Durante el diseño de los circuitos eléctricos suele ser necesario utilizar reguladores de tensión de pequeña o mediana capacidad (hasta 1,5 A) o fuentes de tensión de referencia. Es conveniente que dicho nodo esté disponible en un diseño integrado, en forma de un solo chip. Una gama de 9 tensiones continuas de 5 a 24 V cubre la serie 78XX. El nicho de operación del LM317 son los voltajes más altos (hasta 37 V) y por debajo (hasta 1,2 V) de esta gama, tensiones intermedias, reguladores ajustables.
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Qué es el LM317
Se trata de un regulador de tensión lineal, cuyo valor de salida puede fijarse dentro de ciertos límites o reajustarse. Está disponible en múltiples paquetes de tres pines. El rango de tensión de salida de todas las variantes es el mismo, pero la corriente máxima puede variar.
| Designación | Corriente máxima, A | Caso |
|---|---|---|
| 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 |
Principales características del regulador de tensión lineal LM317
Las hojas de datos del LM317 contienen información técnica completa, que puede encontrarse leyendo la hoja de datos. A continuación se indican los parámetros cuyo incumplimiento es más crítico y, si se utiliza de forma incorrecta, el microcircuito puede fallar. En primer lugar, es la corriente máxima de funcionamiento. En la sección anterior se indica para diferentes versiones. Hay que añadir que, para obtener la corriente máxima de 1,5 A, el CI debe montarse sobre un disipador de calor.
La tensión máxima a la salida de un regulador basado en el LM317 puede ser de hasta 40V. Si no es suficiente, seleccione un regulador analógico de alta tensión.
La tensión de salida mínima es de 1,25 V. Puedes conseguir menos con este diseño de circuito, pero la protección contra sobrecargas se disparará. Esta no es una buena opción: dicha protección debería funcionar contra el sobreimpulso de la corriente de salida, como lo hace en otros reguladores integrados. En la práctica, por tanto, no es posible conseguir un regulador que funcione desde cero cuando se aplica una polarización negativa al pin de ajuste.
El valor mínimo de la tensión de entrada no se especifica en la hoja de datos, pero puede determinarse a partir de las siguientes consideraciones:
- La tensión de salida mínima es de 1,25 V;
- la caída de tensión mínima para Uout=37V es de tres voltios, es lógico suponer que para la salida mínima no debe ser menor;
Partiendo de estos dos supuestos, hay que aplicar al menos 3,5V a la entrada para obtener el valor mínimo de salida. Además, para un funcionamiento estable, la corriente a través del divisor debe ser de al menos 5 mA, para que la corriente parásita del pin ADJ no introduzca un desplazamiento de tensión significativo (en la práctica puede ser de hasta 0,5 mA).
Se trata de información procedente de las clásicas hojas de datos de fabricantes conocidos (Texas Instruments, etc.). Las hojas de datos más recientes de las empresas del sudeste asiático (Tiger Electronics, etc.) especifican este parámetro, pero implícitamente como una diferencia entre la tensión de entrada y la de salida. Debe ser de al menos 3 voltios para todas las tensiones, lo que no contradice el razonamiento anterior.
La tensión de entrada máxima no debe superar la tensión de salida diseñada en más de 40V. Esto también debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar los circuitos.
¡Importante! Los parámetros indicados sólo pueden utilizarse como referencia si el chip es de un fabricante de confianza. Los productos de fabricantes desconocidos suelen tener características inferiores
Asignación de pines y principio de funcionamiento
Se ha mencionado que el LM317 es un regulador lineal. Esto significa que la tensión de salida se estabiliza mediante la redistribución de energía entre la carga y el elemento regulador.
El transistor y la carga forman un divisor de tensión de entrada. Si la tensión fijada en la carga disminuye (debido a cambios en la corriente, etc.), el transistor se abre ligeramente. Si aumenta, se cierra, la relación de división cambia y la tensión en la carga permanece estable. Las desventajas de este circuito son bien conocidas:
- es necesario que la tensión de entrada supere a la de salida;
- El transistor regulador tiene que disipar mucha potencia;
- La eficiencia no puede superar ni siquiera teóricamente la relación Uin/Uin.
Pero hay serias ventajas (en relación con los circuitos de pulso):
- microcircuito relativamente sencillo y barato;
- Requiere una mínima canalización externa;
- y la principal ventaja es que la tensión de salida está libre de componentes parásitos de alta frecuencia (la interferencia de la fuente de alimentación es mínima).
El esquema estándar del microcircuito es el siguiente:
- La tensión de entrada se aplica a la patilla de entrada;
- Salida - salida;
- Ajuste - tensión de referencia, de la que depende la tensión de salida.
Las resistencias R1 y R2 ajustan la tensión de salida. Se calcula según la fórmula:
U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.
Iadj es la corriente parásita de la salida de ajuste, según el fabricante puede estar en el rango de 5 μA. La práctica demuestra que puede alcanzar valores de un orden de magnitud o dos superiores.
El condensador C1 puede tener una capacidad de cientos a varios miles de microfaradios. En la mayoría de los casos se trata del condensador de salida de un rectificador. Debe conectarse al microcircuito con una longitud máxima de 7 cm. Si no se puede cumplir esta condición para el condensador del rectificador, debe conectarse un condensador adicional de unos 100 µF en las inmediaciones del terminal de entrada. El condensador C3 no debe tener una capacitancia superior a 100-200 µF por dos razones:
- Para evitar que el estabilizador entre en modo de auto-oscilación;
- Para evitar una sobrecarga de corriente en la carga cuando se aplica la fuente de alimentación.
En el segundo caso, puede activarse la protección contra sobrecargas.
Hay que recordar que cuando la corriente fluye por el resistenciasSe calentarán (esto también es posible si la temperatura ambiente aumenta). La resistencia de R1 y R2 cambia, y no hay garantía de que cambien proporcionalmente. Por lo tanto, la tensión de salida puede cambiar con el calentamiento o el enfriamiento. Si esto es crítico, se pueden utilizar resistencias con un coeficiente de resistencia de temperatura normalizado. Se distinguen por la presencia de seis rayas en la carcasa. Pero estos elementos son más caros y más difíciles de comprar. Otra opción es utilizar un regulador de tensión adecuado en lugar de R2.
Qué análogos existen
Existen circuitos similares desarrollados por otras empresas en otros países. Los análogos completos son:
- GL317;
- SG317;
- UPC317;
- ECG1900.
También hay estabilizadores con características eléctricas superiores. Se pueden suministrar corrientes más altas:
- LM338 - 5A;
- LM138 - 5 A
- LM350 - 3 A.
Si se requiere una fuente de tensión regulada con un límite superior de 60V, deben utilizarse los estabilizadores LM317HV, LM117HV. El índice HV significa Alta Tensión.
Un equivalente doméstico es el KR142EN12, pero sólo viene en el paquete TO-220. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar los circuitos impresos.
Ejemplos de circuitos de conmutación de reguladores LM317
Los esquemas típicos del microcircuito se indican en la hoja de datos. La aplicación estándar -regulador de voltaje fijo- se considera más arriba.
Si se instala una resistencia variable en lugar de R2, la tensión de salida del regulador puede ajustarse puntualmente. Ten en cuenta que el potenciómetro será el punto débil del circuito. Incluso con resistencias variables de buena calidad, el punto de contacto entre el deslizador y la capa conductora tendrá cierta inestabilidad de conexión. En la práctica, esto provocará una inestabilidad adicional en la tensión de salida.
Para la protección, el fabricante recomienda incluir dos diodos D1 y D2. El primer diodo debe proteger contra una situación en la que la tensión de salida sea superior a la de entrada. En la práctica, esta situación es muy rara y sólo puede ocurrir si hay otras fuentes de tensión en el lado de salida. El fabricante señala que este diodo también protege contra un cortocircuito en la entrada: el condensador C1 crearía entonces una corriente de descarga de polaridad opuesta, lo que provocaría el fallo del chip. Pero dentro del chip en paralelo a este diodo hay una cadena de de estabilizadores y resistencias, que funcionarán exactamente igual. Así que la necesidad de este diodo es cuestionable. Y D2 en esta situación protegerá la entrada del regulador de la corriente del condensador C2.
Si pongo un transistor en paralelo R2 transistorEl funcionamiento del regulador puede ser controlado. Cuando se aplica tensión a la base del transistor, éste se abre y desvía a R2. La tensión de salida se reduce a 1,25V. Aquí hay que tener cuidado de que la diferencia entre la tensión de entrada y la de salida no supere los 40V.
El efecto perjudicial del contacto del potenciómetro sobre la estabilidad de la tensión de salida puede reducirse conectando un condensador en paralelo a la resistencia variable. En este caso el diodo de protección D1 no interfiere.
Si la corriente de salida del regulador es insuficiente, puede recargarse con un transistor externo.
Un regulador de tensión puede convertirse en un regulador de corriente incorporando un LM317 en este circuito. La corriente de salida se calcula mediante la fórmula I=1,25⋅R1. Este tipo de inclusión se utiliza a menudo como conductor para los LED: el LED se enciende como carga.
Por último, una inclusión inusual de un regulador lineal - un circuito basado en fuente de alimentación conmutada. El circuito C3R6 proporciona una retroalimentación positiva para que se produzcan las oscilaciones.
El chip LM317 tiene un número importante de puntos débiles. Pero el arte del diseño de circuitos consiste en utilizar los puntos fuertes del regulador para evitar los puntos débiles. Se identifican todas las desventajas del chip y se dan consejos para neutralizarlas. Por ello, el LM317 es popular entre los creadores de equipos de radio profesional y de aficionados.
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