Popis vlastností, priradenie pinov a vzorové zapojenia lineárneho regulátora napätia LM317

Pri návrhu elektrických obvodov je často potrebné použiť regulátory napätia s malým alebo stredným výkonom (do 1,5 A) alebo zdroje referenčného napätia. Je výhodné, ak je takýto uzol k dispozícii v integrovanom dizajne vo forme jedného čipu. Séria obsahuje 9 typov jednosmerného napätia od 5 do 24 V. 78XX. Prevádzkový výklenok LM317 je vyššie napätie (do 37 V) a nižšie (do 1,2 V) tohto rozsahu, prechodné napätia, nastaviteľné regulátory.

Čo je LM317

Ide o lineárny regulátor napätia, ktorého výstupnú hodnotu je možné nastaviť v určitých medziach alebo upraviť. Je k dispozícii vo viacerých trojpinových baleniach. Rozsah výstupného napätia všetkých variantov je rovnaký, ale maximálny prúd sa môže líšiť.

Hlavné vlastnosti lineárneho regulátora napätia LM317

Datasety LM317 obsahujú úplné technické informácie, ktoré nájdete po prečítaní datasetu. Nasledujú parametre, ktorých nedodržanie je najkritickejšie a pri nesprávnom použití môže mikroobvod zlyhať. Predovšetkým je to maximálny prevádzkový prúd. Je uvedený v predchádzajúcej časti pre rôzne verzie. Treba dodať, že na dosiahnutie maximálneho prúdu 1,5 A musí byť integrovaný obvod namontovaný na chladiči.

Maximálne napätie na výstupe regulátora na báze LM317 môže byť až 40 V. Ak to nestačí, vyberte analógový regulátor vysokého napätia.

Minimálne výstupné napätie je 1,25 V. Pri tomto návrhu obvodu môžete získať menej, ale ochrana proti preťaženiu sa vypne. To nie je dobrá voľba - takáto ochrana by mala fungovať proti prekročeniu výstupného prúdu, ako je to v iných integrovaných regulátoroch. V praxi preto nie je možné získať regulátor, ktorý by pracoval od nuly, keď je na pin Adjust privedené záporné predpätie.

Minimálna hodnota vstupného napätia nie je uvedená v technickom liste, ale možno ju určiť na základe nasledujúcich úvah:

• Minimálne výstupné napätie je 1,25 V;
• minimálny úbytok napätia pre Uout=37V je tri volty, je logické predpokladať, že pre minimálny výstup by nemal byť menší;

Na základe týchto dvoch predpokladov musí byť na vstup privedené aspoň 3,5 V, aby sa dosiahla minimálna výstupná hodnota. Aj pre stabilnú prevádzku musí byť prúd cez delič aspoň 5 mA - aby parazitný prúd kolíka ADJ nevnášal výrazný posun napätia (v praxi to môže byť až 0,5 mA).

Ide o informácie z klasických technických listov známych výrobcov (Texas Instruments atď.). V novších technických listoch od firiem z juhovýchodnej Ázie (Tiger Electronics atď.) je tento parameter uvedený, ale implicitne ako rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím. Mala by byť aspoň 3 V pre všetky napätia, čo nie je v rozpore s predchádzajúcou úvahou.

Maximálne vstupné napätie by nemalo prekročiť projektované výstupné napätie o viac ako 40 V. To by sa malo zohľadniť aj pri navrhovaní obvodov.

Dôležité! Uvedené parametre sa môžu použiť ako referenčné, len ak je čip od renomovaného výrobcu. Výrobky od neznámych výrobcov majú tendenciu dosahovať horšie výsledky

Priradenie pinov a princíp činnosti

Bolo spomenuté, že LM317 je lineárny regulátor. To znamená, že výstupné napätie sa stabilizuje prerozdelením energie medzi záťaž a regulačný prvok.

Tranzistor a záťaž tvoria vstupný delič napätia. Ak sa napätie nastavené na záťaži zníži (v dôsledku zmeny prúdu atď.), tranzistor sa mierne otvorí. Ak sa zvýši, uzavrie sa, deliaci pomer sa zmení a napätie na záťaži zostane stabilné. Nevýhody tohto obvodu sú dobre známe:

• je potrebné, aby vstupné napätie presahovalo výstupné napätie;
• Regulačný tranzistor musí rozptýliť veľa energie;
• Účinnosť nemôže ani teoreticky prekročiť pomer Uin/Uin.

Existujú však vážne výhody (v porovnaní s impulznými obvodmi):

• relatívne jednoduchý a lacný mikroobvod;
• Vyžaduje minimálne externé potrubie;
• a hlavnou výhodou je, že výstupné napätie je bez vysokofrekvenčných parazitných zložiek (rušenie napájania je minimálne).

Štandardná schéma zapojenia mikroobvodu je nasledovná:

• vstupné napätie je privedené na vstupný pin;
• Výstup - výstup;
• Ajust - referenčné napätie, od ktorého závisí výstupné napätie.

Rezistory R1 a R2 nastavujú výstupné napätie. Vypočíta sa podľa vzorca:

U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.

Iadj je parazitný prúd nastavovacieho výstupu, podľa výrobcu môže byť v rozsahu 5 μA. Prax ukazuje, že môže dosahovať hodnoty o jeden alebo dva rády vyššie.

Kondenzátor C1 môže mať kapacitu stovky až niekoľko tisíc mikrofaradov. Vo väčšine prípadov je to výstupný kondenzátor usmerňovača. Musí byť pripojený k mikroobvodu s maximálnou dĺžkou 7 cm. Ak túto podmienku pre usmerňovací kondenzátor nie je možné splniť, musí byť v bezprostrednej blízkosti vstupnej svorky pripojený ďalší kondenzátor s kapacitou približne 100 µF. Kondenzátor C3 by nemal mať kapacitu väčšiu ako 100-200 µF z dvoch dôvodov:

• Aby sa zabránilo prechodu stabilizátora do režimu automatického kmitania;
• Aby sa zabránilo prudkému nárastu prúdu pri nabíjaní, keď sa pripojí napájanie.

V druhom prípade sa môže spustiť ochrana proti preťaženiu.

Treba mať na pamäti, že keď prúd tečie cez rezistory, zahrejú sa (to je možné aj pri zvýšenej teplote okolia). Odpory R1 a R2 sa menia a nie je zaručené, že sa budú meniť proporcionálne. Preto sa výstupné napätie môže meniť pri zahrievaní alebo ochladzovaní. Ak je to kritické, môžu sa použiť rezistory s normalizovaným teplotným odporovým koeficientom. Dajú sa rozoznať podľa šiestich pruhov na kryte. Tieto prvky sú však drahšie a ťažšie sa kupujú. Ďalšou možnosťou je použiť namiesto R2 vhodný regulátor napätia.

Aké analógie existujú

Podobné obvody vyvíjajú aj iné firmy v iných krajinách. Úplné analógie sú:

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

K dispozícii sú aj stabilizátory s vyššími elektrickými charakteristikami. Je možné dodávať vyššie prúdy:

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

Ak sa vyžaduje regulovaný zdroj napätia s hornou hranicou 60 V, musia sa použiť stabilizátory LM317HV, LM117HV. Index HV znamená vysoké napätie.

Domácim ekvivalentom je KR142EN12, ktorý sa však dodáva len v balení TO-220. Túto skutočnosť treba zohľadniť pri navrhovaní dosiek s plošnými spojmi.

Príklady spínacích obvodov regulátora LM317

Typické schémy mikroobvodu sú uvedené v technickom liste. Štandardná aplikácia - regulátor pevného napätia - je uvedená vyššie.

Ak sa namiesto R2 nainštaluje premenný rezistor, výstupné napätie regulátora sa dá pohotovo nastaviť. Všimnite si, že potenciometer bude slabým miestom v obvode. Dokonca aj pri kvalitných premenných rezistoroch sa v mieste kontaktu medzi jazdcom a vodivou vrstvou vyskytne určitá nestabilita spojenia. V praxi to spôsobí dodatočnú nestabilitu výstupného napätia.

Výrobca odporúča na ochranu priložiť dve diódy D1 a D2. Prvá dióda by mala chrániť pred situáciou, keď je výstupné napätie vyššie ako vstupné napätie. V praxi je táto situácia veľmi zriedkavá a môže nastať len vtedy, ak sú na výstupnej strane iné zdroje napätia. Výrobca uvádza, že táto dióda chráni aj pred skratom na vstupe - kondenzátor C1 by potom vytvoril vybíjací prúd opačnej polarity, čo by spôsobilo poruchu čipu. Vo vnútri čipu sa však paralelne k tejto dióde nachádza reťazec stabilizátorov a rezistory, ktoré budú fungovať úplne rovnako. Potreba tejto diódy je teda otázna. A D2 v tejto situácii ochráni vstup stabilizátora pred prúdom kondenzátora C2.

Ak dám tranzistor paralelne k R2 tranzistor, je možné ovládať činnosť AVR. Keď sa na bázu tranzistora privedie napätie, otvorí sa a posunie R2. Výstupné napätie sa zníži na 1,25 V. Tu treba dbať na to, aby rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím nepresiahol 40 V.

Škodlivý vplyv kontaktu potenciometra na stabilitu výstupného napätia možno znížiť paralelným pripojením kondenzátora k premenlivému odporu. V tomto prípade ochranná dióda D1 nezasahuje.

Ak je výstupný prúd AVR nedostatočný, možno ho zvýšiť pomocou externého tranzistora.

Z regulátora napätia možno vytvoriť regulátor prúdu začlenením LM317 do tohto obvodu. Výstupný prúd sa vypočíta podľa vzorca I=1,25⋅R1. Tento druh zapojenia sa často používa ako ovládač pre LED diódy - LED dióda je zapnutá ako záťaž.

Napokon, nezvyčajné zaradenie lineárneho regulátora - obvod založený na spínaný napájací zdroj. Obvod C3R6 poskytuje kladnú spätnú väzbu pre vznik oscilácií.

Čip LM317 má značné množstvo slabých miest. Umenie návrhu obvodov však spočíva vo využití silných stránok regulátora na obídenie jeho slabých stránok. Identifikujú sa všetky nevýhody čipu a poskytujú sa rady, ako ich neutralizovať. Preto je LM317 obľúbený u tvorcov profesionálnych a amatérskych rádiových zariadení.

Súvisiace články: