильно и варьируется от партии к партии в среднем на 0,1В, поэтому для расчетов лучше запомнить среднее значение — 1,25В. Для серьезных проектов стоит измерять его для каждого используемого экземпляра. Соответственно, по схеме, если замкнуть резистор R2, на выходе получим опорное напряжение 1,25В, а при увеличении напряжения R2 будет увеличиваться и выходное напряжение. Таким образом, LM317 постоянно сравнивает выходное напряжение через резистивный делитель с эталоном, следовательно, изменяя сопротивление, мы изменяем выходное напряжение.

Ток, проходящий через регулировку (Iadj), является паразитным. По заявлениям производителей он варьируется от 50 до 100 мкА, но реально может достигать 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 сделать, это подставить значение R1 в эту формулу R2=R1*((Uo/Uref)-1).

Не забывайте об охлаждении. Чем больше будет разница между входным и выходным током, тем сильнее будет греться стабилизатор, что приведет к проблемам с его работой. Описанных производителем параметров можно добиться только с помощью дополнительного охлаждения в виде радиатора.

Типовые схемы LM317

Как уже упоминалось, LM317 используется для создания регулируемых и нерегулируемых блоков питания, но также может использоваться в качестве основы для стабилизатора тока при создании драйверов светодиодов, поддерживающих ток в цепи независимо от входного напряжения. Просто приложений, описанных в даташите, хватит на отдельную книгу, поэтому разберем несколько самых популярных схем на этом стабилизаторе.

Читайте также: Автоматическое включение света в туалете: как сделать автомат датчика присутствия

Регулируемый блок питания (1.2-37В)

Все, что вам нужно сделать, это заменить R2 переменным резистором, а на вход добавить диодный мостовой трансформатор. При использовании следует учитывать, что микросхема имеет опорное напряжение 1,25В, поэтому оно будет минимальным для данной схемы.

Регулируемый блок питания (0-37В)

Если вам нужна полная стабилизация от 0 В, производители схем предлагают подключить к цепи источник отрицательного напряжения 10 В.

Можно намотать дополнительную катушку вокруг силового трансформатора и соединить ее выводы после диодного моста следующим образом:

Либо можно использовать источник отрицательного напряжения, который будет питаться от основной обмотки.

Это дает вам простейший лабораторный источник питания.

Светодиодный драйвер (Стабилизатор тока)

С помощью этой схемы можно управлять довольно мощными светодиодами и светодиодными лентами. Все, что нужно, это знать потребляемый ток и исходя из него выбирать резистор по формуле.

В ней используется тот же принцип, что и в простейшей схеме, но вместо резистивного делителя установлен датчик тока. Чем больший ток потребляет выходная нагрузка, тем большее падение напряжения будет наблюдаться на датчике. Он контролируется чипом и увеличивает или уменьшает напряжение для поддержания стабильного тока. Даже в случае короткого замыкания ток останется на установленном стабильном уровне.

Зарядное устройство

Схема этого зарядного устройства взята из даташита и имеет выходное напряжение 6В с ограничением 0,6А. Изменяя сопротивление резисторов R1 и R2, можно регулировать напряжение под свои нужды, а с помощью резистора R3 — ток. Подходит для питания аккумуляторов телефонов, инструментов и бытовой техники.

Регулирование переменного напряжение

Поскольку два LM317 могут регулировать не только положительные, но и отрицательные колебания синусоиды, их можно использовать для изготовления регулятора переменного тока. Вы можете видеть, что схема довольно проста и не требует большого количества компонентов:

Как проверить LM317?

В отличие от транзисторов эту микросхему нельзя проверить мультиметром. Этот способ никак не гарантирует корректную работу из-за большого количества внутренних элементов, не соединенных с выводами. Поэтому при выходе из строя одного из них проверить это мультиметром будет проблематично. Самый простой способ проверить работу LM317 — сделать простую стойку на макетной плате, и запитать ее можно будет всего от одной батарейки.

Таким образом, вы сможете быстро убедиться в полной работоспособности элемента, даже если вам придется проверить несколько деталей.

Применение LM317

Схемы выше — это лишь малая часть, основа, по сравнению с тем, что можно сделать на этом стабилизаторе. Его можно использовать практически в любой схеме, требующей постоянного питания до 40 В. Вот некоторые из приложений, описанных в официальном документе для этого чипа:

• Персональные компьютеры
• Цифровые камеры
• ЭКГ
• Интернет коммутаторы
• Биометрические датчики
• Драйверы двигателей
• Портативные зарядные устройства
• PoE
• RFID-считыватели
• Техника
• Рентгеновские аппараты

Как видите, даже сам производитель рассчитывает на максимально возможное использование этого элемента, что уж говорить о самодельщиках, готовых представить самые необычные схемы с использованием LM317.

Повышение максимального выходного тока

Есть два способа увеличить максимальный выходной ток. Если нужно получить больше 1,5А, то можно либо соединить несколько микросхем параллельно, либо подключить силовой транзистор.

В первом случае достаточно подключить к выходу стабилизаторов резисторы с малым сопротивлением. Они нужны для выравнивания токов.

Однако не всегда рационально использовать несколько микросхем. Поэтому на помощь приходит транзистор. В этом случае достаточно будет добавить его и сопротивление в качестве обвязки к нему.

Если нагрузка потребляет небольшой ток, он будет проходить через микросхему, не затрагивая транзистор. А при увеличении почти весь ток будет проходить через транзистор, оставляя небольшую его часть на стабилизатор. Но при использовании этой схемы внутренняя защита от короткого замыкания находится внутри LM317.

Аналоги LM317

Что мне делать, если я не могу использовать LM317? Можно использовать его аналоги. Близнецами этого компонента являются UPC317, GL317, ECG1900 и SG317. Отечественный аналог КП142ЭН12А, а есть еще КП142ЕН12 с фиксированным напряжением.

Если LM317 не хватает мощности для вашего проекта, вы можете использовать более мощные варианты:

• LM350AT и LM350T — максимальный выходной ток 3А и мощность 25Вт
• LM350K — ток 3 А и мощность 30 Вт
• LM338T и LM338K — ток 5 А

Все эти микросхемы имеют одинаковые выводы, поэтому схемы ни в коем случае нельзя менять.

Безопасная эксплуатация LM317

Стоит помнить об эксплуатационных характеристиках радиодетали и не использовать ее в критических условиях. Мощность рассеивания по официальной информации составляет 20 Вт, а разница между входным и выходным напряжением не должна превышать 40 В. Температура при пайке не должна превышать 260 С. Может эксплуатироваться при температуре от 0С до 125С, а храниться от — 65С до 150С. Все это официально заявленные характеристики, в реальности они могут варьироваться от экземпляра к экземпляру и быть заниженными.

Не следует использовать элемент при указанных максимальных и минимальных значениях. При такой эксплуатации уровень стабильности и надежности значительно упадет. Также крайне желательно использовать радиатор для отвода тепла, так как в противном случае заявленные свойства могут не совпадать с реальными.

Datasheet, даташит

Паспорт на этот стабилизатор проще всего найти на сайте производителя Texas Instruments.

В техпаспорте можно найти наиболее точные характеристики и спецификации, а также графики, отражающие работу микросхемы. Кроме того, описаны некоторые типовые схемы, их использование и подробное описание их адаптации для различных нужд. А также рекомендации по применению.

Производители LM317

Так как LM317 является самым популярным стабилизатором напряжения, его выпускают крупнейшие компании-производители микросхем:

• Инструменты Техаса
• STMicroelectronics
• ОБВЕНЧАЛИСЬ
• Универсальное глобальное время

Пример расчётов и сборки

Если очень хочется смонтировать, а подходящего блока питания нет, то есть несколько вариантов решения этой проблемы. Поменяйтесь местами с соседом или подключите схему к батарейке 9В типа Крона. На изображении показана вся схема в сборе со светодиодом.

Если для светодиодов требуется 1А, то указываем это в калькуляторе и получаем результат 1,25 Ом. Сопротивления именно с таким значением нет, поэтому ставим подходящее со значением в сторону увеличения Ом. Другой вариант — использовать параллельное и последовательное соединение резисторов. Подключив правильно несколько резисторов, мы получим необходимое количество Ом.

Основные электрические характеристики

Крайне не советую использовать LM317 в экстремальных условиях, у китайских микросхем нет запаса прочности. Конечно, есть встроенная защита от короткого замыкания и перегрева, но не ждите, что она сработает каждый раз.

В результате перегрузки может сгореть не только LM317, но и то, что к нему подключено, а это совсем другое повреждение.

Основные параметры LM317:

1. вход до 40В;
2. нагрузка до 1,5А;
3. нагрев до 125°;
4. проверки короткого замыкания.

Если нагрузки в 1А вам недостаточно, вы можете использовать более мощные модели стабилизаторов LM338 и LM350, 5А и 3А соответственно.

Для улучшения теплоотдачи корпус ТО-3 был увеличен, это часто встречается у советских транзисторов. Но он также доступен в небольшом корпусе ТО-220, рассчитанном на меньшие нагрузки.

Параметры LM338:

1. вход до 32В;
2. нагрузка до 5А;
3. защита от перегрева и короткого замыкания.

Импульсные драйверы

Благодаря китайскому трудолюбию, блоки питания, стабилизаторы тока и напряжения можно купить в зарубежных интернет-магазинах за 50-150 рублей. Регулировка управляется небольшим переменным резистором, на 2-3 ампера им не нужен радиатор для охлаждения контроллера драйвера. Например, можно заказать на популярном базаре Aliexpress.com Самый большой минус ждать 2-4 недели, зато цена самая низкая, можно сразу брать фунтик.

Часто ищу на авито в своем городе, быстро и недорого. Я и многие другие заказываю стабилизаторы с запасом, вдруг что не так. Излишки затем продаются через рекламу, и вы всегда можете торговаться.