Popis vlastností, přiřazení vývodů a vzorových zapojení lineárního regulátoru napětí LM317

Při návrhu elektrických obvodů je často nutné použít regulátory napětí s malým nebo středním výkonem (až 1,5 A) nebo referenční zdroje napětí. Je výhodné, pokud je takový uzel k dispozici v integrovaném provedení, v podobě jednoho čipu. Řada zahrnuje 9 stejnosměrných napětí od 5 do 24 V. 78XX. Provozní výklenek LM317 je vyšší napětí (až 37 V) a níže (až 1,2 V) tohoto rozsahu, přechodná napětí, nastavitelné regulátory.

Co je LM317

Jedná se o lineární regulátor napětí, jehož výstupní hodnotu lze nastavit v určitých mezích nebo přenastavit. Je k dispozici ve více třípinových pouzdrech. Rozsah výstupního napětí je u všech variant stejný, ale maximální proud se může lišit.

Hlavní vlastnosti lineárního regulátoru napětí LM317

Datové listy LM317 obsahují úplné technické informace, které lze nalézt po přečtení datového listu. Následují parametry, jejichž nedodržení je nejkritičtější a při nesprávném použití může dojít k selhání mikroobvodu. Především je to maximální provozní proud. Je uveden v předchozí části pro různé verze. Je třeba dodat, že pro dosažení maximálního proudu 1,5 A musí být integrovaný obvod namontován na chladiči.

Maximální napětí na výstupu regulátoru LM317 může být až 40 V. Pokud to nestačí, zvolte analogový regulátor vysokého napětí.

Minimální výstupní napětí je 1,25 V. S tímto obvodem můžete získat méně, ale ochrana proti přetížení se vypne. To není dobrá volba - taková ochrana by měla fungovat proti přeběhnutí výstupního proudu, jako je tomu u jiných integrovaných regulátorů. V praxi tedy není možné získat regulátor, který by pracoval od nuly, když je na vývod Adjust přivedeno záporné předpětí.

Minimální hodnota vstupního napětí není v datasheetu uvedena, ale lze ji určit na základě následujících úvah:

• Minimální výstupní napětí je 1,25 V;
• minimální úbytek napětí pro Uout=37V je tři volty, je logické předpokládat, že pro minimální výstup by neměl být menší;

Na základě těchto dvou předpokladů musí být na vstup přivedeno alespoň 3,5 V, aby byla získána minimální výstupní hodnota. Také pro stabilní provoz musí být proud děličem alespoň 5 mA - aby parazitní proud vývodu ADJ nezpůsoboval výrazný napěťový posun (v praxi to může být až 0,5 mA).

Jedná se o informace z klasických datových listů známých výrobců (Texas Instruments atd.). V novějších datasheetech firem z jihovýchodní Asie (Tiger Electronics atd.) je tento parametr uveden, ale implicitně jako rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím. Pro všechna napětí by měla být alespoň 3 V, což není v rozporu s předchozí úvahou.

Maximální vstupní napětí by nemělo překročit navržené výstupní napětí o více než 40 V. To je třeba zohlednit i při návrhu obvodů.

Důležité! Uvedené parametry lze použít jako referenční pouze v případě, že čip pochází od renomovaného výrobce. Výrobky od neznámých výrobců mají obvykle horší vlastnosti

Přiřazení pinů a princip činnosti

Bylo zmíněno, že LM317 je lineární regulátor. To znamená, že výstupní napětí je stabilizováno přerozdělením energie mezi zátěží a regulátorem.

Tranzistor a zátěž tvoří dělič vstupního napětí. Pokud se napětí nastavené na zátěži sníží (v důsledku změny proudu apod.), tranzistor se mírně otevře. Pokud se zvýší, uzavře se, dělicí poměr se změní a napětí na zátěži zůstane stabilní. Nevýhody tohoto zapojení jsou dobře známé:

• je nutné, aby vstupní napětí převyšovalo výstupní napětí;
• Regulační tranzistor musí odvádět velký výkon;
• Účinnost nemůže ani teoreticky překročit poměr Uin/Uin.

Existují však závažné výhody (ve srovnání s pulzními obvody):

• relativně jednoduchý a levný mikroobvod;
• Vyžaduje minimální externí potrubí;
• a hlavní výhodou je, že výstupní napětí je bez vysokofrekvenčních parazitních složek (rušení zdroje je minimální).

Standardní schéma zapojení mikroobvodu je následující:

• vstupní napětí je přivedeno na vstupní pin;
• Výstup - výstup;
• Ajust - referenční napětí, na kterém závisí výstupní napětí.

Rezistory R1 a R2 nastavují výstupní napětí. Vypočítá se podle vzorce:

U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.

Iadj je parazitní proud nastavovacího výstupu, podle výrobce může být v rozsahu 5 μA. Praxe ukazuje, že může dosahovat hodnot o řád až dva vyšších.

Kondenzátor C1 může mít kapacitu stovky až několik tisíc mikrofaradů. Ve většině případů se jedná o výstupní kondenzátor usměrňovače. Musí být připojen k mikroobvodu o maximální délce 7 cm. Pokud tuto podmínku pro usměrňovací kondenzátor nelze splnit, musí být v bezprostřední blízkosti vstupní svorky připojen další kondenzátor o kapacitě přibližně 100 µF. Kondenzátor C3 by neměl mít kapacitu větší než 100-200 µF, a to ze dvou důvodů:

• Aby se zabránilo přechodu stabilizátoru do režimu automatického kmitání;
• Aby nedocházelo k proudovému nárazu při nabíjení po připojení napájení.

Ve druhém případě se může spustit ochrana proti přetížení.

Je třeba mít na paměti, že když proud protéká skrz rezistory, zahřejí se (to je možné i při zvýšení okolní teploty). Odpory R1 a R2 se mění a není zaručeno, že se budou měnit proporcionálně. Proto se výstupní napětí může při zahřívání nebo ochlazování měnit. Pokud je to kritické, lze použít rezistory s normalizovaným teplotním součinitelem odporu. Lze je rozlišit podle šesti pruhů na krytu. Tyto prvky jsou však dražší a obtížněji se kupují. Další možností je použít místo R2 vhodný regulátor napětí.

Jaké analogy existují

Podobné obvody vyvinuly i jiné firmy v jiných zemích. Úplné analogie jsou:

• GL317;
• SG317;
• UPC317;
• ECG1900.

K dispozici jsou také stabilizátory s vyššími elektrickými vlastnostmi. Lze dodávat vyšší proudy:

• LM338 - 5A;
• LM138 - 5 A
• LM350 - 3 A.

Pokud je požadován regulovaný zdroj napětí s horní hranicí 60 V, je třeba použít stabilizátory LM317HV, LM117HV. Index HV znamená vysoké napětí.

Tuzemským ekvivalentem je KR142EN12, který se však dodává pouze v pouzdře TO-220. To je třeba vzít v úvahu při navrhování desek s plošnými spoji.

Příklady spínacích obvodů regulátoru LM317

Typická schémata mikroobvodu jsou uvedena v katalogovém listu. Standardní aplikace - regulátor pevného napětí - je uvedena výše.

Pokud je místo R2 instalován proměnný rezistor, lze výstupní napětí regulátoru pohotově nastavit. Všimněte si, že potenciometr bude slabým místem obvodu. I u kvalitních proměnných rezistorů bude v místě kontaktu mezi jezdcem a vodivou vrstvou docházet k určité nestabilitě spojení. V praxi to vede k další nestabilitě výstupního napětí.

Výrobce doporučuje pro ochranu přibalit dva diody D1 a D2. První dioda by měla chránit před situací, kdy je výstupní napětí vyšší než vstupní napětí. V praxi je tato situace velmi vzácná a může nastat pouze tehdy, pokud jsou na výstupní straně jiné zdroje napětí. Výrobce uvádí, že tato dioda chrání také před zkratem na vstupu - kondenzátor C1 by pak vytvořil vybíjecí proud opačné polarity, což by způsobilo poruchu čipu. Uvnitř čipu je však paralelně s touto diodou řetězec. stabilizátorů a rezistory, které budou fungovat úplně stejně. Potřeba této diody je tedy sporná. A D2 v této situaci chrání vstup stabilizátoru před proudem kondenzátoru C2.

Pokud dám tranzistor paralelně k R2 tranzistor, lze řídit provoz AVR. Když se na bázi tranzistoru přivede napětí, otevře se a zkratuje R2. Výstupní napětí se sníží na 1,25 V. Zde je třeba dbát na to, aby rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím nepřesáhl 40 V.

Škodlivý vliv kontaktu potenciometru na stabilitu výstupního napětí lze snížit paralelním připojením kondenzátoru k proměnnému odporu. V tomto případě ochranná dioda D1 nezasahuje.

Pokud je výstupní proud AVR nedostatečný, lze jej dobít externím tranzistorem.

Regulátor napětí lze přeměnit na regulátor proudu zapojením obvodu LM317. Výstupní proud se vypočítá podle vzorce I=1,25⋅R1. Tento typ zapojení se často používá jako ovladač pro LED diody - LED dioda je zapnuta jako zátěž.

A konečně, neobvyklé zařazení lineárního regulátoru - obvodu založeného na spínaný napájecí zdroj. Obvod C3R6 zajišťuje kladnou zpětnou vazbu pro vznik oscilací.

Čip LM317 má značné množství slabin. Umění návrhu obvodů však spočívá ve využití silných stránek regulátoru k obejití jeho slabých stránek. Jsou zde uvedeny všechny nevýhody čipu a rady, jak je neutralizovat. Proto je LM317 oblíbený u tvůrců profesionálních a amatérských rádiových zařízení.

Související články: