Lm317 внутреннее устройство. Линейный стабилизатор напряжения или тока LM317

В случае если в схеме нужен стабилизатор на какое-то не стандартное напряжение, то прекрасное решение использование популярного интегрального стабилизатора LM317T с характеристиками:

• способен работать в диапазоне выходных напряжений от 1,2 до 37 В;
• выходной ток может достигать 1,5 А;
• максимальная рассеиваемая мощность 20 Вт;
• встроенное ограничение тока, для защиты от короткого замыкания;
• встроенную защиту от перегрева.

Описание

У микросхемы LM317T схема включения в минимальном варианте предполагает наличие двух резисторов, значения сопротивлений которых определяют выходное напряжение, входного и выходного конденсатора.

У стабилизатора два важных параметра: опорное напряжение (Vref) и ток вытекающий из вывода подстройки (Iadj).
Величина опорного напряжения может меняться от экземпляра к экземпляру от 1,2 до 1,3 В, а в среднем составляет 1,25 В. Опорное напряжение это то напряжение которое микросхема стабилизатора стремиться поддерживать на резисторе R1. Таким образом если резистор R2 замкнуть, то на выходе схемы будет 1,25 В, а чем больше будет падение напряжения на R2 тем больше будет напряжение на выходе. Получается что 1,25 В на R1 складываться с падением на R2 и образует выходное напряжение.

Первый раз, когда я посчитал делитель для микросхемы по формуле из LM317T datasheet, я задавался током 1 мА, а потом я очень долго удивлялся почему напряжение реальное напряжение отличается. И с тех пор я задаюсь R1 и считаю по формуле:
R2=R1*((Uвых/Uоп)-1).
Тестирую в реальных условиях и уточняю значения сопротивлений R1 и R2.
Посмотрим какие должны быть для широко распространенных напряжений 5 и 12 В.

Но я бы посоветовал использовать LM317T в случае типовых напряжений, только когда нужно срочно что-то сделать на коленке, а более подходящей микросхемы типа 7805 или 7812 нету под рукой.

А вот расположение выводов LM317T:

1. Регулировочный
2. Выходной
3. Входной

Кстати у отечественного аналога LM317 - КР142ЕН12А схема включения точно такая же.

На этой микросхеме несложно сделать регулируемый блок питания: вместо постоянного R2 поставьте переменный, добавьте сетевой трансформатор и диодный мост.

На LM317 можно сделать и схему плавного пуска: добавляем конденсатор и усилитель тока на биполярном pnp-транзисторе.

Схема включения для цифрового управления выходным напряжением тоже не сложна. Рассчитываем R2 на максимальное требуемое напряжение и параллельно добавляем цепочки из резистора и транзистора. Включение транзистора будет добавлять в параллель к проводимости основного резистора, проводимость дополнительного. И напряжение на выходе будет снижаться.

Схема стабилизатора тока ещё проще, чем напряжения, так как резистор нужен только один. Iвых = Uоп/R1.
Например, таким образом мы получаем из lm317t стабилизатор тока для светодиодов:

• для одноватных светодиодов I = 350 мА, R1 = 3,6 Ом, мощностью не менее 0,5 Вт.
• для трехватных светодиодов I = 1 А, R1 = 1,2 Ом, мощностью не менее 1,2 Вт.

На основе стабилизатора легко сделать зарядное устройство для 12 В аккумуляторов, вот что нам предлагает datasheet. С помощью Rs можно настроить ограничение тока, а R1 и R2 определяют ограничение напряжения.

Если в схеме потребуется стабилизировать напряжения при токах более 1,5 А, то все также можно использовать LM317T, но совместно с мощным биполярным транзистором pnp-структуры.
Если нужно построить двуполярный регулируемый стабилизатор напряжения, то нам поможет аналог LM317T, но работающий в отрицательном плече стабилизатора - LM337T.

Но у данной микросхемы есть и ограничения. Она не является стабилизатором с низким падением напряжения, даже наоборот начинает хорошо работать только когда разница между выходным и выходным напряжением превышает 7 В.

Если ток не превышает 100мА, то лучше использовать микросхемы с низким падением LP2950 и LP2951.

Мощные аналоги LM317T - LM350 и LM338

Если выходного тока в 1,5 А недостаточно, то можно использовать:

• LM350AT, LM350T - 3 А и 25 Вт (корпус TO-220)
• LM350K - 3 А и 30 Вт (корпус TO-3)
• LM338T, LM338K - 5 А

Производители этих стабилизаторов кроме увеличения выходного тока, обещают сниженный ток регулировочного входа до 50мкА и улучшенную точность опорного напряжения.
А вот схемы включения подходят от LM317.

Регулируемый трехвыводной стабилизатор тока LM317 обеспечивает нагрузку в 100 мА. Диапазон выходного напряжения составляет от 1,2 до 37 В. Прибор очень удобен в применении и требует только пару наружных резисторов, обеспечивающих выходное напряжение. Плюс к этому, нестабильность по рабочим показателям имеет лучшие параметры, чем у аналогичных моделей с фиксированной подачей напряжения на выходе.

Описание

LM317 - стабилизатор тока и напряжения, который функционирует даже при отсоединенном управляющем выводе ADJ. При нормальной работе прибор не нуждается в подключении к дополнительным конденсаторам. Исключение составляет ситуация, когда устройство находится на значительном расстоянии от первичного фильтрующего питания. В этом случае потребуется монтаж входного шунтирующего конденсатора.

Выходной аналог позволяет улучшить показатели стабилизатора тока LM317. В итоге повышается интенсивность переходных процессов и значение коэффициента сглаживания пульсаций. Такой оптимальный показатель трудно достичь в других трехвыводных аналогах.

Предназначение рассматриваемого прибора заключается не только в замене стабилизаторов с фиксированным выходным показателем, но и для широкого спектра применения. Например, стабилизатор тока LM317 может использоваться в схемах с высоковольтным питанием. При этом индивидуальная система устройства влияет на разность между входным и выходным напряжением. Функционирование прибора в таком режиме может продолжаться неопределенный срок, пока разность между двумя показателями (входным и выходным напряжением) не превысит предельно допустимой точки.

Особенности

Стоит отметить, что стабилизатор тока LM317 удобен для создания простых регулируемых импульсных приборов. Они могут применяться в качестве прецизионного стабилизатора, посредством подсоединения постоянного резистора между двумя выходами.

Создание вторичных питающих источников, работающих при недлительных коротких замыканиях, стало возможным благодаря оптимизации показателя напряжения на управляющем выводе системы. Программа удерживает его на входе в пределах 1,2 вольта, что для большинства нагрузок очень мало. Стабилизатор тока и напряжения LM317 изготавливается в стандартном транзисторном остове ТО-92, режим рабочих температур составляет от -25 до +125 градусов по Цельсию.

Характеристики

Рассматриваемый прибор отлично подходит для проектирования простых регулируемых блоков и источников питания. При этом параметры могут быть корректируемыми и заданными в плане нагрузки.

Регулируемый стабилизатор тока на LM317 обладает следующими техническими характеристиками:

• Диапазон выходного напряжения - от 1,2 до 37 вольт.
• Нагрузочный ток по максимуму - 1,5 А.
• Имеется защита от возможного короткого замыкания.
• Предусмотрены предохранители схемы от перегрева.
• Погрешность напряжения на выходе составляет не более 0,1%.
• Корпус интегральной микросхемы - типа ТО-220, ТО-3 или D2PAK.

Схема стабилизатора тока на LM317

Максимально часто рассматриваемое устройство используется в источниках питания светодиодов. Далее представлена простейшая схема, в которой задействован резистор и микросхема.

На входе поставляется напряжение источника питания, а главный контакт соединяется с выходным аналогом при помощи резистора. Далее происходит агрегация с анодом светодиода. В самой популярной схеме стабилизатора тока LM317, описание которого приведено выше, используется следующая формула: R = 1/25/I. Здесь I - это выходной ток устройства, его диапазон варьируется в пределах 0, 01-1.5 А. Сопротивление резистора допускается в размерах 0, 8-120 Ом. Рассеиваемая резистором мощность вычисляется по формуле: R = IxR (2).

Полученная информация округляется в большую сторону. Постоянные резисторы выпускаются с малым разбросом окончательного сопротивления. Это влияет на получение расчетных показателей. Чтобы урегулировать данную проблему, в схему подключают дополнительный стабилизирующий резистор необходимой мощности.

Плюсы и минусы

Как показывает практика, при эксплуатации лучше увеличить по площади рассеивания на 30 %, а в отсеке низкой конвекции - на 50 %. Кроме ряда преимуществ, стабилизатор тока светодиода LM317 имеет несколько минусов. Среди них:

• Небольшой коэффициент полезного действия.
• Необходимость отвода тепла от системы.
• Стабилизация тока свыше 20 % от предельного значения.

Избежать проблем в эксплуатации прибора поможет применение импульсных стабилизаторов.

Стоит отметить, что если нужно подключить мощный светодиодный элемент мощностью 700 миллиампер, потребуется рассчитать значения по формуле: R = 1, 25/0, 7 = 1.78 Ом. Рассеиваемая мощность соответственно составит 0, 88 Ватт.

Подключение

Расчет стабилизатора тока LM317 базируется на нескольких способах подключения. Ниже приведены основные схемы:

1. Если использовать мощный транзистор типа Q1, можно без радиатора микросборки получить на выходе ток 100 мА. Этого вполне хватает для управления транзистором. В качестве подстраховки от излишнего заряда используются защитные диоды D1 и D2, а параллельный электролитический конденсатор выполняет функцию по снижению посторонних шумов. При использовании транзистора Q1, предельная выходная мощность прибора составит 125 Вт.
2. В другой схеме обеспечивается ограничение подачи тока и стабильная работа светодиода. Специальный драйвер позволяет запитать элементы мощностью от 0, 2 ватт до 25 вольт.
3. В очередной конструкции применяется трансформатор понижения напряжения из переменной сети от 220 Вт до 25 Вт. При помощи диодного мостика переменное напряжение трансформируется в постоянный показатель. При этом все перебои сглаживаются за счет конденсатора типа С1, что обеспечивает поддержание стабильной работы регулятора напряжения.
4. Следующая схема подключения считается одной из самых простых. Напряжение поступает с вторичной обмотки трансформатора на 24 вольта, выпрямляется при проходе через фильтр, и на выдаче получается постоянный показатель 80 вольт. Это позволяет избежать превышения максимального порога подачи напряжения.

Стоит отметить, что простое зарядное устройство также можно собрать на базе микросхемы рассматриваемого прибора. Получится стандартный линейный стабилизатор с регулируемым показателем выходного напряжения. В аналогичной роли может функционировать микросборка устройства.

Аналоги

Мощный стабилизатор на LM317 имеет ряд аналогов на отечественном и зарубежном рынке. Самыми известными из них являются следующие марки:

• Отечественные модификации КР142 ЕН12 и КР115 ЕН1.
• Модель GL317.
• Вариации SG31 и SG317.
• UC317T.
• ECG1900.
• SP900.
• LM31MDT.

Регулируемый трехвыводной стабилизатор положительного напряжения LM317 обеспечивает ток нагрузки 100 мА в диапазоне выходного напряжения от 1.2 до 37 В. Стабилизатор очень удобен в применении и требуют только два внешних резистора для обеспечения выходного напряжения. Кроме того, нестабильность по напряжению и току нагрузки у стабилизатора LM317 имеет лучшие показатели, чем у традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения.

Достоинством ИС ЛМ317 является также и то, что она выпускается в стандартном транзисторном корпусе ТО-92, удобном для установки и монтажа. В дополнение к улучшенным, по сравнению с традиционными стабилизаторами, имеющими фиксированное значение выходного напряжения, технико-эксплуатационным показателям, стабилизатор LM317L имеет все (доступные только для ИС) средства защиты от перегрузки, включая встроенные схемы ограничения внутреннего тока, от перегрева и коррекции области безопасной работы.

Все средства защиты от перегрузки стабилизатора функционируют также и в случае, когда управляющий вывод (ADJ) отсоединен. При нормальных условиях работы, стабилизатор LM317. He требует подключения дополнительных конденсаторов, за исключением ситуации, когда ИС стабилизатора установлена далеко от конденсатора фильтра первичного питания; в такой ситуации требуется входной шунтирующий конденсатор. Альтернативный выходной конденсатор позволяет улучшить показатели переходных процессов в стабилизаторе, а шунтирование конденсатором управляющего вывода ИС повышает значение коэффициента сглаживания пульсаций напряжения, что трудно достижимо в остальных известных трехвыводных стабилизаторах.

Кроме замены традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения, LM317 удобен для работы в широком диапазоне возможных вариантов применения. Так, в частности, "плавающий" по реальному падению выходного напряжения режим работы стабилизатора, при котором на ИС влияет только разность между входным и выходным напряжением, позволяет использовать его в схемах с высоковольтным стабилизированным питанием, причем работа стабилизатора в такой схеме может продолжаться неопределенно долго, до тех пор, пока разность между входным и выходным напряжением не превысит предельно допустимого значения.

Кроме того, LM317 удобен для создания очень простых регулируемых импульсных стабилизаторов, стабилизаторов с программируемым выходом, либо для создания прецизионного стабилизатора тока на базе ЛМ317, путем подключения постоянного резистора между управляющим и выходным выводами ИС. Создание вторичных источников питания, которые остаются работоспособными при эпизодических коротких замыканиях выходных цепей, возможно благодаря фиксации уровня напряжения на управляющем выводе ИС относительно земли, которое программирует удерживание выходного напряжения на уровне 1.2 В (для такого уровня напряжения, у подавляющего большинства типов нагрузок ток достаточно мал). ИС LM317 выпускается в стандартном транзисторном корпусе ТО-92, и работает в температурном диапазоне -25 +125"С.

Схема зарядного устройства на ЛМ317 приведена ниже. В ней используется способ заряда постоянным током. Ток заряда зависит от сопротивления R1. Номинал сопротивления должен быть в пределах от 0,8 Ом до 120 Ом, что равно зарядному току от 10 мА до 1,56 A:

Стабилизированный блок питания на 5 Вольт с электронным включением:

Блок питания на 15 вольт с плавным запуском . Необходиую плавность включения задается уровнем емкости конденсатора С2:

Выходное напряжение можно регулировать в диапазоне от 1,2 до 37 вольт.

Мощный Дарлингтон транзистор Q1 необходим для увеличения тока ЛМ317, т.к без радиатора микросборка может выдать на выходе лишь 100 мА ток, но его вполне достаточно для управления транзистором. D1 и D2 защитные диоды от черезмерного заряда емкостей. Параллельно электролитическим конденсаторам для снижения ВЧ шумов установлены 100 нФ конденсаторы. Транзистору Q1 желательно поставить на радиатор, максимальная выходная мощность БП - 125 ватт.

Приведенная на рисунке ниже схема позволяет изменять выходное напряжение путем включения и отключения транзисторов. При включении транзистора сопротивление R будет соединено с землей, что влияет на U вых. Максимальное напряжение схемы составляет 27 Вольт при входном уровне в 28 В.

В качестве биполярных транзисторов T1-T4 можно использовать 2N2222 или их аналоги. В таблице слева показано выходное напряжение схемы и соответствующее ему сопротивление R при соединении одного из контактов A-D с U входным.

Данная схема ограничивает ток и обеспечивает нормальную работу светодиода. Этот драйвер может запитать светодиоды мощностью 0,2-5 ватт от 9-25 Вольт

Не без помощи трансформатора напряжение из переменки 220 Вольт понижаем и до 25 Вольт (можно использовать трансформатор и на другое удобное вам напряжение), далее переменное напряжение превращается в постоянное с помощью заклинания "диодный мост" и сглаживается за счет конденсатора С1, затем на высокостабильный регулятор напряжения

Схема устройства достаточно проста. Напряжение, поступающее со вторичных обмоток трансформатора на 24 вольта, выпрямляется и на выходе фильтра получается постоянное напряжение 80В, которое подается на стабилизатор напряжения,с его выхода получается постоянное напряжение 52 Вольта, чтобы не превысить максимум порогового напряжения на микросхеме

В этом электронном справочнике среди прочих полезностей, имеется расчет интегрального стабилизатора напряжения LM317

Довольно простое ЗУ автоматического типа можно собрать на микросхеме LM317, которая представляет из себя типовой линейный стабилизатор напряжения с регулируемым выходным напряжением. Микросборка может также работать в роли стабилизатора тока.

Если вы решили переоборудовать ваш автомобиль под светодиодное освещение, вам понадобится как минимум стабилизатор тока на lm317 для светодиодов. Собрать элементарный стабилизатор совершенно несложно, но чтобы избежать плачевных оплошностей даже при такой простой задаче не помешает минимальный ликбез. Многие люди, не связанные с радиоэлектроникой, часто смешивают такие понятия, как стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.

Легко о простом. Сила тока, напряжение и их стабилизация

От напряжения зависит, насколько стремительно электроны движутся по проводнику. Многие страстные любители жёсткого компьютерного разгона увеличивают напряжение ядра центрального процессора, благодаря чему тот начинает функционировать быстрее.

Сила тока – это плотность движения электронов внутри электрического проводника. Данный параметр чрезвычайно важен радиоэлементам, работающим по принципу термоэлектронной вторичной эмиссии, в частности, источникам света. Если площадь поперечного сечения проводника не в состоянии пропустить поток электронов, избыток тока начинает выделяться в виде тепла, вызывая значительный перегрев детали.

Для лучшего понимания процесса проанализируем плазменную дугу (на её основе работает электроподжег газовых плит и котлов). При очень высоком напряжении скорость свободных электронов до такой степени велика, что они могут легко «пролетать» расстояние между электродами, формируя плазменный мостик.

А это электронагреватель. При прохождении через него электронов они передают свою энергию нагревательному элементу. Чем выше сила тока, тем плотнее поток электронов, тем сильнее нагревается термоэлемент.

Для чего необходима стабилизация тока и напряжения

Любой радиоэлектронный компонент, будь то лампочка или центральный процессор компьютера, требует для оптимальной работы чётко лимитированное количество электронов, которое течёт по проводникам.

Поскольку речь в нашей статье идёт о стабилизаторе для светодиодов, о них и поговорим.

При всех своих преимуществах светодиоды имеют один минус – высокая чувствительность к параметрам питания. Даже умеренное превышение силы и напряжения может привести к выгоранию светоизлучающего материала и выходу из строя диода.

Сейчас очень модно переделывать систему освещения автомобиля под LED освещение. Их цветовая температура намного ближе к естественному освещению, чем у ксенона и ламп накаливания, что значительно меньше утомляет водителя при длительных поездках.

Однако это решение требуется особый технический подход. Номинальный ток питания автомобильного LED-диода – 0,1-0,15 мА, а пусковой аккумулятора – сотни ампер. Этого хватит, чтобы выжечь очень много дорогостоящих элементов освещения. Что бы этого избежать используют стабилизатор 12 вольт для светодиодов в авто.

Ампераж в автомобильной сети постоянно меняется. Например, автомобильный кондиционер «кушает» до 30 ампер, при его отключении электроны, «выделенные» на его работу уже не вернутся назад в генератор и аккумулятор, а перераспределятся между остальными электроприборами. Если лампе накаливания, рассчитанной на 1-3 А дополнительные 300 мА роли не сыграют, то диоду с током питания 150 мА несколько таких скачков могут стать фатальными.

Ради гарантии длительной работы автомобильных светодиодов используют стабилизатор тока на lm317 для мощных светодиодов.

Типы стабилизаторов

По способу ограничения силы тока выделяют два типа устройств:

• Линейный;
• Импульсный.

Работает по принципу делителя напряжения. Он выпускает из себя ток заданного параметра, рассеивая избытки в виде тепла. Принцип работы такого прибора можно сравнить с лейкой оснащённой дополнительным сливным отверстием.

Преимущества

• доступная цена;
• простая схема монтажа;
• легко собрать своими руками.

Недостаток — из-за нагрева плохо приспособлен к работе с большой нагрузкой.

Как овощерезка через специальный каскад нарезает входящий ток, выдавая строго дозированную норму.

Преимущества

• предназначен для высоких нагрузок;
• не греется во время работы.

Недостатки

• требует источника питания для собственной работы;
• создает электромагнитное излучения;
• относительно высокая цена;
• сложен для самостоятельного изготовления.

Учитывая малую силу тока в автомобильных светодиодах можно собрать простой стабилизатор для светодиодов своими руками. Наиболее доступный и простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают на микросхеме lm317.

Краткое описание lm317

Радиоэлектронный модуль LM317 является микросхемой, применяемой в семах стабилизации тока и напряжения.

• Диапазон стабилизации напряжения от 1,7 до 37 В обеспечит устойчивую яркость светодиода, не зависящую от частоты оборота двигателя;
• Поддержка выходного тока до 1,5 А позволит подключить несколько фотоизлучателей;
• Высокая стабильность допускает колебания выходных параметров лишь 0,1% от номинала;
• Имеет встроенную защиту по ограничению тока и каскад отключения при перегреве;
• Корпус микросхемы является землёй, поэтому при креплении саморезом к корпусу автомобиля уменьшается количество монтажных проводов.

Область применения

• Стабилизатор напряжения и тока для светодиодов в бытовых условиях (в том числе для светодиодных лент);
• Стабилизатор напряжения и тока для светодиодов в авто;

Схемы стабилизаторов тока для светодиодов

Самый простой стабилизатор напряжения на 12 вольт можно собрать по такой схеме. Резистор R1 ограничивает выходящую силу тока, R2 – выходящее напряжение. Конденсаторы, применяемые в данной схеме, уменьшают пульсации напряжения и увеличивают стабильность работы.

Потребности автомобилиста удовлетворит простейший механизм стабилизации, поскольку напряжение питания в сети автомобиля достаточно стабильно.

Чтобы сделать стабилизатор для диодов в авто потребуется:

• Микросхема lm317;
• Резистор как регулятор тока для светодиодов;
• Инструменты пайки и монтажа.

Собираем по вышеприведенной схеме

Расчет резистора для драйвера светодиода

Мощность и сопротивление резистора рассчитывают исходя из силы тока источника питания и тока, необходимого светодиодам. Для автомобильного светодиода мощностью 150 мА сопротивление резистора должно быть 10-15 Ом, а расчетная мощность 0,2-0,3 Вт.

Как собрать своими руками смотрите в видео:

Доступность и простота конструкции драйвера на микросхеме lm317 позволяет безболезненно переоснастить системы электрического освещения любого автомобиля.

Регулируемый стабилизатор напряжения LM317 выпускается в монолитных корпусах TO-220, TO-220FP, TO-3, D 2 PAK. Микросхема рассчитана на выходной ток 1.5 А, с регулируемым выходным напряжением в диапазоне от 1.2 до 37 В. Номинальное выходное напряжение выбирается с помощью резистивного делителя.

Основные характеристики LM317

• Максимальное входное напряжение 40V
• Диапазон выходного напряжения 1.2 to 37V
• Выходной ток 1.5 А
• Нестабильность по нагрузке 0.1%
• Ограничение тока
• Тепловое отключение
• Температура эксплуатации 0 to 125 o C
• Температура хранения -65 to 150 o C

Аналог LM317

Отечественным аналогом LM317 является микросхема KP142EH12A.

Конфигурация выводов

Схема регулируемого блока питания на LM317 будет выглядеть так:

Мощность трансформатора 40-50 Вт, напряжение вторичной обмотки 20-25 вольт. Диодный мост 2-3 A, конденсаторы на 50 вольт. C4 – танталовый, если такого нет, можно использовать электролит на 25 мкФ. Переменный резистор R2 позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 вольта, верхний предел выходного напряжения будет зависеть от напряжения вторичной обмотки трансформатора. На входе стабилизатора LM317 должно быть не больше 40 вольт, максимальное напряжение на выходе будет на 3 вольта меньше чем на входе. Диоды VD1 и VD2 служат для защиты LM317 в некоторых ситуациях.

Если требуется блок питания с фиксированным напряжением, то переменный резистор R2 нужно заменить на постоянный, номинал которого можно посчитать с помощью калькулятора LM317 или по формуле из datasheet LM317.

На микросхеме LM317 можно собрать стабилизатор тока, номинал и мощность резистора R1 считается с помощью калькулятора LM317. Эту схему используют в качестве источника питания для мощных светодиодов.

Зарядное устройство на LM317 (схема из datasheet)

Данная схема зарядного устройства предназначена для 6 вольтовых аккумуляторов, но подбором R2 можно выставить нужное выходное напряжение для других аккумуляторов. При номинале R3 равном 1 Om ограничение зарядного тока будет на уровне 0,6 A.