LM317 – это регулируемый стабилизатор напряжения. Он может служить для создания различных блоков питания. Он способен быть основой для стабилизатора тока, зарядного устройства, лабораторного блока питания и даже звукового усилителя. Для того, чтобы им воспользоваться, достаточно подключить его к одной их схем обвязки, обозначенных ниже.
Эта микросхема является одной из самых популярных в мире – все из-за простоты ее устройства и работы с ней, ее дешевизны и надежности. Последнее обеспечивается наличием защит короткого замыкания выводов и перегрева микросхемы. LM317 не требует множества компонентов в качестве обвязки. Наибольшую популярность микросхема приобрела в среде радиолюбителей.
LM317 регулирует напряжение линейно, что является ее преимуществом относительно импульсных преобразователей. Микросхема продается в нескольких вариантах корпуса, наибольшей популярностью пользуется версия LM317T в корпусе TO-220. Она была разработана Бобом Добкиным в 1976 году, когда он работал в National Semiconductor, и с тех пор является бессменным хитом в кругах радиолюбителей.
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.
Герой обзора:
Лот состоит из 10 микросхем в корпусе ТО-220. Стабилизаторы пришли в полиэтиленовом пакете, обмотанным вспененным полиэтиленом.
Сравнение с наверно самым известным линейным стабилизатором 7805 на 5 вольт в таком же корпусе.
Тестирование:
Подобные стабилизаторы выпускаются многими производителями, вот ссылка на руководство от Texas Instruments. Расположение ножек следующее:
1 — регулировка; 2 — выход; 3 — вход. Собираем простейший стабилизатор напряжения по схеме из руководства:
Результаты, прямо скажем так, не очень. Стабилизатором это назвать язык не поворачивается. Далее я нагрузил стабилизатор 25 Омным резистором и картина полностью преобразилась:
Далее я решил проверить зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, для чего задал входное напряжения 15В, подстроечным резистором выставил выходное напряжение около 5В, и выход нагрузил переменным 100 Омным проволочным резистором. Вот что получилось:
Ток более 0,8А получить не удалось, т.к. начало падать входное напряжение (БП слабый). В результате этого тестирования, стабилизатор с радиатором нагрелся до 65 градусов:
Для проверки работы стабилизатора тока, была собрана следующая схема:
Стабилизация по току тоже хорошая. Ну и как обзор может быть без сжигания героя? Для этого я собрал снова стабилизатор напряжения, на вход подал 15В, выход настроил на 5В, т.е. на стабилизаторе упало 10В, и нагрузил на 0,8А, т.е. на стабилизаторе выделялось 8Вт мощности. Радиатор убрал. Результат продемонстрировал на следующем видео:
Да, защита от перегрева тоже работает, сжечь стабилизатор не удалось.
Характеристики LM317
- Максимальное входное напряжение LM317 – 40В
- Диапазон напряжений выхода LM317 – 1.2-37В
- Максимальный выходной ток для LM317 – 1.5А
- Опорное напряжение микросхемы – 0.1-1.3В
- Минимальный ток нагрузки – 3.5mA
- Погрешность напряжения на выходе – 0.1%
- Рассеиваемая мощность – 20Вт
- Рабочий температурный диапазон – 0-125C
- Температурный диапазон хранения – -65-150C
- Температурный диапазон хранения – -65-150°C
Виды LM317
Микросхема продается в нескольких варианта корпуса, в зависимости от потребности в размерах, нагрузки и подключении, а также типу монтажа схемы — каждый может выбрать наиболее подходящий ему вариант.
Наиболее популярна LM317T в корпусе TO-220 на 1.5 Ампер. Это считается универсальным вариантом, так как может использоваться в навесном монтаже, а также поверхностном. Радиатор в таком корпусе позволяет отводить излишнее тепло и испытывать более серьезные нагрузки, чем его собратья, а при необходимости его можно прикрепить к большему радиатору.
Характеристики
Технические параметры LM317 при температуре окружающей среды +25 °C:
физические:
- корпус TO-220, TO-220FP, TO-3, D2PAK, SOT-23;
- материал корпуса — пластмасса;
электрические:
- диапазон от 1.25 до 37 В;
- сила тока на выходе не более 1.5 А;
- нестабильность на выходе до 0,1 %;
- опорное (Vref) от 0,1 до 1,3 В;
- ток вытекающий из вывода подстройки (Iadj) от 50 до 100 мкА (µA);
внутренняя защита:
- от короткого замыкания (Internal Short-Circuit Current Limiting);
- от тепловой перегрузки (Thermal Overload Protection);
- ограничение по максимальной рассеиваемой мощности (Output Safe-Area Compensation);
Наличие параметра Output Safe-Area Compensatio означает, что в микросхеме есть датчики “теплового ограничения”, которые ограничивают максимальную рассеиваемую мощности, при её превышении она выключится и не пострадает.
Все системы защиты от перегрузок остаются полностью работоспособными даже если вход регулирования отключен.
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.
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
Типовые схемы LM317
Как было указано, в LM317 используется при создании регулируемых и нерегулируемых блоков питания, однако, также может быть использован в качестве основы стабилизатора тока при создании светодиодных драйверов, которые поддерживают ток в цепи вне зависимости от входного напряжения. Только описанных в datasheet применений хватит на отдельную книгу, поэтому разберем несколько самых популярных схем на этом стабилизаторе.
Регулируемый блок питания (1.2-37В)
Все, что понадобится для его создания, это заменить R2 на переменный резистор, а также добавить трансформатор с диодным мостом на вход. При использовании стоит учитывать, что микросхема обладает опорным напряжением в 1.25В, поэтому оно и будет минимальным для данной схемы.
Регулируемый блок питания (0-37В)
Если вам необходима полная регулировка с 0В, то производители схем предлагают подключить к схеме источник отрицательного напряжения на 10В.
Вы можете намотать дополнительную катушку на трансформатор блока питания и подключить его выводы после диодного моста следующим образом:
Либо вы можете использовать источник отрицательного напряжения, который будет питаться от основной обмотки.
Таким образом, вы получите простейший лабораторный блок питания.
Светодиодный драйвер (Стабилизатор тока)
С помощью этой схемы вы можете запитывать достаточно мощные светодиоды и светодиодные ленты. Все, что нужно — это знать потребляемый ток и, исходя из него, подобрать сопротивление по формуле.
В нем используется тот же принцип, что и в самой простой схеме, но вместо резистивного делителя установлен датчик тока. Чем больший ток потребляет нагрузка на выходе, тем большее падение напряжения будет наблюдаться на датчике. Оно отслеживается микросхемой, и она увеличивает или уменьшает напряжение для поддержания стабильного тока. Даже при коротком замыкании ток будет держаться на стабильном уровне, который был выставлен.
Зарядное устройство
Схема данного зарядного устройства взята из datasheet и имеет напряжение на выходе 6В с ограничением 0.6А. С помощью изменения сопротивления резисторов R1 и R2 возможно регулировать напряжение под ваши нужды, а при помощи резистора R3 – ток. Оно подойдет для питания аккумуляторов телефонов, инструментов и бытовой техники.
Регулирование переменного напряжение
Так как два LM317 могут регулировать не только положительные, но и отрицательные колебания синусоиды, то с помощью них можно создать AC регулятор. Можно видеть, что схема довольно не сложная и не требует множества компонентов:
Схемы включения
Сначала разберём стандартную схему, которую можно найти в технической документации на LM317T. На ней кроме самого стабилизатора находится два конденсатора, один из которых установлен на входе (ёмкостью 0,1 мФ), а второй на выходе (1,0 мФ). А также двух резисторов R1 и R1.
Как видно резисторы R1 и R2 подключены к управляющему выходу устройства по схеме делителя напряжения. Сопротивление R1 является постоянным и его величина, по рекомендациям производителя, должна быть равна 240 Ом. С помощью R2 можно регулировать выходное напряжение. Его можно найти по формуле:
В ней второе слагаемое мало, так как величина IADJ не может быть дольше 100 мА, поэтому его можно не учитывать в расчётах. Из формулы понятно, чем больше сопротивление R2, тем больше выходное напряжение.
Рассчитаем какое напряжение будет на выходе, если величина сопротивления R2 равна 1,5 кОм.
Как видно и расчёта, на выходе будет напряжение 9 В. Но чтобы получить данную разность потенциалов на вход нужно подать напряжение большей величины.
Часто возникает задача найти R2 зная необходимое напряжение стабилизации. Для этого можно использовать формулу:
Чтобы вам не пришлось делать расчёты вручную приведём таблицу, в которой все необходимые значения уже посчитаны (сопротивление R1 = 240 Ом).
| Напряжение стабилизации, В | Величина сопротивления R2, Ом | Ближайшее стандартное значение, Ом |
| 3 | 336 | 330 |
| 3,3 | 393,6 | 390 |
| 4,7 | 662,4 | 680 |
| 5 | 720 | 750 |
| 5,5 | 816 | 820 |
| 7,4 | 1180,8 | 1 200 |
| 9 | 1488 | 1 500 |
| 10 | 1680 | 1 600 |
| 12 | 2064 | 2 000 |
| 15 | 2640 | 2 700 |
| 18 | 3216 | 3 300 |
| 20 | 3600 | 3 600 |
| 25 | 4560 | 4 700 |
| 27 | 4900 | 5 100 |
На LM317T легко собрать драйвер тока. Обычно такие схемы используются для питания отдельных светодиодов и светодиодных матриц. Производители рекомендуют использовать такую схему:
В этом примере выходной ток через светодиод устанавливается подбором сопротивления R1. Рассчитать его можно по формуле:
где Iout – ток на выходе стабилизатора, который равен току через светодиод.
Типичный ток через одиночный маломощный светодиод равен 0,02 А. Подставляем данное значение в формулу и получаем сопротивление R1 – 62,5 Ом. Чтобы резистор не перегорел нужно определить его мощность. Для этого используем формулу:
В нашем случае мощность резистора должна быть больше 0,022*62,5=0,024 Вт, то есть подойдёт любой резистор, даже самый маленький.
После стандартных примеров перейдём к реальной конструкции. Рассмотрим регулируемый блок питания, в котором можно регулировать напряжение на выходе в диапазоне от 1,2 до 30 В и рассчитанный на максимальный выходной ток в 10 А. При этом БП имеет защиту от короткого замыкания.
Данное устройство сделано из минимального количества недорогих деталей. Так как стабилизатор LM317T способен выдержать ток не более 1,5 А, то в конструкции используется транзистор MJE13009, благодаря которому на выходе можно получить ток равный 10 А.
Регулировка выходного напряжения осуществляется с помощью переменного резистора Р1 номиналом 5 кОм. Кроме этого в схеме используются шунтирующие резистора R1 и R2 с одинаковым сопротивлением – 200 Ом. После отключения питания конденсатор С1 разряжается через резистор R3 сопротивлением 10 кОм. На выходе трансформатора напряжение может быть от 12 до 35 В. Диодный мост можно брать любой, способный выдержать ток от 10 А и выше, например, GBJ2510 рассчитанный на 25 А.
Транзистор MJE13009 можно заменить на MJE13007 или отечественные КТ805, КТ808, КТ819 или другие. При выборе транзистора важно обращать внимание на силу тока на выходе стабилизированного блока питания.
Используемый транзистор и LM317T нужно устанавливать на радиатор с достаточно большой для охлаждения площадью. Для этих целей можно использовать систему охлаждения компьютерного процессора. Не забудьте изолировать LM317T от радиатора теплопроводящей прокладкой. Также на радиатор желательно установить и диодный мост.
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.
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.
Простой двух полярный стабилизатор напряжения на LM317.
За основу устройства взята схема описанная в выше, и добавлено плечо стабилизации отрицательного напряжения.
Характеристики и достоинства двух полярного стабилизатора
- напряжение стабилизации от 1,2 до 30 В;
- максимальный ток до 5 А;
- используется малое количество элементов;
- простота в выборе трансформатора, так как можно использовать вторичную обмотку без центрального отвода;
Детали устанавливаются на односторонний стеклотекстолит. Транзистор VT1, VT2 и микросхемы LM317 и LM337 следует устанавливать на радиаторы. При установке на общий радиатор следует использовать изолирующие прокладки и втулки.
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.
Аналоги LM317
Что делать, если нет возможности использовать LM317? Можно воспользоваться ее аналогами. Братьями-близнецами данного компонента являются UPC317, GL317, ECG1900 и SG317. Отечественный же аналог — это KP142EH12A, а также существует KP142ЕН12 с фиксированным напряжением.
Если LM317 не хватает мощности для вашего проекта, то можно воспользоваться более мощными вариантами:
- 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 не придется никак менять.
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.
