Bei der Planung von Stromkreisen ist es häufig erforderlich, Spannungsregler kleiner oder mittlerer Leistung (bis zu 1,5 A) oder Referenzspannungsquellen. Es ist praktisch, wenn ein solcher Knoten in einem integrierten Design, in Form eines einzigen Chips, verfügbar ist. Eine Reihe von 9 Gleichspannungswerten von 5 bis 24 V deckt die Serie ab 78XX. Die Betriebsnische des LM317 liegt bei höheren Spannungen (bis zu 37 V) und darunter (bis zu 1,2 V) in diesem Bereich, Zwischenspannungen, einstellbare Regler.
Inhalt
Was ist der LM317
Es handelt sich um einen linearen Spannungsregler, dessen Ausgangswert innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt oder nachjustiert werden kann. Er ist in mehreren dreipoligen Gehäusen erhältlich. Der Ausgangsspannungsbereich ist bei allen Varianten gleich, aber der maximale Strom kann variieren.
| Bezeichnung | Maximaler Strom, A | Fall |
|---|---|---|
| LM317T | 1,5 | TO-220 |
| LM317LZ | 0,1 | TO-92 |
| LM317P | 1,5 | ISOWAT-220 |
| LM317D2T | 1,5 | D2PAK |
| LM317K | 0,1 | TO-3 |
| LM317LD | 1,5 | SO-8 |
Hauptmerkmale des linearen Spannungsreglers LM317
Die Datenblätter des LM317 enthalten vollständige technische Informationen, die durch Lesen des Datenblatts abgerufen werden können. Nachfolgend sind die Parameter aufgeführt, deren Nichteinhaltung besonders kritisch ist und bei falscher Anwendung zum Ausfall des Mikroschaltkreises führen kann. Das ist zunächst einmal der maximale Betriebsstrom. Sie ist im vorherigen Abschnitt für verschiedene Versionen angegeben. Es sollte hinzugefügt werden, dass der IC auf einem Kühlkörper montiert werden muss, um den maximalen Strom von 1,5 A zu erreichen.
Die maximale Spannung am Ausgang eines LM317-basierten Reglers kann bis zu 40 V betragen. Sollte dies nicht ausreichen, wählen Sie einen analogen Hochspannungsregler.
Die minimale Ausgangsspannung beträgt 1,25 V. Mit dieser Schaltung kann man weniger erreichen, aber der Überlastungsschutz wird ausgelöst. Dies ist keine gute Option - ein solcher Schutz sollte wie bei anderen integrierten Reglern gegen Überschwingen des Ausgangsstroms wirken. In der Praxis ist es daher nicht möglich, einen Regler zu erhalten, der von Null aus arbeitet, wenn eine negative Vorspannung am Adjust-Pin angelegt wird.
Der Mindesteingangsspannungswert ist im Datenblatt nicht angegeben, kann aber anhand der folgenden Überlegungen ermittelt werden:
- Die minimale Ausgangsspannung beträgt 1,25 V;
- der minimale Spannungsabfall für Uout=37V drei Volt beträgt, ist es logisch anzunehmen, dass er für den minimalen Ausgang nicht geringer sein sollte;
Ausgehend von diesen beiden Annahmen müssen mindestens 3,5 V an den Eingang angelegt werden, um den Mindestausgangswert zu erhalten. Auch für einen stabilen Betrieb muss der Strom durch den Teiler mindestens 5 mA betragen - damit der parasitäre Strom des ADJ-Pins keine signifikante Spannungsverschiebung verursacht (in der Praxis kann er bis zu 0,5 mA betragen).
Dies bezieht sich auf Informationen aus den klassischen Datenblättern bekannter Hersteller (Texas Instruments etc.). In den neueren Datenblättern südostasiatischer Firmen (Tiger Electronics etc.) wird dieser Parameter zwar angegeben, aber implizit als Differenz zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung. Sie sollte bei allen Spannungen mindestens 3 Volt betragen, was nicht im Widerspruch zu den vorherigen Überlegungen steht.
Die maximale Eingangsspannung sollte die vorgesehene Ausgangsspannung um nicht mehr als 40 V übersteigen. Dies sollte auch beim Entwurf von Schaltungen berücksichtigt werden.
Wichtig! Die angegebenen Parameter können nur dann als Referenz verwendet werden, wenn der Chip von einem renommierten Hersteller stammt. Produkte von unbekannten Herstellern schneiden in der Regel schlechter ab
Anschlussbelegung und Funktionsweise
Es wurde bereits erwähnt, dass der LM317 ein Linearregler ist. Dies bedeutet, dass die Ausgangsspannung durch die Umverteilung der Energie zwischen der Last und dem Regelelement stabilisiert wird.
Der Transistor und die Last bilden eine Eingangsspannungsteiler. Wenn die an der Last eingestellte Spannung sinkt (aufgrund von Stromänderungen usw.), öffnet sich der Transistor leicht. Steigt sie an, schließt sie sich, das Teilungsverhältnis ändert sich und die Spannung an der Last bleibt stabil. Die Nachteile dieser Schaltung sind hinlänglich bekannt:
- ist es erforderlich, dass die Eingangsspannung die Ausgangsspannung übersteigt;
- Der Regeltransistor muss viel Leistung abführen;
- Der Wirkungsgrad kann nicht einmal theoretisch das Verhältnis Uin/Uin übersteigen.
Aber es gibt gravierende Vorteile (im Vergleich zu den Impulsschaltungen):
- relativ einfachen und kostengünstigen Mikroschaltkreis;
- Erfordert minimale externe Verrohrung;
- und der Hauptvorteil besteht darin, dass die Ausgangsspannung frei von hochfrequenten Störkomponenten ist (minimale Störung der Stromversorgung).
Das Standardschaltbild des Mikroschaltkreises sieht wie folgt aus:
- Eingangsspannung an den Eingangsstift angelegt wird;
- Ausgang - Ausgang;
- Ajust - Referenzspannung, von der die Ausgangsspannung abhängt.
Die Widerstände R1 und R2 stellen die Ausgangsspannung ein. Sie wird nach der Formel berechnet:
U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.
Iadj ist der parasitäre Strom des Einstellausgangs, der nach Angaben des Herstellers im Bereich von 5 μA liegen kann. Die Praxis zeigt, dass sie Werte erreichen kann, die um eine oder zwei Größenordnungen höher liegen.
Der Kondensator C1 kann eine Kapazität von Hunderten bis mehreren Tausend Mikrofarad haben. In den meisten Fällen handelt es sich um den Ausgangskondensator eines Gleichrichters. Er muss mit einer Länge von maximal 7 cm an den Mikroschaltkreis angeschlossen werden. Wenn diese Bedingung für den Gleichrichterkondensator nicht erfüllt werden kann, muss ein zusätzlicher Kondensator von etwa 100 µF in unmittelbarer Nähe der Eingangsklemme angeschlossen werden. Der Kondensator C3 sollte aus zwei Gründen eine Kapazität von nicht mehr als 100-200 µF haben:
- Um zu verhindern, dass der Stabilisator in den Selbstoszillationsmodus übergeht;
- Um einen Stromstoß auf die Ladung zu vermeiden, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird.
Im zweiten Fall kann der Überlastungsschutz ausgelöst werden.
Es ist zu bedenken, dass beim Stromfluss durch die WiderständeSie werden warm (dies ist auch möglich, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt). Der Widerstand von R1 und R2 ändert sich, und es gibt keine Garantie dafür, dass sie sich proportional zueinander ändern. Daher kann sich die Ausgangsspannung bei Erwärmung oder Abkühlung ändern. Wenn dies kritisch ist, können Widerstände mit einem normierten Temperaturkoeffizienten verwendet werden. Sie sind an den sechs Streifen auf dem Gehäuse zu erkennen. Diese Elemente sind jedoch teurer und schwieriger zu beschaffen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, anstelle von R2 einen geeigneten Spannungsregler zu verwenden.
Welche Entsprechungen gibt es?
Es gibt ähnliche Schaltungen, die von anderen Firmen in anderen Ländern entwickelt wurden. Vollständige Analogien sind:
- GL317;
- SG317;
- UPC317;
- ECG1900.
Es sind auch Stabilisatoren mit höheren elektrischen Eigenschaften erhältlich. Es können höhere Ströme geliefert werden:
- LM338 - 5A;
- LM138 - 5 A
- LM350 - 3 A.
Wenn eine geregelte Spannungsquelle mit einer Obergrenze von 60V benötigt wird, müssen die Stabilisatoren LM317HV, LM117HV verwendet werden. Der Index HV steht für Hochspannung.
Ein inländisches Äquivalent ist der KR142EN12, der jedoch nur im TO-220-Gehäuse erhältlich ist. Dies sollte beim Entwurf von Leiterplatten berücksichtigt werden.
Beispiele für LM317-Regler-Schaltkreise
Typische Schemata des Mikroschaltkreises sind im Datenblatt angegeben. Die Standardanwendung - Festspannungsregler - wird oben betrachtet.
Wird anstelle von R2 ein variabler Widerstand eingebaut, kann die Ausgangsspannung des Reglers zeitnah angepasst werden. Beachten Sie, dass das Potentiometer die Schwachstelle in der Schaltung ist. Selbst bei qualitativ hochwertigen Drehwiderständen ist der Kontaktpunkt zwischen dem Schleifer und der leitenden Schicht instabil. In der Praxis führt dies zu einer zusätzlichen Instabilität der Ausgangsspannung.
Zum Schutz empfiehlt der Hersteller die Verwendung von zwei Dioden D1 und D2. Die erste Diode soll vor einer Situation schützen, in der die Ausgangsspannung höher ist als die Eingangsspannung. In der Praxis ist diese Situation sehr selten und kann nur auftreten, wenn auf der Ausgangsseite andere Spannungsquellen vorhanden sind. Der Hersteller weist darauf hin, dass diese Diode auch vor einem Kurzschluss am Eingang schützt - der Kondensator C1 würde dann einen Entladestrom mit entgegengesetzter Polarität erzeugen, was zum Ausfall des Chips führen würde. Aber im Inneren des Chips gibt es parallel zu dieser Diode eine Kette von von Stabilisatoren und Widerstände, die auf genau dieselbe Weise funktionieren. Der Bedarf an dieser Diode ist also fraglich. Und D2 schützt in dieser Situation den Eingang des Reglers vor dem Strom des Kondensators C2.
Wenn ich einen Transistor parallel zu R2 schalte Transistorkann der Betrieb des AVRs gesteuert werden. Wenn eine Spannung an die Basis des Transistors angelegt wird, öffnet er sich und schaltet R2 nebenbei. Die Ausgangsspannung wird auf 1,25 V reduziert. Dabei ist darauf zu achten, dass die Differenz zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung 40 V nicht überschreitet.
Die nachteilige Wirkung des Potentiometerkontakts auf die Stabilität der Ausgangsspannung kann durch Parallelschaltung eines Kondensators zum veränderlichen Widerstand verringert werden. In diesem Fall greift die Schutzdiode D1 nicht ein.
Wenn der Ausgangsstrom des AVR nicht ausreicht, kann er mit einem externen Transistor wieder aufgeladen werden.
Ein Spannungsregler kann in einen Stromregler umgewandelt werden, indem ein LM317 in diese Schaltung eingebaut wird. Der Ausgangsstrom wird nach der Formel I=1,25⋅R1 berechnet. Diese Art von Einschluss wird häufig als Treiber für LEDs verwendet - die LED wird als Last eingeschaltet.
Schließlich ist die ungewöhnliche Einbeziehung eines linearen Reglers - eine Schaltung auf der Grundlage von Schaltnetzteil. Die C3R6-Schaltung sorgt für eine positive Rückkopplung, damit die Schwingungen auftreten können.
Der LM317-Chip hat eine ganze Reihe von Schwachstellen. Die Kunst der Schaltungsentwicklung besteht jedoch darin, die Stärken des Reglers zu nutzen, um die Schwächen zu umgehen. Alle Nachteile des Chips werden aufgezeigt, und es werden Ratschläge gegeben, wie man sie neutralisieren kann. Daher ist der LM317 bei den Herstellern von professionellen und Amateurfunkgeräten sehr beliebt.
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