LM317T: характеристики и описание схемы подключения для блока питания и стабилизатора тока

Для чего необходима стабилизация тока и напряжения

Любому электронному компоненту, будь то лампочка или центральный процессор компьютера, для оптимальной работы требуется четко ограниченное количество электронов, протекающих по проводникам.

При всех своих преимуществах светодиоды имеют один недостаток – высокую чувствительность к параметрам мощности. Даже умеренное превышение силы и напряжения может привести к износу светоизлучающего материала и выходу диода из строя.

Сейчас очень модно переделывать систему освещения автомобиля на светодиодную подсветку. Его цветовая температура намного ближе к естественному свету, чем у ксенона и ламп накаливания, что значительно снижает утомляемость водителя в дальних поездках.

Однако это решение требует особого технического подхода. Номинальный ток питания автомобильного светодиода составляет от 0,1 до 0,15 мА, а пускового аккумулятора — сотни ампер. Этого достаточно, чтобы сжечь множество дорогих осветительных приборов. Чтобы этого избежать, используйте стабилизатор на 12 вольт для светодиодов в автомобиле.

Сила тока в автомобильной сети постоянно меняется. Например, автомобильный кондиционер «кушает» до 30 ампер, при его выключении «выделенные» для его работы электроны уже не вернутся в генератор и аккумулятор, а перераспределятся между другими электроприборами. Если для лампы накаливания, рассчитанной на 1-3 А, дополнительные 300 мА роли не играют, то для диода с током питания 150 мА несколько таких скачков могут оказаться фатальными.

Для обеспечения долговременной работы автомобильных светодиодов в lm317 для мощных светодиодов используется стабилизатор тока.

Типы стабилизаторов

По способу ограничения тока различают два типа устройств:

• Линейный;
• Овощи.

Линейный регулятор работает по принципу делителя напряжения. Он выпускает ток заданного параметра, рассеивая излишки в виде тепла. Принцип работы такого устройства можно сравнить с лейкой, оснащенной дополнительным дренажным отверстием.

Преимущества

• цена к уплате;
• простая схема установки;
• легко собирается вручную.

Недостаток в том, что из-за нагрева плохо приспособлен для работы с большой нагрузкой.

Импульсный стабилизатор, подобно овощерезке, через специальный каскад отсекает поступающий ток, выдавая строго дозированную норму.

Преимущества

• рассчитан на высокие нагрузки;
• не нагревается во время работы.

Недостатки

• требует источника питания для собственной работы;
• создает электромагнитное излучение;
• относительно высокая цена;
• сложно сделать самому.

Учитывая малую силу тока в автомобильных светодиодах, можно собрать простой стабилизатор светодиода своими руками. Самый доступный и простой драйвер для ламп и светодиодных лент собран на микросхеме lm317.

Что из себя представляет микросхема LM317

Микросхема представляет собой линейный стабилизатор напряжения, выходное значение которого можно задавать в определенных пределах или быстро регулировать. Доступен в различных вариантах корпуса с тремя кабелями. Диапазон выходного напряжения одинаков для всех вариантов, а максимальный ток может варьироваться.

ОбозначениеМаксимальный ток, ААКорпус

ЛМ317Т	1,5	ТО-220
ЛМ317ЛЗ	0,1	ТО-92
ЛМ317П	1,5	ИЗОВАТ-220
ЛМ317Д2Т	1,5	Д2ПАК
ЛМ317К	0,1	ТО-3
LM317LD	1,5	СО-8

Отличительные особенности LM317t

• Обеспечивают выходное напряжение от 1,2 до 37 В.
• Ток заряда до 1,5А.
• Наличие защиты от возможного короткого замыкания.
• Надежная защита микросхемы от перегрева.
• Ошибка выходного напряжения 0,1%.

Назначение выводов и принцип работы

Упоминалось, что LM317 относится к классу линейных стабилизаторов. Это означает, что стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет перераспределения энергии между нагрузкой и регулирующим элементом.

Транзистор и нагрузка образуют делитель входного напряжения. Если напряжение, установленное на нагрузке, уменьшается (из-за изменения тока и т.п.), транзистор приоткрывается. Если оно увеличивается, то замыкается, коэффициент деления меняется, а напряжение на нагрузке остается стабильным. Недостатки такой схемы известны:

• необходимо, чтобы входное напряжение превышало выходное;
• на регулировочном транзисторе рассеивается большая мощность;
• КПД, даже теоретически, не может превышать отношения Uвых/Uвх.

Но есть и серьезные преимущества (относительно импульсных схем):

• относительно простой и недорогой чип;
• требует минимальных внешних трубопроводов;
• а главное преимущество в том, что выходное напряжение свободно от паразитных высокочастотных составляющих (минимальные помехи от источника питания).

Стандартная схема включения микросхемы:

• входное напряжение подается на входной контакт;
• выйти Exit — выйти;
• on Ajust: опорное напряжение, от которого зависит выход.

Резисторы R1 и R2 задают выходное напряжение. Он рассчитывается по формуле:

Uвых=1,25⋅ (1+R2/R1) + Iadj⋅R2.

Iadj – вихревой ток настроечного штифта, по данным производителя он может быть в пределах 5 мкА. Практика показывает, что она может достигать значений на порядок-два выше.

Конденсатор С1 может иметь емкость от сотен до нескольких тысяч микрофарад. В большинстве случаев это выходной конденсатор выпрямителя. Его следует подключать к микросхеме проводниками длиной не более 7 см. Если для конденсатора выпрямителя это условие не может быть выполнено, то в непосредственной близости от входного вывода следует подключить дополнительную емкость около 100 мкФ. Конденсатор С3 не должен иметь емкость более 100-200 мкФ по двум причинам:

• предотвратить переход стабилизатора в автоколебательный режим;
• для устранения пускового тока для зарядки при подаче питания.

Во втором случае может сработать защита от перегрузки.

Не забывайте, что при протекании тока через резисторы они нагреваются (это возможно и при повышении температуры окружающей среды). Резисторы R1 и R2 меняются и нет гарантии, что они изменятся пропорционально. Поэтому напряжение на выходе при нагреве или охлаждении может меняться. Если это критично, можно использовать резисторы с нормированным температурным коэффициентом сопротивления. Отличить их можно по наличию шести полосок на теле. Но эти товары дороже и их сложнее купить. Другой вариант — использовать стабилитрон для правильного напряжения вместо R2.

Цоколевка LM317

Как и большинство стабилизаторов напряжения, микросхема LM317 имеет три контакта:

1. Adj — управляющий выход.
2. Воут — выйти.
3. Вин — вход.

Ниже представлена ​​распиновка LM317 на наиболее распространенных корпусах:

Блок-схема LM317

Вот внутренняя схема LM317:

Технические характеристики

Следует отметить, что измерение всех параметров проводилось в лаборатории при температуре +25°С. И так, для стабилизатора LM317T характеристики те же:

• диапазон напряжения на выходе стабилизатора от 1,25 до 37 В;
• нестабильность выходного напряжения — 0,1%;
• опорное напряжение VREF от 1,2 до 1,3 В;
• Максимальная разница между входным и выходным напряжением Vi — Vo = 40 В;
• выходной ток ввода-вывода = 1,5 А;
• регулируемый выходной ток IADJ от 50 до 100 мкА;
• тепловое сопротивление стекло-воздух Rthj-окр = 65 °С/Вт;
• термическое сопротивление корпуса кристалла Rthj-корпус = 5 °С/Вт;
• рабочая температура перехода ТОПР = 0…+125°С;
• диапазон температур хранения TSTG = -65…+150 °C.

Типовая схема включения LM317 в режиме стабилизации напряжения:

Рассчитать номинал резисторов R1 и R2 для требуемого выходного напряжения можно с помощью программы Calc LM317 (395 КБ).

Типовая схема включения LM317 в режиме стабилизации тока:

Вы также можете рассчитать сопротивление резистора R1 для нужного тока в программе Calc LM317.

Аналог LM317

Ниже представлен полный перечень отечественных и зарубежных аналогов стабилизатора LM317:

• отечественный аналог ЛМ317: 142ЕН12,1157ЕН1.
• внешней аналоговой LM317: GL317, SG31, SG317, UPC317, ECG1900, SG317T, LM317K, SG317K, UA317KC, UC317K, LM317LD, KA317LZ, LM317LZ, LM31MDT, KA317M, ECG956, KA317M, SG317P, SG317T, SP900, UA317UP, UC317T, UPC317H.

Схема подключения LM317 – стабилизатор напряжения

Как было сказано выше, LM317 может обеспечить любое выходное напряжение в диапазоне от 1,2 до 37 В. Чтобы получить требуемое выходное напряжение, нам нужно подключить всего два резистора, образуя делитель напряжения.

В зависимости от сопротивления этих резисторов можно получить разное выходное напряжение. Ниже приведена типовая схема подключения LM317 в качестве стабилизатора напряжения, взятая из даташита:

Формула для расчета выходного напряжения выглядит следующим образом:

VO = FVREF * (1 + R2/R1)

• VO — выходное напряжение.
• VREF — опорное напряжение по паспорту (1,25 В).
• R2 и R1 — резисторы делителя напряжения.

Резисторы сопротивления на разные напряжения:

• 3 вольта — R1 (240 Ом) и R2 (336 Ом).
• 3,3 вольта — R1 (240 Ом) и R2 (394 Ом).
• 5 вольт — R1 (240 Ом) и R2 (720 Ом).
• 9 вольт — R1 (240 Ом) и R2 (1488 Ом).
• 12 вольт — R1 (240 Ом) и R2 (2064 Ом).
• 24 вольта — R1 (240 Ом) и R2 (4368 Ом).

Схема подключения LM317 – стабилизатор тока

LM317 также может работать как стабилизатор тока. Стабилизатор тока обычно используется для питания светодиодов. Все, что вам нужно для стабилизации тока, это LM317 и постоянный резистор.

Ниже приведена типовая схема подключения LM317 в качестве стабилизатора тока, взятая из даташита:

Формула расчета тока стабилизации выглядит следующим образом:

Ввод/вывод=VREF/R1

• IO — выходной ток.
• VREF — опорное напряжение по паспорту (1,25 В).
• R1 — сопротивление резистора.

Типовая схема включения LM317t

диаграмма примечание

• Резисторы R1 и R2 нужны для установки выходного напряжения.
• Конденсатор Cadj рекомендуется для подавления пульсаций. Это предотвращает увеличение пульсаций при увеличении выходного напряжения.
• Конденсатор С1 рекомендуется, если LM317 не находится в непосредственной близости от конденсаторов фильтра блока питания. Достаточно керамического или танталового конденсатора емкостью 0,1 мкФ или 1 мкФ.
• Конденсатор Co улучшает переходную характеристику, но не влияет на стабильность.
• Рекомендуется использовать защитный диод VD2, если используется Cadj.
• Рекомендуется использовать защитный диод VD1, если используется Со.

Примеры применения стабилизатора LM317

Ниже мы приводим несколько схем включения LM317, которые могут пригодиться в повседневной жизни радиолюбителя.

Регулируемый блок питания на lm317

Данная схема представляет собой линейный блок питания с регулировкой от 1,5 В до 30 В. Напряжение вторичной обмотки трансформатора сначала выпрямляется диодным мостом, а затем подается на вход стабилизатора LM317.

Изменяя сопротивление переменного резистора R1, регулируют выходное напряжение. Конденсаторы в этой цепи текут.

Источник питания на 5 Вольт с электронным включением

Блока питания на 15 вольт с плавным пуском

Ниже представлена ​​схема блока питания на 15 вольт с плавным пуском. Конденсатор С2 в сочетании с транзистором VT1 обеспечивает плавную подачу питания.

Сначала конденсатор не заряжен, поэтому начальное выходное напряжение будет:

Vвых = VC1 + VBE + 1,25 В = 0 В + 0,65 В + 1,25 В = 1,9 В.

По мере увеличения напряжения на конденсаторе Vout увеличивается с той же скоростью. Когда выходное напряжение достигает значения, определяемого резисторами R1 и R2, транзистор VT1 закрывается. Разумеется, выходное напряжение можно установить любое, подобрав соответствующий резистор из резистора R1.

Схема регулятора переменного напряжения

Два регулятора LM317 могут регулировать положительные и отрицательные полупериоды синусоидального входного напряжения:

Схема зарядного устройства на 6 В с ограничением по току

По мере увеличения тока нагрузки напряжение на резисторе R3 увеличивается до тех пор, пока транзистор VT1 не начнет отбирать ток с управляющего вывода ADJ стабилизатора LM317.

Напряжение на выводе ADJ падает и, соответственно, выходное напряжение уменьшается до тех пор, пока транзистор VT1 не перестанет проводить ток.

Схема параллельного подключения нескольких LM317 с током 4 А

Эта схема параллельного включения LM317 обеспечивает выходной ток 4 А, имея возможность регулировать выходное напряжение с помощью переменного резистора R8 (1,5 кОм на схеме).

Схема сильноточного регулятора LM317 с внешним транзистором

Транзистор VT1 (TIP73) в верхней части схемы обеспечивает более высокие токи на выходе регулятора, чем может обеспечить LM317. При этом схема поддерживает выходное напряжение на уровне, определяемом резисторным делителем R5 и R3.

Схема блока защиты

Схема блока выпрямителя

Детали конструкции защиты от короткого замыкания

1. Транзистор кремниевый, npn КТ819.
2. Транзистор кремниевый, npn КТ3102.
3. Резистор 2 Ом.
4. Сопротивление 1 Ком.
5. Сопротивление 1 Ком.
6. Любой светодиод.

Для случая регулируемого блока питания использовались два корпуса обычного компьютерного блока питания. В местах под кулером разместили вольтметр и амперметр.

Для дополнительного охлаждения установлен чиллер.

Плата была нарисована в макете Sprint v6.0.

Но вы можете спаять схему, просто повесив ее. Коробки соединены двумя болтами.

Гайки были приклеены к крышке корпуса горячим клеем. Для охлаждения стабилизатора и транзисторов использовался радиатор от компьютера, который обдувал кулер.

Для удобства переноса блока питания была прикручена ручка ящика стола. В целом, получившийся блок питания очень хорош. Его мощности хватает для питания практически всех схем, проверки микросхем и зарядки небольших аккумуляторов.

Нет необходимости настраивать схему ИП и при правильной пайке она будет работать прямо из коробки.

Пример расчётов и сборки

Делают стабилизатор напряжения для светодиодов в автомобиль своими руками, используя схему подключения LM317 с установкой на него резистора R1.

При изготовлении стабилизатора на ток до 1 А мощность резистора должна быть не менее 2 Вт. В таблице приведены скорректированные значения тока для резисторов стандартной серии.

Важно! Чтобы собрать стабилизатор для автомобиля, нужно помнить, что бортовое напряжение колеблется в пределах от 11,6 В до 14,2 В (при работе от аккумулятора или генератора).

С помощью этого Upit вы можете включить в цепь 3 светодиода, соединив их последовательно. Падение напряжения в цепи составит:

• 9,6 В — на диодах (3,2*3=9,6);
• 1,25 В — падение в стабилизаторе;
• 0,6 В — в диоде, включенном по схеме защиты от обратного напряжения.

Рекомендуется включить дополнительный диод для защиты цепи от обратного потенциала, который может возникнуть при эксплуатации автомобиля. Если сложить все падения Uпит на элементах, то получится 9,6+1,25+0,6=11,45 В. Как видите, даже самый низкий Uпит интегральной сети не повлияет на ток собранной схемы.

Внимание! Для уменьшения рассеиваемой мощности в LM317 количество светодиодных диодов подобрано так, чтобы U на самом стабилизаторе было 1,3 вольта, не меньше. При больших токах стабилизатор устанавливается на теплоотвод.

Информация для использования

Основные принципы работы LM317

LM317 представляет собой 3-выводную микросхему стабилизатора напряжения. Это 3-контактный плавающий регулятор. Для реализации основной функции стабилизации выходного напряжения между выводом управления и выводом микросхемы формируется опорное напряжение (Vref) величиной 1,25 В.

Значение тока на управляющем выходе микросхемы (IAdj) не превышает 100 мкА во всем диапазоне регулируемых нагрузок и напряжений. Поэтому для практического использования вторым членом формулы можно пренебречь.

На основании анализа формулы можно сделать вывод, что микросхема имеет ограничения по минимальному току нагрузки. Если его значение меньше значения, указанного в соответствующем пункте таблицы «электрические параметры», выходное напряжение увеличится.

LM317 управляет опорным напряжением между выводами для стабилизации выходного напряжения, поэтому микросхему можно использовать для работы с высокими напряжениями относительно земли.

Регулирование нагрузки

LM317 может стабилизировать выходное напряжение в широком диапазоне нагрузок. Для получения максимальной эффективности стабилизации необходимо учитывать ряд требований:

1. резистор программирования (R1) размещен как можно ближе к микросхеме, чтобы исключить влияние подводящих проводов;
2. конец заземления R2 подключен к основным заземляющим дорожкам (шинам) на плате для улучшения регулирования нагрузки.

Внешние конденсаторы

Для уменьшения влияния входного сопротивления питающей линии, для повышения стабильности работы регулятора вплотную к выводу 3 (VIN) установлен входной шунтирующий конденсатор (Свх), — дисковый 0,1 Ф или танталовый 1,0 Ф.

Конденсатор CAdj ​​установлен между подстроечным штырьком и нейтральным проводником. Предотвращает появление пульсаций на выходе микросхемы. Конденсатор емкостью 10 мкФ подавляет пульсации на 15 дБ при выходном напряжении 10 В.

LM317 будет эффективно выполнять функции стабилизатора напряжения даже при отсутствии конденсатора СО. Однако производитель рекомендует установить на выходе микросхемы фильтрующий конденсатор, — 1,0 мкФ танталовый или 25 мкФ электролитический алюминиевый. Он погасит возможные шумы и радиочастотные помехи и обеспечит стабильность работы регулятора.

Защитные диоды

Если LM317 используется с емкостными выходами, рекомендуется установить защитные диоды, как показано на рисунке. При снятии напряжения питания предотвратят несанкционированный разряд выходных конденсаторов через вывод 2 (VOUT) микросхемы.

На рисунке показано рекомендуемое подключение LM317 с защитными диодами для выходных напряжений более 25 В или высоких значений емкости (CO > 25 мкФ, CAdj ​​> 10 мкФ).

Комбинация диодов D1 и D2 полностью защищает микросхему от возможного разряда конденсаторов CAdj ​​и CO.

Как проверить LM317?

В отличие от транзисторов эту микросхему нельзя проверить мультиметром. Этот способ никоим образом не гарантирует корректную работу из-за большого количества внутренних элементов, не соединенных с выводами. Поэтому при выходе из строя одного из них проверить его мультиметром будет проблематично. Самый простой способ проверить работу LM317 — это создать простой держатель на макетной плате, и питать его можно будет всего от одной батарейки.

Таким образом, вы можете быстро проверить, что элемент полностью исправен, даже если вам нужно проверить несколько частей.

Повышение максимального выходного тока

Есть два способа увеличить максимальный выходной ток. Если вам нужно потреблять более 1,5 А, вы можете подключить несколько микросхем параллельно или подключить силовой транзистор.

В первом случае достаточно подключить к выходу стабилизаторов низкоомные резисторы. Они необходимы для выравнивания токов.

Однако не всегда рационально использовать несколько микросхем. Поэтому на помощь приходит транзистор. В этом случае достаточно будет добавить к нему и такое сопротивление, как полоска.

Если нагрузка потребляет небольшой ток, то он будет проходить через микросхему, не затрагивая транзистор. А при увеличении почти весь ток будет проходить через транзистор, оставляя небольшую часть на стабилизатор. Но при использовании этой схемы внутренняя защита от короткого замыкания находится внутри LM317.

Безопасная эксплуатация LM317

Стоит помнить об эксплуатационных характеристиках радиодетали и не использовать ее в критических условиях. Мощность рассеивания по официальной информации составляет 20 Вт, а разница между входным и выходным напряжением не должна превышать 40 В. Температура при сварке не должна превышать 260 С. Может эксплуатироваться при температуре от 0 С до 125 С, а храниться от -65 С до 150С. Это все официально заявленные характеристики, в реальности они могут отличаться от случая к случаю и быть заниженными.

Вы не должны использовать элемент в указанных максимальных и минимальных значениях. При такой эксплуатации уровень стабильности и надежности значительно упадет. Также очень удобно использовать радиатор для отвода тепла, иначе заявленные характеристики могут не совпадать с реальными.

Импульсные драйверы

..

Благодаря китайскому трудолюбию, блоки питания, стабилизаторы тока и напряжения можно приобрести в зарубежных интернет-магазинах за 50-150 рублей. Настройка управляется небольшим переменным резистором, на 2-3 ампера, они не требуют радиатора для охлаждения драйвера контроллера. Заказать можно, например, на популярном базаре Aliexpress.com.Главный недостаток — ожидание 2-4 недели, зато цена самая низкая, можно сразу брать фунтик.

Много раз ищу авито в своем городе, быстрый и дешевый способ. Я и многие другие заказываю стабилизаторы с запасом, вдруг попадутся бракованные. Излишки затем продаются для рекламы, и вы всегда можете торговаться.

Калькуляторы

..

Чтобы максимально упростить расчеты на основе LM317T, было разработано множество программ-калькуляторов LM317 и онлайн-калькуляторов. Указав исходные параметры, можно сразу просчитать различные варианты и посмотреть характеристики необходимых радиодеталей.

Программа расчета источников напряжения и тока с учетом LM317 характеристик LM317T. Расчет схем включения мощных преобразователей на транзисторах ТЛ431, М5237. Также IC 7805, 7809, 7812.

Производители

Перечислим основные компании, которые занимаются производством LM317T и приложим их техпаспорт:

• Инструменты Техаса
• ОН Полупроводники
• Изменить полупроводник
• Фэирчайлд Полупроводник
• Комсет Полупроводники.

В национальных магазинах можно купить продукцию следующих компаний:

• СТ Микроэлектроника
• Электронный тигр
• Микрокоммерческие компоненты.

Datasheet, даташит

Микросхема очень популярна, выпускается многими производителями, в том числе и китайскими. Моим коллегам попадались LM317 с плохими параметрами, не вытягивающие заявленный ток. Покупали у китайцев, которые любят все подделывать и копировать, при этом ухудшая характеристики.

Радиоконструкторы

Для начинающих радиолюбителей могу порекомендовать радиоконструкторы от китайцев на Алиэкспресс. Такой конструктор — лучший способ собрать устройство по схеме коммутации, не нужно делать плату и подбирать детали. Любой конструктор можно видоизменять по своему усмотрению, главное, чтобы плата была. Стоимость конструктора 100 рублей с доставкой, готовый модуль в сборе от 50 рублей.

Какие существуют аналоги

Подобные микросхемы разработаны и на других предприятиях других стран. Полными аналогами являются:

• ГЛ317;
• СГ317;
• СКП317;
• ЭКГ1900.

Выпускаются также стабилизаторы с более высокими электрическими характеристиками. Больше тока можно дать:

• ЛМ338-5А;
• ЛМ138-5А
• ЛМ350 — 3А

Если требуется регулируемый источник напряжения с верхним пределом 60 В, следует использовать стабилизаторы LM317HV, LM117HV. Индекс HV расшифровывается как High Voltage – высокое напряжение.

Из отечественных микросхем полным аналогом является КР142ЕН12, но выпускается только в корпусе ТО-220. Это необходимо учитывать при проектировании печатных плат.