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.
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
Онлайн калькулятор LM317
Ниже представлен онлайн калькулятор для расчета стабилизатора напряжения на основе LM317. В первом случае, на основе необходимого выходного напряжения и сопротивления резистора R1, производится расчет резистора R2. Во втором случае, зная сопротивления обоих резисторов (R1 и R2), можно вычислить напряжение на выходе стабилизатора.
Калькулятор для расчета стабилизатора тока на LM317 смотрите здесь.
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.
Что из себя представляет микросхема LM317
Микросхема представляет собой линейный стабилизатор напряжения, выходное значение которого можно устанавливать в определенных пределах или оперативно регулировать. Выпускается в нескольких вариантах корпуса с тремя выводами. Диапазон выходного напряжения у всех вариантов одинаковый, а максимальный ток может различаться.
| Обозначение | Максимальный ток, А | Корпус |
| LM317T | 1,5 | TO-220 |
| LM317LZ | 0,1 | ТО-92 |
| LM317P | 1,5 | ISOWAT-220 |
| LM317D2T | 1,5 | D2PAK |
| LM317K | 0,1 | ТО-3 |
| LM317LD | 1,5 | SO-8 |
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.
Технические характеристики
Следует отметить что измерение всех параметров производились в лаборатории при температуре +25°С. И так, для стабилизатора LM317T характеристики равны:
- диапазон напряжений на выходе стабилизатора от 1,25 до 37 В;
- нестабильность выходного напряжения – 0,1%;
- опорное напряжение VREF от 1,2 до 1,3 В;
- Максимальная разность между входным и выходным напряжением Vi — Vo = 40 В;
- выходной ток IO = 1,5 А;
- регулируемый ток вывода IADJ от 50 до 100 мкА;
- термическое сопротивление кристалл-воздух Rthj-amb = 65 °С/Вт;
- тепловое сопротивление кристалл-корпус Rthj-case = 5 °С/Вт;
- рабочая температура перехода TOPR = 0 … +125 ОС;
- диапазон температур хранения TSTG = -65 …+150 ОС.
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:
Примеры применения стабилизатора LM317 (схемы включения)
Стабилизатор тока
Данный стабилизатор тока можно применить в схемах различных зарядных устройств для аккумуляторных батарей или регулируемых источников питания. Стандартная схема зарядного устройства приведена ниже.
В данной схеме включения применяется способ заряда постоянным током. Как видно из схемы, ток заряда зависит от сопротивления резистора R1. Величина данного сопротивления находится в пределах от 0,8 Ом до 120 Ом, что соответствует зарядному току от 10 мА до 1,56 A:
Источник питания на 5 Вольт с электронным включением
Ниже приведена схема блока питания на 15 вольт с плавным запуском. Необходимая плавность включения стабилизатора задается емкостью конденсатора С2:
Регулируемый стабилизатор напряжения на LM317
Схема включения с регулируемым выходным напряжением
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.
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.
Стабилизатор тока на lm317
Ток на выходе блока питания может увеличиться вследствие уменьшения сопротивления нагрузки (простой пример, короткое замыкание), также изменение тока нагрузки происходит из-за изменения напряжения питания. Стабилизатор тока на lm317 обеспечивает стабильность тока (ограничение тока) на выходе в случаях описанных выше.
Данный стабилизатор может быть применён в схемах питания светодиодов, зарядных устройствах (ЗУ), лабораторных источников питания и так далее.
Если, к примеру, рассматривать светодиоды, то необходимо учитывать тот факт, что для них нужно ограничивать ток, а не напряжение. На кристалл можно подать 12В и он не сгорит, при условии, что ток будет ограничен до номинального (в зависимости от маркировки и типа светодиода).
Основные технические характеристики LM317
Максимальный выходной ток 1.5А
Максимальное входное напряжение 40В
Выходное напряжение от 1.2В до 37В
Более подробные характеристики и графики можно посмотреть в даташите на стабилизатор.
Схема стабилизатора тока на lm317
Плюс данного стабилизатора в том, что он является линейным и не вносит высокочастотные помехи, например как некоторые импульсные стабилизаторы. Минусом является низкий КПД (в счёт своей линейности), и поэтому происходит значительный нагрев кристалла микросхемы. Как вы уже поняли, микросхему необходимо обеспечить хорошим радиатором.
За величину тока стабилизации (ограничения) отвечает резистор R1. С помощью данного резистора можно выставить ток стабилизации, например 100мА, тогда даже при коротком замыкании на выходе схемы будет протекать ток, равный 100мА.
Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле:
R1=1,2/Iнагрузки
Изначально необходимо определиться с величиной тока стабилизации. Например, мне необходимо ограничить ток потребления светодиодов равный 100мА. Тогда,
R1=1,2/0,1A=12 Ом.
То есть, для ограничения тока 0,1A необходимо установить резистор R1=12 Ом. Проверим на железе… Для проверки собрал схему на макетной плате. Резистор на 12 Ом искать было лень, зацепил в параллель два по 22 Ома (были под рукой).
Выставил напряжение холостого хода, равное 12В (можно выставить любое). После чего, я замкнул выход на землю, и стабилизатор LM317 ограничил ток 0,1А. Расчеты подтвердились.
При увеличении или уменьшении напряжения ток остается стабильным.
Резистор можно припаять на выводы микросхемы, но не стоит забывать, что через резистор протекает весь ток нагрузки, поэтому при больших токах нужен резистор повышенной мощности.
Если использовать данный стабилизатор тока на LM317 в лабораторном блоке питания, то необходимо устанавливать переменный резистор проволочного типа, простой переменный резистор не выдержит токи нагрузки протекающие через него.
Для ленивых представляю таблицу значений резистора R1 в зависимости от нужного тока стабилизации.
| Ток | R1 (стандарт) |
| 0.025 | 51 Ом |
| 0.05 | 24 Ом |
| 0.075 | 16 Ом |
| 0.1 | 13 Ом |
| 0.15 | 8.2 Ом |
| 0.2 | 6.2 Ом |
| 0.25 | 5.1 Ом |
| 0.3 | 4.3 Ом |
| 0.35 | 3.6 Ом |
| 0.4 | 3 Ома |
| 0.45 | 2.7 Ома |
| 0.5 | 2.4 Ома |
| 0.55 | 2.2 Ома |
| 0.6 | 2 Ома |
| 0.65 | 2 Ома |
| 0.7 | 1.8 Ома |
| 0.75 | 1.6 Ома |
| 0.8 | 1.6 Ома |
| 0.85 | 1.5 Ома |
| 0.9 | 1.3 Ома |
| 0.95 | 1.3 Ома |
| 1 | 1.3 Ома |
Таким образом, применив галетный переключатель и несколько резисторов, можно собрать схему регулируемого стабилизатора тока с фиксированными значениями.
Даташит на LM317
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.
Основные характеристики линейного стабилизатора напряжения LM317
В даташитах на стабилизатор LM317 содержится полная техническая информация, с которой можно ознакомиться, изучив спецификацию. Ниже приведены параметры, несоблюдение которых наиболее критично и при неверном применении микросхема может выйти из строя. В первую очередь, это максимальный рабочий ток. Он приведен в предыдущем разделе для разных видов исполнения. Надо добавить, что для получения наибольшего тока в 1,5 А микросхему обязательно надо устанавливать на теплоотводе.
Максимальное напряжение на выходе регулятора, построенного на основе LM317, может быть не более 40 В. Если этого мало, надо выбрать высоковольтный аналог стабилизатора.
Минимальное напряжение на выходе составляет 1,25 В. При таком построении схемы можно получить и меньше, но сработает защита от перегрузки. Это не самый удачный вариант – такая защита должна работать от превышения выходного тока, как это работает в других интегральных стабилизаторах. Поэтому на практике получить регулятор, работающий от нуля при подаче отрицательного смещения на вывод Adjust, нельзя.
Минимальное значение входного напряжения в даташите не указано, но может быть определено из следующих соображений:
- минимальное выходное напряжение – 1,25 В;
- минимальное падение напряжения для Uвых=37 В равно трем вольтам, логично предположить, что для минимального выходного оно должно быть не меньше;
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.
