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.
https://youtube.com/watch?v=4YRK1XJ1w88
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.
Цена: 3400.00 руб.
Цена: 2700.00 руб.
Цена: 260.00 руб.
Цена: 7000.00 руб.
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
Данное значение следует воспринимать как идеальное. В процессе подбора сопротивлений допускается небольшое отклонение (8…10 мА).
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.
Обратите внимание
Для облегчения расчета параметров стабилизатора существует специальный калькулятор:
https://youtube.com/watch?v=qtFWSEv1JoE
https://youtube.com/watch?v=oK2gHEAY4Io
https://youtube.com/watch?v=0zNDV-Sr3UU
Мощные аналоги LM317T — LM350 и LM338
Правда, это честно показано на диаграмме Ripple Rejection. Теперь — о самом неприятном, а именно о несоответствии реальных электрических характеристик заявленным.
Это типовая схема стабилизатора напряжения с выходным напряжением 12 В.
Рекомендации по применению защитных диодов для LM носят обще-теоретический характер и рассматривают ситуации, которых не бывает на практике. Самым эффективный способ, это собрать простой стенд используя макетную плату для проверки и запитать все от батарейки,. Для этого в управляющую цепь включаем цепочки из транзисторов и резисторов, как показано на рисунке ниже.
Микросхема LM в корпусе ТО способна стабильно работать при максимальном токе нагрузки до 1,5 ампер. А схемы и данные в его datasheet все те же … Итак, недостатки LM, как микросхемы и ошибки в рекомендациях по ее использованию.
Также легко сделать на этой микросхеме источник с несколькими фиксированными напряжениями, которые можно переключать программно, с помощью микроконтроллера. Конфигурация выводов Типовая схема включения LM Схема регулируемого блока питания на LM будет выглядеть так: Мощность трансформатора Вт, напряжение вторичной обмотки вольт. Следовательно, на вход Vin надо подать больше чем 5 вольт.
Технические характеристики:
Это максимальные значения, которые могут привести к повреждению устройства или повлиять на стабильность его работы. Что увеличивает уровень пульсаций на нагрузке с повышением частоты. А для LM она фактически означает степень собственной ущербности и показывает, как же хорошо LM борется с пульсациями, которые сама же берет с выхода и опять загоняет внутрь самой себя. Тогда схема нашего регулируемого двуполярного источника может выглядеть например так: Здесь дополнительные мощные транзисторы VT1 и VT2 позволяют увеличить выходной ток стабилизаторов. Кроме отечественной интегральной схемы КРЕН12, выпускаются более мощные импортные аналоги, выходные токи которых в раза больше.
Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. Схема стабилизатора тока на lm Плюс данного стабилизатора в том, что он является линейным и не вносит высокочастотные помехи, например как некоторые импульсные стабилизаторы. Стабилизация и защита схемы Емкость С2 и диод D1 не обязательны. Аналоги lm Иногда найти конкретно требуемую микросхему на рынке не удается возможным, тогда можно воспользоваться подобными ей. Поскольку мы хотим 5 вольт на выходе, мы подадим к регулятору 7 вольт.
Что довольно часто наблюдается при изготовлении мощного светильника на светодиодах. Можно упростить себе жизнь, если использовать микросхему LM — аналог микросхемы LM, но на отрицательное напряжение. Что увеличивает уровень пульсаций на нагрузке с повышением частоты. Схема стабилизатора тока на lm Плюс данного стабилизатора в том, что он является линейным и не вносит высокочастотные помехи, например как некоторые импульсные стабилизаторы. Поэтому вам даже не придется переделывать схему готового устройства с целью подгонки параметров регулятора напряжения или неизменяемого стабилизатора.
Блок питания на LM338T part 1
https://youtube.com/watch?v=D8B5zucjF94
Схемы включения
Стабилизатор LM317 зарекомендовал себя универсальной микросхемой способной стабилизировать напряжение и Амперы. За десятки лет разработаны сотни схем включения LM317T различного применения. Основное назначение, это стабилизатор напряжения в блоках питания. Для увеличения силы количества Ампер на выходе есть несколько вариантов:
- подключение параллельно;
- установка на выходе силовых транзисторов, получим до 20А;
- замена на мощные аналоги LM338 до 5A или LM350 до 3А.
Для построения двухполярного блока питания применяются стабилизаторы отрицательного напряжение LM337.
Считаю, что параллельное подключение не самый лучший вариант из-за разницы в характеристиках стабилизаторов. Невозможно настроить несколько штук точно на одинаковые параметры, чтобы распределить нагрузку равномерно. Благодаря разбросу, на один нагрузка всегда будет больше чем на другие. Вероятность выхода из строя нагруженного элемента выше, если он сгорит, то резко возрастёт нагрузка на другие, которые могут не выдержать её.
Чтобы не подключать параллельно, лучше использовать для силовой части DC-DC преобразователя напряжения транзисторы на выходе. Они рассчитаны на большой ток и отвод тепла у них лучше из-за больших размеров.
Современные импульсные микросхемы уступают по популярности, её простоту трудно превзойти. Стабилизатор тока на lm317 для светодиодов прост в настройке и расчётах, в настоящее время до сих пор применяется на небольших производствах электронных блоков.
Светодиодный драйвер
Светодиодный драйвер до 5А
Зарядное для аккумуляторов
Регулируемый двухполярный блок питания от 0 до 36В
Двухполярный БП LM317 и LM337, для получения положительного и отрицательного напряжения.
Схема подключения
О различных способах питания светодиодов от 12 и 220 вольт прочитайте в статье «Как подключить светодиод«.
Для изготовления стабилизатора тока на LM317 с возможностью регулирования, вместо постоянного резистора поставить мощное переменное сопротивление. Номинал переменного сопротивления можно вычислить, указав калькулятору границы регулирования. Сопротивление может быть от 1 до 110Ом, это соответствует максимальному и минимальному. Но рекомендую отказаться от регулировки Ампер в нагрузке переменным сопротивлением. Правильно реализовать будет сложно и лишком большой будет нагрев.
Мощность постоянного резистора для стабилизатора тока по рассеиванию тепла должна быть с запасом, вычисляется по формуле:
I² * R = Pвт сила тока в квадрате умноженное на сопротивление резистора.
В качестве блока питания можно использовать трансформаторный или импульсный источник напряжения с полярным напряжением. В качестве выпрямителя лучше использовать классический диодный мост, после которого установлен конденсатор большой емкости.
Регулятор тока на LM317 LM317T работает по линейному принципу, поэтому может достаточно сильно нагреваться из-за невысокого КПД. Наличие приличного радиатора обязательно. Если контроль нагрева показал низкую температуру нагрева, то его можно уменьшить.
Если количество Ампер требуется более 1,5А, то в стандартную схему надо добавить пару элементов. Можно получить до 10А, установив мощный транзистор KT825A и резистор на 10ом.
Этот вариант подходит для тех, у кого под рукой нет LM338 или LM350.
Вариант стабилизатора тока на 3А сделан на транзисторе КТ818, Амперы в нагрузке регулируются и рассчитывается во всех схемах одинаково на калькуляторе.
Регулируемый блок питания на стабилизаторе напряжения LM317
Начинающему радиолюбителю просто не обойтись без хотя бы простейшего блока питания. При разработке или настройке того или иного устройства регулируемый блок питания является не заменимым атрибутом. Но если вы начинающий радиолюбитель, и не можете позволить себе дорогой навороченный блок питания, то эта статья поможет вам восполнить вашу нужду
Блок питания на микросхеме LM317T, схема:
В интернете встречается неисчислимое множество схем различных блоков питания. Но даже на первый взгляд легкие схемы, в процессе настройки оказываются не такими уж и легкими. Я рекомендую вам рассмотреть очень простую в настройке, дешевую и надёжную схему блока питания на микросхеме стабилизаторе LM317T, которая регулирует напряжение от 1,3 до 30 В и обеспечивает ток 1А (как правило, этого достаточно для простых радиолюбительских схем) рисунок №1.
VD1 – VD4, VD6, VD7 – Полупроводниковые диоды типа 1N5399 (1.5А 1000В) хотя, вы можете использовать любые другие подходящие по максимальному току 1.5 ампера и напряжению около 50 вольт. Можно также использовать диодный мост с теми же характеристиками. У кого что есть – тот из того и лепит:)VD5 – Обыкновенный светодиод (его не обязательно впаивать) он сигнализирует о включении питания. Диод VD6, защищает схему от бросков тока. VD7 — защищает микросхему от паразитного разряда ёмкости конденсатора С3.
R1 – около 18 КОм (нужно подбирать под ток светодиода).R2 — Можно не впаивать — он необходим в том случае если вам нужно получить нестандартные пределы регулировки напряжения. Вы просто подбираете его таким образом что бы сумма R2 + R3 = 5КОм.
R3 — 5,6 Ком.R4 – 240 Ом.C1 – 2200 мкФ (электролитический)
C2 — 0,1 мкФC3 — 10 мкФ (электролитический)C4 — 1 мкФ (электролитический)DA1 – LM317T
Основным элементом в схеме является микросхема LM317T, все её характеристики вы можете без труда посмотреть в мануале на микросхему. Единственное что следует отдельно отметить, это то что её обязательно необходимо цеплять на радиатор (рисунок №2) что бы микросхема не вышла из строя.
Максимальный ток у неё по документации 1.5 А – но я не рекомендую вгонять её в такие придельные режимы работы.Трансформатор я рекомендую использовать тоже с запасом по току (ток 3А), дабы в случае резкого броска тока он не вышел из строя.Каждый радиолюбитель делает печатные платы как ему самому угодно – но если вам лень её трассировать – можете использовать мой вариант печатной платы рисунок №3, который доступен по этой ссылке или по этой ссылке. Файлы можно открыть с помощью программы Sprint-Layout 5.
Прежде чем начать делать мой вариант разводки платы – ещё раз его просмотрите и проанализируйте!!! Плату я трассировал под способ фотолитографии, так что разверните её как необходимо вам. Я старался сделать плату наиболее универсальной для этой схемы и делал её под свои нужды. Если вы не будите впаивать резистор R2 – то вместо него просто нужна перемычка.
P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт https://bip-mip.com/
Дополнительные рекомендации по настройки схемы:
Все сопротивления в схеме лучше всего ставить полуваттные, это почти гарантия стабильной работоспособности схемы, даже в предельных условиях эксплуатации. Резистор R2 можно полностью исключить из схемы, я оставлял под него место на те случаи, когда нужно получит нестандартное напряжение. А ещё, хорошенько покопавшись в интернете, я нашел специальный калькулятор для пересчёта LM317, а именно резисторов в цепи управления регулировки напряжения.
Резисторы R3 и R4 – это обыкновенный делитель напряжения, таким образом, мы можем его подобрать под те резисторы, что у нас есть под рукой (в заданных пределах) – это очень удобно и позволяет без особого труда отрегулировать работу LM317T под любое напряжение (верхний придел может варьироваться от 2 до 37 В). К примеру, можно так подобрать резисторы, чтобы ваш блок питания регулировался от 1,2 до 20В – всё зависит от пересчёта делителя R3 и R4. Формулу по которой работает калькулятор, вы можете узнать почитав даташит на ЛМ317Т. В остальном — если всё собрано верно , блок питания сразу же готов к работе.
LM317 и LM337. Особенности применения. | РадиоГазета
В радиолюбительской практике широкое применение находят микросхемы регулируемых стабилизаторов LM317 и LM337. Свою популярность они заслужили благодаря низкой стоимости, доступности, удобного для монтажа исполнению, хорошим параметрам. При минимальном наборе дополнительных деталей эти микросхемы позволяют построить стабилизированный блок питания с регулируемым выходным напряжением от 1,2 до 37 В при максимальном токе нагрузки до 1,5А.
Но! Часто бывает, при неграмотном или неумелом подходе радиолюбителям не удаётся добиться качественной работы микросхем, получить заявленные производителем параметры. Некоторые умудряются вогнать микросхемы в генерацию.
Как получить от этих микросхем максимум и избежать типовых ошибок?
Об этом по-порядку:
Микросхема LM317 является регулируемым стабилизатором ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО напряжения, а микросхема LM337 – регулируемым стабилизатором ОТРИЦАТЕЛЬНОГО напряжения.
Обращаю особое внимание, что цоколёвки у этих микросхем различные!
Даташит производителя: datasheet LM317 (pdf-формат 1041 кб), datasheet lm337 (pdf-формат 43кб).
Цоколёвка LM317 и LM337:
Типовая схема включения LM317
Увеличение по клику
Выходное напряжение схемы зависит от номинала резистора R1 и рассчитывается по формуле:
Uвых=1,25*(1+R1/R2)+Iadj*R1
где Iadj ток управляющего вывода. По даташиту составляет 100мкА, как показывает практика реальное значение 500 мкА.
Для микросхемы LM337 нужно изменить полярность выпрямителя, конденсаторов и выходного разъёма.
Но скудное даташитовское описание не раскрывает всех тонкостей применения данных микросхем.
Итак, что нужно знать радиолюбителю, чтобы получить от этих микросхем МАКСИМУМ!1. Чтобы получить максимальное подавление пульсаций входного напряжения необходимо:
- Увеличить (в разумных пределах, но минимум до 1000 мкФ) емкость входного конденсатора C1. Максимально подавив пульсации на входе, мы получим минимум пульсаций на выходе.
- Зашунтировать управляющий вывод микросхемы конденсатором на 10мкФ . Это увеличивает подавление пульсаций на 15-20дБ. Установка емкости больше указанного значения ощутимого эффекта не даёт.
Схема примет вид:
Увеличение по клику
2. При выходном напряжении больше 25В в целях защиты микросхемы, для быстрого и безопасного разряда конденсаторов необходимо подключить защитные диоды:
увеличение по клику
Важно: для микросхем LM337 полярность включения диодов следует поменять!
3. Для защиты от высокочастотных помех электролитические конденсаторы в схеме необходимо зашунтировать плёночными конденсаторами небольшой ёмкости.
Получаем итоговый вариант схемы:
Увеличение по клику
4. Если посмотреть внутреннюю структуру микросхем, можно увидеть, что внутри в некоторых узлах применены стабилитроны на 6,3В. Так что нормальная работа микросхемы возможна при входном напряжении не ниже 8В!
Хотя в даташите и написано, что разница между входным и выходным напряжениями должна составлять минимум 2,5-3 В, как происходит стабилизация при входном напряжении менее 8В, остаётся только догадываться.
5
Особое внимание следует уделить монтажу микросхемы. Ниже приведена схема с учётом разводки проводников:
Увеличение по клику
Пояснения к схеме:
- длинна проводников (проводов) от входного конденсатора C1 до входа микросхемы (А-В) не должна превышать 5-7 см. Если по каким-то причинам конденсатор удалён от платы стабилизатора, в непосредственной близости от микросхемы рекомендуется установить конденсатор на 100 мкФ.
- для снижения влияния выходного тока на выходное напряжение (повышение стабильности по току) резистор R2 (точка D) необходимо подсоединять непосредственно к выходному выводу микросхемы или отдельной дорожкой/проводником ( участок C-D). Подсоединение резистора R2 (точка D) к нагрузке (точка Е) снижает стабильность выходного напряжения.
- проводники до выходного конденсатора (С-E) также не следует делать слишком длинными. Если нагрузка удалена от стабилизатора, то на стороне нагрузки необходимо подключить байпасный конденсатор (электролит на 100-200 мкФ).
- так же с целью снижения влияния тока нагрузки на стабильность выходного напряжения «земляной» (общий) провод необходимо развести «звездой» от общего вывода входного конденсатора (точка F).
Выполнив эти нехитрые рекомендации, Вы получите стабильно работающее устройство, с теми параметрами, которые ожидались.
Удачного творчества!
Применение LM317
Схемы, приведенные выше – лишь малая часть, основа, по сравнению с тем, что возможно сделать на этом стабилизаторе. Он может использоваться почти во всех схемах, которые требуют постоянного питания до 40 В. Вот некоторые сферы применения, описанные в официальном техническом документе данной микросхемы:
- Персональные компьютеры
- Цифровые камеры
- ЭКГ
- Интернет свитчи
- Биометрические датчики
- Драйверы электромоторов
- Портативные зарядки
- PoE
- RFID считыватели
- Бытовая техника
- Рентгеновские аппараты
Как можно видеть, даже сам производитель рассчитывает на максимально широкое использования данного элемента, что уж говорить о самодельщиках, готовых представить самые необычные схемы с использованием LM317.
Схемы стабилизаторов и регуляторов тока
Всем известно, что светодиодным лампочкам необходимо питание двенадцать вольт. В сети авто это значение может доходить до 15 В. Светодиодные элементы очень чувствительны, на них такие скачки отражаются отрицательно. Светодиодные лампы могут перегореть либо некачественно светить (мигать, терять яркость и т.д.).
Чтобы светодиоды служили дольше, в электросеть автомобиля включаются драйвера (резисторы). При нестабильности в сети устанавливаются устройства, которые поддерживают постоянное значение. Существует несколько простых микросхем, по которым можно сделать стабилизатор напряжения своими руками. Все компоненты, входящие в цепь, можно приобрести в специализированных магазинах. Обладая начальными знаниями по электротехнике сделать приборы будет несложно.
На КРЕНке
Для того, чтобы сконструировать простейший стабилизатор напряжения 12 вольт своими руками, понадобится микросхема с потреблением 12 В. В этом случае подойдет регулируемый стабилизатор напряжения 12 В LM317. Он может функционировать в электросети, где входной параметр составляет до 40 В. Чтобы прибор стабильно работал, необходимого обеспечивать охлаждение.
Крены для микросхем
Стабилизатор тока на LM317требует для работы небольшой ток до 8 мА, и данное значение обычно остается неизменным, даже при большом токе, протекающем через крен LM317, или при изменении входного значения. Это реализуется с помощью компоненты R3.
Можно применять элемент R2, но пределы при этом будут небольшими. При неизменном сопротивлении LM317 ток, идущий через прибор, будет также стабильным (автор видео — Создано в Гараже).
Входное значение для кренки LM317 может составлять до 8 мА и выше. Пользуясь этой микросхемой, можно придумать стабилизатор тока для ДХО. Это устройство может выступать нагрузкой в бортовой сети или источником электричества при подзарядке аккумуляторной батареи. Сделать простой стабилизатор напряжения LM317 не составляет труда.
На двух транзисторах
На сегодняшний момент пользуются популярностью стабилизирующие устройства для бортовой сети машины на 12 В, разработанные с использованием двух транзисторов. Данную микросхему используют как стабилизатор напряжения для ДХО.
Резистор R2 является токораздающим элементом. При возрастании тока в сети увеличивается напряжение. Если оно достигает значения от 0,5 до 0,6 В, открывается элемент VT1. Открытие компонента VT1 закрывает элемент VT2. В итоге, ток, проходящий через VT2, начинает снижаться. Можно вместе с VT2 применять полевой транзистор Мосфет.
Элемент VD1 включается в цепь, когда значения находится в пределах от 8 до 15 В и настолько велики, что транзистор может выйти из строя. При мощном транзисторе допустимы показания в бортовой сети около 20 В. Не стоит забывать о том, что транзистор Мосфет откроется, если показания на затворе будут 2 В.
На операционном усилителе (на ОУ)
Стабилизатор напряжения для светодиодов на основе ОУ собирается при необходимости создания устройства, которое будет работать в расширенном диапазоне. В рассматриваемом случае в качестве элемента, который будет задавать выпрямляемый ток, является R7. С помощью операционного усилителя DA2.2 можно увеличить уровень напряжения в токозадающем компоненте. Задачей компонента DA 2.1 является контроль опорного напряжения.
При создании схемы следует учесть, что она рассчитана на 3А, поэтому необходим больший ток, который должен поступать на разъем ХР2. Кроме того, следует обеспечивать работоспособность всех составляющих данного устройства.
Сделанный стабилизирующий прибор для автомобиля должен иметь генератор, роль которого выполняет REF198. Чтобы правильно настроить прибор, ползунок резистора R1 нужно установить в верхнее положение, а резистором R3 задавать необходимое значение выпрямленного тока 3А. Для погашения возможных возбуждений, используются элементы R,2 R4 и C2.
На микросхеме импульсного стабилизатора
Если выпрямитель для автомобиля должен обеспечивать высокий КПД в сети, целесообразно использовать импульсные компоненты, создавая импульсный стабилизатор напряжения. Популярной является схема МАХ771.
Схема выпрямителя с импульсным выпрямителем
Импульсный стабилизатор тока характеризуется выходной мощностью 15 Вт. Элементы R1 и R2 делят показатели схемы на выходе. Если делимое напряжение превышает по показателям опорное, выпрямитель автоматически уменьшает выходное значение. В противном случае устройство будет увеличивать выходной параметр.
Сборка данного устройства целесообразна, если уровень превышает 16 В. Компоненты R3 являются токовыми. Для устранения высокого падения нагрузки на данном резисторе в схему следует включить ОУ.
