Beschrijving van kenmerken, pintoewijzing en voorbeeldschakelingen van LM317 lineaire spanningsregelaar

Bij het ontwerpen van elektrische circuits is het vaak nodig spanningsregelaars van kleine of gemiddelde capaciteit te gebruiken (tot 1,5 A) of referentiespanningsbronnen. Het is handig als een dergelijk knooppunt beschikbaar is in een geïntegreerd ontwerp, in de vorm van een enkele chip. Een reeks van 9 gelijkspanningsniveaus van 5 tot 24 V dekt de serie 78XX. De LM317's nis van werking is hogere spanningen (tot 37 V) en lager (tot 1,2 V) in dit bereik, tussenspanningen, regelbare regelaars.

Wat is de LM317

Dit is een lineaire spanningsregelaar, waarvan de uitgangswaarde binnen bepaalde grenzen kan worden ingesteld of bijgesteld. Hij is verkrijgbaar in verschillende driepinsverpakkingen. Het uitgangsspanningsbereik van alle varianten is gelijk, maar de maximale stroom kan variëren.

Belangrijkste kenmerken van de LM317 lineaire spanningsregelaar

De LM317 datasheets bevatten volledige technische informatie, die kan worden gevonden door het lezen van het datasheet. Hieronder volgen de parameters, waarvan de niet-naleving het meest kritisch is en bij onjuist gebruik kan de microschakeling defect raken. In de eerste plaats is dat de maximale bedrijfsstroom. Het wordt in het vorige hoofdstuk gegeven voor verschillende versies. Hieraan moet worden toegevoegd dat, om de maximale stroom van 1,5 A te verkrijgen, het IC op een koellichaam moet worden gemonteerd.

De maximale spanning aan de uitgang van een LM317-gebaseerde regelaar kan tot 40V bedragen. Als dit niet voldoende is, kies dan een analoge hoogspanningsregelaar.

De minimale uitgangsspanning is 1,25 V. U kunt minder krijgen met dit circuitontwerp, maar de overbelastingsbeveiliging zal uitschakelen. Dit is geen goede optie - een dergelijke beveiliging zou moeten werken tegen overschrijding van de uitgangsstroom, zoals het geval is in andere geïntegreerde regelaars. In de praktijk is het dus niet mogelijk een regelaar te krijgen die vanaf nul werkt wanneer een negatieve bias op de Adjust pen wordt toegepast.

De minimale waarde van de ingangsspanning wordt niet gespecificeerd in het gegevensblad, maar kan worden bepaald op grond van de volgende overwegingen:

• De minimale uitgangsspanning is 1,25 V;
• de minimale spanningsval voor Uout=37V drie volt is, is het logisch aan te nemen dat deze voor de minimale uitgang niet minder mag zijn;

Op basis van deze twee veronderstellingen moet op de ingang ten minste 3,5V worden toegepast om de minimale uitgangswaarde te krijgen. Voor een stabiele werking moet de stroom door de deler ook ten minste 5 mA bedragen - zodat de parasitaire stroom van de ADJ pen geen significante spanningsverschuiving introduceert (in de praktijk kan dit tot 0,5 mA zijn).

Dit verwijst naar informatie uit de klassieke datasheets van bekende fabrikanten (Texas Instruments enz.). De nieuwere datasheets van Zuidoost-Aziatische firma's (Tiger Electronics enz.) specificeren deze parameter, maar impliciet als een verschil tussen ingangsspanning en uitgangsspanning. Het moet voor alle spanningen ten minste 3 volt zijn, hetgeen niet in strijd is met de vorige redenering.

De maximale ingangsspanning mag de ontworpen uitgangsspanning met niet meer dan 40 V overschrijden. Hiermee moet ook rekening worden gehouden bij het ontwerpen van schakelingen.

Belangrijk! De vermelde parameters kunnen alleen als referentie worden gebruikt als de chip van een gerenommeerde fabrikant afkomstig is. Producten van onbekende fabrikanten hebben meestal minder goede eigenschappen

Pinbezetting en werkingsprincipe

Er is gezegd dat de LM317 een lineaire regulator is. Dit betekent dat de uitgangsspanning wordt gestabiliseerd door de herverdeling van energie tussen de belasting en de regelaar.

De transistor en de belasting vormen een ingangsspanningsdeler. Als de op de belasting ingestelde spanning daalt (door veranderingen in de stroom, enz.), gaat de transistor iets open. Als deze toeneemt, sluit hij, de verdeelverhouding verandert en de spanning op de belasting blijft stabiel. De nadelen van dit circuit zijn welbekend:

• is het noodzakelijk dat de ingangsspanning hoger is dan de uitgangsspanning;
• De regeltransistor moet veel stroom afgeven;
• Het rendement kan zelfs theoretisch niet hoger zijn dan de Uin/Uin-verhouding.

Maar er zijn serieuze voordelen (ten opzichte van de puls circuits):

• relatief eenvoudige en goedkope microschakeling;
• Vereist minimaal extern leidingwerk;
• en het belangrijkste voordeel is dat de uitgangsspanning vrij is van hoogfrequente parasitaire componenten (storing in de voeding is minimaal).

Het standaardschakelschema van de microschakeling ziet er als volgt uit:

• ingangsspanning wordt toegepast op de ingangspin;
• Uitgang - uitgang;
• Ajust - referentiespanning, waarvan de uitgangsspanning afhangt.

De weerstanden R1 en R2 bepalen de uitgangsspanning. Het wordt berekend volgens de formule:

U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.

Iadj is de parasitaire stroom van de insteluitgang, volgens de fabrikant kan deze in het bereik van 5 μA liggen. De praktijk wijst uit dat het waarden kan bereiken die een orde van grootte of twee hoger liggen.

Condensator C1 kan een capaciteit hebben van honderden tot enkele duizenden microfarads. In de meeste gevallen is het de uitgangscondensator van een gelijkrichter. Het moet op de microschakeling worden aangesloten met een maximumlengte van 7 cm. Indien niet aan deze voorwaarde voor de gelijkrichtercondensator kan worden voldaan, moet een extra condensator van ongeveer 100 µF in de onmiddellijke nabijheid van de ingangsklem worden aangesloten. Condensator C3 mag om twee redenen geen grotere capaciteit hebben dan 100-200 µF:

• Om te voorkomen dat de stabilisator in auto-oscillatie modus gaat;
• Om een stroomstoot op de lading te voorkomen wanneer de stroomvoorziening wordt ingeschakeld.

In het tweede geval kan de overbelastingsbeveiliging in werking treden.

Men mag niet vergeten dat wanneer er stroom door de weerstandenworden ze warm (dit is ook mogelijk als de omgevingstemperatuur stijgt). De weerstand van R1 en R2 verandert, en er is geen garantie dat ze evenredig veranderen. Daarom kan de uitgangsspanning veranderen bij opwarming of afkoeling. Indien dit van kritiek belang is, kunnen weerstanden met een genormaliseerde temperatuurscoëfficiënt worden gebruikt. Ze zijn te onderscheiden door de aanwezigheid van zes strepen op de behuizing. Maar deze elementen zijn duurder en moeilijker aan te schaffen. Een andere mogelijkheid is het gebruik van een geschikte spanningsregelaar in plaats van R2.

Welke analogen bestaan er

Er zijn soortgelijke circuits ontwikkeld door andere bedrijven in andere landen. Volledige analogen zijn:

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

Stabilisatoren met hogere elektrische eigenschappen zijn eveneens verkrijgbaar. Er kunnen hogere stromen worden geleverd:

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

Indien een gereguleerde spanningsbron met een bovengrens van 60V is vereist, moeten de LM317HV, LM117HV stabilisatoren worden gebruikt. De index HV staat voor Hoogspanning.

Een binnenlands equivalent is de KR142EN12, maar deze wordt alleen geleverd in de TO-220 behuizing. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van gedrukte schakelingen.

Voorbeelden van LM317 regelaar-schakelcircuits

Typische schema's van de microschakeling worden gegeven in het gegevensblad. De standaardtoepassing - vaste spanningsregelaar - wordt hierboven behandeld.

Als in plaats van R2 een variabele weerstand wordt geïnstalleerd, kan de uitgangsspanning van de regelaar snel worden aangepast. Merk op dat de potentiometer het zwakke punt in de schakeling zal zijn. Zelfs bij variabele weerstanden van goede kwaliteit zal het contactpunt tussen de schuifregelaar en de geleidende laag enige verbindingsinstabiliteit vertonen. In de praktijk zal dit resulteren in extra instabiliteit van de uitgangsspanning.

Ter bescherming beveelt de fabrikant aan om twee dioden D1 en D2. De eerste diode moet bescherming bieden tegen een situatie waarin de uitgangsspanning hoger is dan de ingangsspanning. In de praktijk is deze situatie zeer zeldzaam en kan zij zich alleen voordoen als er andere spanningsbronnen aan de uitgangszijde zijn. De fabrikant merkt op dat deze diode ook bescherming biedt tegen kortsluiting aan de ingang - condensator C1 zou dan een ontlaadstroom van tegengestelde polariteit veroorzaken, waardoor de chip defect zou raken. Maar binnenin de chip, parallel aan deze diode, is er een keten van van stabilisatoren en weerstanden, die op precies dezelfde manier zullen werken. Dus de noodzaak van deze diode is twijfelachtig. En D2 zal in deze situatie de ingang van de stabilisator beschermen tegen de stroom van condensator C2.

Als ik een transistor parallel zet aan R2 transistorkan de werking van de AVR worden geregeld. Wanneer spanning op de basis van de transistor wordt gezet, opent hij en stuurt R2 aan. De uitgangsspanning wordt verlaagd tot 1,25V. Hierbij moet erop worden gelet dat het verschil tussen de ingangsspanning en de uitgangsspanning niet groter is dan 40V.

Het nadelige effect van het potentiometercontact op de stabiliteit van de uitgangsspanning kan worden verminderd door parallel aan de variabele weerstand een condensator aan te sluiten. In dit geval stoort de beveiligingsdiode D1 niet.

Als de uitgangsstroom van de AVR onvoldoende is, kan deze worden versterkt met een externe transistor.

Van een spanningsregelaar kan een stroomregelaar worden gemaakt door een LM317 in deze schakeling op te nemen. De uitgangsstroom wordt berekend met de formule I=1,25⋅R1. Dit soort insluiting wordt vaak gebruikt als driver voor LED's - de LED wordt ingeschakeld als een belasting.

Tenslotte, een ongebruikelijke opname van een lineaire regulator - een circuit gebaseerd op schakelende voeding. Het C3R6-circuit zorgt voor positieve terugkoppeling zodat de oscillaties kunnen optreden.

De LM317 chip heeft een groot aantal zwakke punten. Maar de kunst van het circuitontwerp is om de sterke punten van de regelaar te gebruiken om de zwakke punten te omzeilen. Alle nadelen van de chip worden opgesomd, en er wordt advies gegeven over hoe deze kunnen worden geneutraliseerd. Daarom is de LM317 populair bij makers van professionele en amateur radio-apparatuur.

Verwante artikelen: