Podczas projektowania obwodów elektrycznych często konieczne jest stosowanie regulatorów napięcia o małej lub średniej mocy (do 1,5 A) lub źródła napięcia odniesienia. Wygodnie jest, gdy taki węzeł jest dostępny w wersji zintegrowanej, w postaci pojedynczego układu scalonego. Seria obejmuje 9 wartości znamionowych napięcia stałego od 5 do 24 V. 78XX. Wnęką działania LM317 są wyższe napięcia (do 37 V) i poniżej (do 1,2 V) z tego zakresu, napięcia pośrednie, regulatory nastawne.
Spis treści
Co to jest układ LM317?
Jest to liniowy regulator napięcia, którego wartość wyjściową można ustawić w pewnych granicach lub ponownie wyregulować. Jest on dostępny w wielu pakietach z trzema stykami. Zakres napięcia wyjściowego we wszystkich wariantach jest taki sam, ale maksymalny prąd może być różny.
| Oznaczenie | Prąd maksymalny, A | Sprawa |
|---|---|---|
| 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 |
Główne cechy liniowego regulatora napięcia LM317
Karty katalogowe LM317 zawierają pełne informacje techniczne, które można znaleźć po przeczytaniu karty katalogowej. Poniżej podano parametry, których nieprzestrzeganie jest najbardziej krytyczne i w przypadku niewłaściwego użycia może doprowadzić do awarii mikroukładu. Po pierwsze, jest to maksymalny prąd roboczy. Dla różnych wersji podano je w poprzednim rozdziale. Należy dodać, że w celu uzyskania maksymalnego natężenia prądu 1,5 A układ scalony musi być zamontowany na radiatorze.
Maksymalne napięcie na wyjściu regulatora opartego na układzie LM317 może wynosić nawet 40 V. Jeśli to nie wystarczy, należy wybrać wysokonapięciowy regulator analogowy.
Minimalne napięcie wyjściowe wynosi 1,25 V. W tym układzie można uzyskać mniejszą moc, ale zadziała zabezpieczenie przed przeciążeniem. Nie jest to dobre rozwiązanie - takie zabezpieczenie powinno działać przeciwko przekroczeniu prądu wyjściowego, tak jak w innych regulatorach scalonych. W praktyce nie jest więc możliwe uzyskanie regulatora, który działa od zera po przyłożeniu ujemnej wartości biasu do styku Adjust.
Minimalna wartość napięcia wejściowego nie jest podana w arkuszu danych, ale można ją określić na podstawie poniższych rozważań:
- Minimalne napięcie wyjściowe wynosi 1,25 V;
- minimalny spadek napięcia dla Uout=37V wynosi trzy wolty, logiczne jest więc założenie, że dla minimalnej mocy wyjściowej powinien być nie mniejszy;
Z tych dwóch założeń wynika, że aby uzyskać minimalną wartość wyjściową, na wejściu musi być przyłożone napięcie co najmniej 3,5 V. Również dla stabilnej pracy prąd przez dzielnik musi wynosić co najmniej 5 mA - tak, aby prąd pasożytniczy na końcówce ADJ nie powodował znacznego przesunięcia napięcia (w praktyce może to być do 0,5 mA).
Dotyczy to informacji zawartych w klasycznych kartach katalogowych znanych producentów (Texas Instruments itp.). Nowsze karty katalogowe firm z Azji Południowo-Wschodniej (Tiger Electronics itp.) podają ten parametr, ale domyślnie jako różnicę między napięciem wejściowym a wyjściowym. Powinno ono wynosić co najmniej 3 V dla wszystkich napięć, co nie stoi w sprzeczności z poprzednim rozumowaniem.
Maksymalne napięcie wejściowe nie powinno przekraczać projektowanego napięcia wyjściowego o więcej niż 40 V. Należy to również wziąć pod uwagę przy projektowaniu obwodów.
Ważne! Podane parametry mogą być stosowane jako punkt odniesienia tylko wtedy, gdy układ scalony pochodzi od renomowanego producenta. Produkty pochodzące od nieznanych producentów mają zazwyczaj gorsze właściwości
Obsadzenie styków i zasada działania
Wspomniano już, że LM317 jest regulatorem liniowym. Oznacza to, że napięcie wyjściowe jest stabilizowane przez redystrybucję energii między obciążeniem a elementem regulacyjnym.
Tranzystor i obciążenie tworzą układ dzielnik napięcia wejściowego. Jeśli napięcie ustawione na obciążeniu zmniejsza się (z powodu zmian w prądzie itp.), tranzystor otwiera się nieznacznie. Jeśli wzrasta, zamyka się, zmienia się współczynnik podziału, a napięcie na obciążeniu pozostaje stabilne. Wady tego układu są dobrze znane:
- konieczne jest, aby napięcie wejściowe przewyższało napięcie wyjściowe;
- Tranzystor regulacyjny rozprasza dużą ilość energii;
- Sprawność nie może nawet teoretycznie przekraczać stosunku Uin/Uin.
Są jednak poważne zalety (w porównaniu z obwodami impulsowymi):
- stosunkowo prosty i niedrogi mikroukład;
- Wymaga minimalnej ilości orurowania zewnętrznego;
- a główną zaletą jest to, że napięcie wyjściowe jest wolne od pasożytniczych elementów o wysokiej częstotliwości (zakłócenia w zasilaniu są minimalne).
Standardowy schemat obwodu mikroprocesorowego jest następujący:
- do styku wejściowego jest przyłożone napięcie wejściowe;
- Wyjście - wyjście;
- Ajust - napięcie odniesienia, od którego zależy napięcie wyjściowe.
Rezystory R1 i R2 ustalają napięcie wyjściowe. Jest on obliczany według wzoru:
U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.
Iadj to prąd pasożytniczy wyjścia nastawczego, według producenta może on wynosić do 5 μA. Praktyka pokazuje, że może ona osiągać wartości o rząd wielkości lub dwa wyższe.
Kondensator C1 może mieć pojemność od kilkuset do kilku tysięcy mikrofaradów. W większości przypadków jest to kondensator wyjściowy prostownika. Musi on być podłączony do mikroobwodu o maksymalnej długości 7 cm. Jeśli ten warunek dotyczący kondensatora prostowniczego nie może być spełniony, w bezpośrednim sąsiedztwie zacisku wejściowego należy podłączyć dodatkowy kondensator o pojemności około 100 µF. Kondensator C3 nie powinien mieć pojemności większej niż 100-200 µF z dwóch powodów:
- Aby zapobiec przejściu stabilizatora w tryb auto-oscylacji;
- Aby uniknąć skoków napięcia na ładunku po podłączeniu zasilania.
W drugim przypadku może zadziałać zabezpieczenie przed przeciążeniem.
Należy pamiętać, że gdy prąd przepływa przez opornikiW przeciwnym razie będą się nagrzewać (jest to również możliwe, gdy wzrośnie temperatura otoczenia). Rezystancja R1 i R2 zmienia się i nie ma gwarancji, że będzie się zmieniać proporcjonalnie. Dlatego napięcie wyjściowe może się zmieniać pod wpływem ogrzewania lub chłodzenia. Jeśli ma to znaczenie krytyczne, można zastosować rezystory o znormalizowanym temperaturowym współczynniku rezystancji. Można je odróżnić dzięki obecności sześciu pasków na obudowie. Elementy te są jednak droższe i trudniejsze do kupienia. Inną możliwością jest zastosowanie odpowiedniego regulatora napięcia w miejsce R2.
Jakie istnieją analogie
Istnieją podobne układy opracowane przez inne firmy w innych krajach. Pełne analogie to:
- GL317;
- SG317;
- UPC317;
- ECG1900.
Dostępne są również stabilizatory o wyższej charakterystyce elektrycznej. Można dostarczać większe natężenia prądu:
- LM338 - 5A;
- LM138 - 5 A
- LM350 - 3 A.
Jeśli wymagane jest regulowane źródło napięcia o górnej granicy 60 V, należy użyć stabilizatorów LM317HV, LM117HV. Indeks HV oznacza wysokie napięcie.
Krajowym odpowiednikiem jest KR142EN12, ale występuje on tylko w obudowie TO-220. Należy to wziąć pod uwagę przy projektowaniu obwodów drukowanych.
Przykłady obwodów przełączających regulatora LM317
Typowe schematy mikroukładów są podane w karcie katalogowej. Standardowe zastosowanie - regulator stałego napięcia - zostało omówione powyżej.
Jeśli w miejsce R2 zostanie wstawiony rezystor zmienny, można szybko regulować napięcie wyjściowe regulatora. Należy pamiętać, że potencjometr będzie słabym punktem układu. Nawet w przypadku dobrej jakości rezystorów zmiennych punkt styku pomiędzy suwakiem a warstwą przewodzącą będzie charakteryzował się pewną niestabilnością połączenia. W praktyce spowoduje to dodatkową niestabilność napięcia wyjściowego.
W celu zapewnienia ochrony producent zaleca dołączenie dwóch diody D1 i D2. Pierwsza dioda powinna zabezpieczać przed sytuacją, w której napięcie wyjściowe jest wyższe niż wejściowe. W praktyce taka sytuacja jest bardzo rzadka i może wystąpić tylko wtedy, gdy po stronie wyjściowej znajdują się inne źródła napięcia. Producent zaznacza, że dioda ta chroni również przed zwarciem na wejściu - kondensator C1 wytworzyłby wtedy prąd rozładowania o przeciwnej polaryzacji, co spowodowałoby uszkodzenie układu. Jednak wewnątrz układu równolegle do tej diody znajduje się łańcuch stabilizatorów i rezystorów, które będą działać dokładnie w ten sam sposób. Potrzeba stosowania tej diody jest więc wątpliwa. I D2 w tej sytuacji będzie chronił wejście stabilizatora przed prądem kondensatora C2.
Jeśli równolegle do R2 podłączę tranzystor tranzystormożna sterować działaniem regulatora AVR. Gdy do bazy tranzystora zostanie przyłożone napięcie, otwiera się on i zwiera R2. Napięcie wyjściowe zostaje obniżone do 1,25 V. Należy przy tym zwrócić uwagę, aby różnica między napięciem wejściowym a wyjściowym nie przekraczała 40 V.
Szkodliwy wpływ styku potencjometru na stabilność napięcia wyjściowego można zmniejszyć, podłączając kondensator równolegle do zmiennej rezystancji. W tym przypadku dioda zabezpieczająca D1 nie zakłóca działania.
Jeśli prąd wyjściowy AVR jest niewystarczający, można go zwiększyć za pomocą zewnętrznego tranzystora.
Regulator napięcia można przekształcić w regulator prądu, umieszczając w tym układzie LM317. Prąd wyjściowy oblicza się ze wzoru I=1,25⋅R1. Ten rodzaj włączenia jest często stosowany jako sterownik dla diod LED - dioda jest włączona jako obciążenie.
Na koniec warto wspomnieć o nietypowym włączeniu regulatora liniowego - układu opartego na zasilacz impulsowy. Obwód C3R6 zapewnia dodatnie sprzężenie zwrotne, dzięki któremu mogą wystąpić oscylacje.
Układ scalony LM317 ma znaczną liczbę słabych punktów. Sztuka projektowania obwodów polega jednak na wykorzystaniu mocnych stron regulatora do ominięcia jego słabych stron. Wskazano wszystkie wady układu scalonego i podano wskazówki, jak je zneutralizować. Dlatego LM317 jest popularny wśród twórców profesjonalnego i amatorskiego sprzętu radiowego.
Powiązane artykuły:
