Az elektromos áramkörök tervezése során gyakran szükséges kis vagy közepes teljesítményű feszültségszabályozók használata (1,5 A-ig) vagy referenciafeszültség-források. Kényelmes, ha egy ilyen csomópont integrált kivitelben, egyetlen chip formájában áll rendelkezésre. A sorozatot 9 egyenfeszültségi tartományban 5 és 24 V közötti egyenáramú feszültségek fedik le. 78XX. Az LM317 működési rése a magasabb feszültségek (37 V-ig) és alatta (1,2 V-ig) e tartományban, közbenső feszültségek, állítható szabályozók.
Tartalomjegyzék
Mi az LM317
Ez egy lineáris feszültségszabályozó, amelynek kimeneti értéke bizonyos határok között állítható, illetve újra beállítható. Többféle három tűs házban kapható. A kimeneti feszültségtartomány minden változatnál azonos, de a maximális áram változhat.
| Megnevezés | Maximális áram, A | Ügy |
|---|---|---|
| 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 |
Az LM317 lineáris feszültségszabályozó főbb jellemzői
Az LM317 adatlapjai teljes körű műszaki információkat tartalmaznak, amelyek az adatlapon olvashatóak. Az alábbiakban azokat a paramétereket soroljuk fel, amelyek be nem tartása a legkritikusabb, és amelyek helytelen alkalmazása esetén a mikroáramkör meghibásodhat. Először is, ez a maximális működési áram. Az előző szakaszban a különböző változatokra vonatkozóan adjuk meg. Hozzá kell tenni, hogy az 1,5 A maximális áram eléréséhez az IC-t hűtőbordára kell szerelni.
Az LM317-alapú szabályozó kimenetén a maximális feszültség akár 40 V is lehet. Ha ez nem elegendő, válasszon egy nagyfeszültségű analóg szabályozót.
A minimális kimeneti feszültség 1,25 V. Ezzel az áramköri kialakítással kevesebbet is kaphat, de a túlterhelésvédelem kiold. Ez nem jó megoldás - az ilyen védelemnek a kimeneti áram túllövése ellen kellene működnie, ahogyan más integrált szabályozókban is. A gyakorlatban ezért nem lehetséges olyan szabályozót kapni, amely nulláról működik, amikor negatív előfeszítést alkalmazunk az Adjust csapra.
A minimális bemeneti feszültség értéke nincs megadva az adatlapon, de a következő szempontok alapján meghatározható:
- A minimális kimeneti feszültség 1,25 V;
- a minimális feszültségesés Uout=37V esetén három volt, logikusan feltételezhető, hogy a minimális kimenet esetén nem lehet kevesebb;
E két feltételezés alapján legalább 3,5 V-ot kell a bemenetre kapcsolni a minimális kimeneti érték eléréséhez. A stabil működéshez az osztón átfolyó áramnak is legalább 5 mA-nek kell lennie, hogy az ADJ pin parazitaárama ne okozzon jelentős feszültségeltolódást (a gyakorlatban ez akár 0,5 mA is lehet).
Ez a jól ismert gyártók (Texas Instruments stb.) klasszikus adatlapjain szereplő információkra vonatkozik. A délkelet-ázsiai cégek (Tiger Electronics stb.) újabb adatlapjai megadják ezt a paramétert, de implicit módon a bemeneti feszültség és a kimeneti feszültség közötti különbségként. Minden feszültségnél legalább 3 voltnak kell lennie, ami nem mond ellent az előző érvelésnek.
A maximális bemeneti feszültség nem haladhatja meg a tervezett kimeneti feszültséget több mint 40V-tal. Ezt az áramkörök tervezésekor is figyelembe kell venni.
Fontos! A megadott paraméterek csak akkor használhatók referenciaként, ha a chip jó hírű gyártótól származik. Az ismeretlen gyártóktól származó termékek általában alacsonyabb jellemzőkkel rendelkeznek
Tűkiosztás és működési elv
Említésre került, hogy az LM317 egy lineáris szabályozó. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti feszültséget a terhelés és a szabályozó elem közötti energia újraelosztás stabilizálja.
A tranzisztor és a terhelés egy bemeneti feszültségosztó. Ha a terhelésen beállított feszültség csökken (az áram változása stb. miatt), a tranzisztor kissé kinyílik. Ha növekszik, akkor bezárul, az osztási arány megváltozik, és a terhelésen lévő feszültség stabil marad. Ennek az áramkörnek a hátrányai jól ismertek:
- szükséges, hogy a bemeneti feszültség meghaladja a kimeneti feszültséget;
- A szabályozó tranzisztornak sok energiát kell elvezetnie;
- A hatásfok még elméletileg sem haladhatja meg az Uin/Uin arányt.
De komoly előnyei vannak (az impulzus áramkörökhöz képest):
- viszonylag egyszerű és olcsó mikroáramkör;
- Minimális külső csővezetéket igényel;
- és a fő előnye, hogy a kimeneti feszültség mentes a nagyfrekvenciás parazita összetevőktől (a tápegység zavarása minimális).
A mikroáramkör szabványos kapcsolási rajza a következő:
- a bemeneti feszültség a bemeneti csapra kerül;
- Kimenet - kimenet;
- Ajust - referenciafeszültség, amelytől a kimeneti feszültség függ.
Az R1 és R2 ellenállások állítják be a kimeneti feszültséget. A képlet szerint kerül kiszámításra:
U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.
Iadj a beállítási kimenet parazitaárama, a gyártó szerint 5 μA tartományban lehet. A gyakorlat azt mutatja, hogy egy vagy két nagyságrenddel magasabb értékeket is elérhet.
A C1 kondenzátor kapacitása több száz és több ezer mikrofarád között lehet. A legtöbb esetben ez az egyenirányító kimeneti kondenzátora. A mikroáramkörhöz legfeljebb 7 cm hosszan kell csatlakoztatni. Ha ez a feltétel az egyenirányító kondenzátorra vonatkozóan nem teljesíthető, akkor a bemeneti kapocs közvetlen közelében egy további, kb. 100 µF-os kondenzátort kell csatlakoztatni. A C3 kondenzátor kapacitása két okból sem lehet nagyobb 100-200 µF-nél:
- Annak elkerülése érdekében, hogy a stabilizátor önrezgéses üzemmódba kerüljön;
- A töltésen fellépő áramlökés elkerülése érdekében, amikor a tápegységet bekapcsolják.
A második esetben a túlterhelés elleni védelem működésbe léphet.
Nem szabad elfelejteni, hogy amikor az áram átfolyik a ellenállások, felmelegednek (ez akkor is lehetséges, ha a környezeti hőmérséklet emelkedik). Az R1 és R2 ellenállása változik, és nincs garancia arra, hogy arányosan változnak. Ezért a kimeneti feszültség a felmelegedéssel vagy lehűléssel változhat. Ha ez kritikus, akkor olyan ellenállások használhatók, amelyeknek az ellenállása normalizált hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik. Megkülönböztethetők a házon található hat csíkról. Ezek az elemek azonban drágábbak és nehezebben megvásárolhatók. Egy másik lehetőség az R2 helyett egy megfelelő feszültségszabályozó használata.
Milyen analógok léteznek
Más országokban más cégek is kifejlesztettek hasonló áramköröket. A teljes analógok a következők:
- GL317;
- SG317;
- UPC317;
- ECG1900.
Nagyobb elektromos jellemzőkkel rendelkező stabilizátorok is rendelkezésre állnak. Nagyobb áramot is lehet szállítani:
- LM338 - 5A;
- LM138 - 5 A
- LM350 - 3 A.
Ha szabályozott feszültségforrásra van szükség 60V felső határértékkel, akkor az LM317HV, LM117HV stabilizátorokat kell használni. A HV index a nagyfeszültséget jelenti.
Ennek hazai megfelelője a KR142EN12, de ez csak TO-220-as csomagolásban kapható. Ezt figyelembe kell venni a nyomtatott áramköri lapok tervezésekor.
Példák LM317 szabályozó kapcsolóáramkörökre
A mikroáramkör tipikus sémáit az adatlap tartalmazza. A standard alkalmazást - fix feszültségszabályozó - a fentiekben tekintjük át.
Ha az R2 helyére egy változtatható ellenállás kerül, akkor a szabályozó kimeneti feszültsége azonnal beállítható. Vegye figyelembe, hogy a potenciométer lesz az áramkör gyenge pontja. Még a jó minőségű változó ellenállások esetében is előfordulhat, hogy a csúszka és a vezető réteg közötti érintkezési ponton a kapcsolat instabil lesz. A gyakorlatban ez a kimeneti feszültség további instabilitását eredményezi.
A védelem érdekében a gyártó azt ajánlja, hogy két diódák D1 és D2. Az első diódának olyan helyzet ellen kell védenie, amikor a kimeneti feszültség magasabb, mint a bemeneti feszültség. A gyakorlatban ez a helyzet nagyon ritka, és csak akkor fordulhat elő, ha a kimeneti oldalon más feszültségforrások is vannak. A gyártó megjegyzi, hogy ez a dióda védelmet nyújt a bemeneten keletkező rövidzárlat ellen is - a C1 kondenzátor ekkor ellentétes polaritású kisülési áramot hozna létre, ami a chip meghibásodását okozná. De a chip belsejében ezzel a diódával párhuzamosan van egy láncolat a stabilizátorok és ellenállások, amelyek pontosan ugyanúgy működnek. Így ennek a diódának a szükségessége megkérdőjelezhető. A D2 ebben a helyzetben megvédi a stabilizátor bemenetét a C2 kondenzátor áramától.
Ha egy tranzisztort teszek párhuzamosan R2 tranzisztor, az AVR működése vezérelhető. Amikor a tranzisztor bázisára feszültséget kapcsolunk, az kinyílik és R2-t átkapcsolja. A kimeneti feszültség 1,25 V-ra csökken. Itt ügyelni kell arra, hogy a bemeneti feszültség és a kimeneti feszültség közötti különbség ne haladja meg a 40V-ot.
A potenciométer érintkezésének a kimeneti feszültség stabilitására gyakorolt káros hatása csökkenthető a változó ellenállással párhuzamosan kapcsolt kondenzátorral. Ebben az esetben a D1 védelmi dióda nem zavar.
Ha az AVR kimeneti árama nem elegendő, akkor egy külső tranzisztorral növelhető.
A feszültségszabályozóból áramszabályozóvá alakítható egy LM317 beépítésével ebbe az áramkörbe. A kimeneti áramot az I=1,25⋅R1 képlettel kell kiszámítani. Ezt a fajta beépítést gyakran használják LED-ek meghajtójaként - a LED-et terhelésként kapcsolják be.
Végül, egy szokatlan beépítés egy lineáris szabályozó - egy áramkör alapján kapcsolóüzemű tápegység. A C3R6 áramkör pozitív visszacsatolást biztosít a rezgésekhez.
Az LM317 chipnek jelentős számú gyengesége van. Az áramköri tervezés művészete azonban abban áll, hogy a szabályozó erősségeit kihasználva megkerülje a gyengeségeket. A chip összes hátrányát azonosítjuk, és tanácsokat adunk, hogyan semlegesíthetjük azokat. Ezért az LM317 népszerű a professzionális és amatőr rádióberendezések készítői körében.
Kapcsolódó cikkek:
