Lm317 регулируемый стабилизатор напряжения и тока. характеристики, онлайн калькулятор, datasheet

Содержание

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.

Плазменная дуга от высокого напряжения

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.

Собираем блок питания

После того как вы выбрали сборочную схему и обзавелись всеми нужными комплектующими, можно приступать в работе. Как уже говорилось, в нашем случае сборка блока питания регулируемого типа будет происходить на базе микросхемы lm317.
Сборка происходит следующим образом:

устанавливаем выбранный тип трансформатора;
затем приступаем к сборке выпрямительного блока или каскада. Здесь нужно спаять полупроводниковые диоды. В данной ситуации ничего сложного нет. Единственное, нужно учитывать тип выправления;

Схема выпрямительного каскада

далее определяем выводы на схеме. Здесь имеется три вывода: масса (1), вход (2) и выход (3). Переворачиваем корпус так, чтобы нумерация шла слева направо. Теперь осталось только провести стабилизацию напряжения. Минус с выпрямителя подаем на второй вывод, а с третьего снимаем стабилизированное напряжение.

Схема стабилизатора напряжения

Вариант готового БП

После этого ориентируемся по выбранной схеме, устанавливая оставшиеся детали.
Все элементы схемы можно поместить в корпус, для которого следует использовать пластик или лист алюминия. Но можно придать БП абсолютно любую форму, которую вы сами захотите.

Как видим, при правильно подобранной схеме, в зависимости от своего уровня профессионализма и знаний радиотехники, можно без особых проблем создать своими руками блок питания регулируемого типа на базе микросхемы lm317. Для того чтобы у вас все получилось, нужно следовать схеме сборки, а также приобрести качественные детали. В результате у вас получится отличный блок питания с отменными характеристиками – незаменимый помощник в домашней лаборатории любого радиолюбителя.

Обзор известных моделей

Большинство микросхем для питания светодиодов выполнены в виде импульсных преобразователей напряжения. Преобразователи, в которых роль накопителя электрической энергии выполняет катушка индуктивности (дроссель) называются бустерами. В бустерах преобразование напряжения происходит за счет явления самоиндукции. Одна из типичных схем бустера приведена на рисунке.

Схема стабилизатора тока работает следующим образом. Транзисторный ключ находящийся внутри микросхемы периодически замыкает дроссель на общий провод. В момент размыкания ключа в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, которая выпрямляется диодом. Характерно то, что ЭДС самоиндукции может значительно превышать напряжение источника питания.

Как видно из схемы для изготовления бустера на TPS61160 производства фирмы Texas Instruments требуется совсем немного компонентов. Главными навесными деталями являются дроссель L1, диод Шоттки D1, выпрямляющий импульсное напряжение на выходе преобразователя, и R_set.

Резистор выполняет две функции. Во-первых, резистор ограничивает ток, протекающий через светодиоды, а во-вторых, резистор служит элементом обратной связи (своего рода датчиком). С него снимается измерительное напряжение, и внутренние схемы чипа стабилизируют ток, протекающий через LED, на заданном уровне. Изменяя номинал резистора можно изменять ток светодиодов.

Преобразователь на TPS61160 работает на частоте 1.2 МГц, максимальный выходной ток может составлять 1.2 А. С помощью микросхемы можно питать до десяти светодиодов включенных последовательно

Яркость светодиодов можно изменять путем подачи на вход «контроль яркости» сигнала ШИМ переменной скважности. КПД приведенной схемы составляет около 80%. Нужно заметить, что бустеры обычно используются, когда напряжение на светодиодах выше напряжения источника питания

В случаях, когда требуется понизить напряжение, чаще применяют линейные стабилизаторы. Целую линейку таких стабилизаторов MAX16xxx предлагает фирма MAXIM. Типовая схема включения и внутренняя структура подобных микросхем представлена на рисунке

Нужно заметить, что бустеры обычно используются, когда напряжение на светодиодах выше напряжения источника питания. В случаях, когда требуется понизить напряжение, чаще применяют линейные стабилизаторы. Целую линейку таких стабилизаторов MAX16xxx предлагает фирма MAXIM. Типовая схема включения и внутренняя структура подобных микросхем представлена на рисунке.

Как видно из структурной схемы, стабилизация тока светодиодов осуществляется Р-канальным полевым транзистором. Напряжение ошибки снимается с резистора R_sens и подается на схему управления полевиком. Так как полевой транзистор работает в линейном режиме, КПД подобных схем заметно ниже, чем у схем импульсных преобразователей.

Микросхемы линейки MAX16xxx часто применяются в автомобильных приложениях. Максимальное входное напряжение чипов составляет 40 В, выходной ток – 350 мА. Они, как и импульсные стабилизаторы, допускают ШИМ-диммирование.

Как проверить lm317 мультиметром ?

Мультиметром микросхемы проверить нельзя, так как это не транзистор. Что-то протестировать между контактами конечно можно, но это не гарантирует исправность микросхемы, так как она содержит большое количество различных радиоэлементов (транзисторов, резисторов и др.), которые не соединены с выводами напрямую и не «прозваниваются». Самым эффективный способ, это собрать простой стенд используя макетную плату для проверки и запитать все от батарейки, . Стенд должен представлять собой простейший стабилизатор (пару конденсаторов и резисторов).

Читать также: Как измерить диаметр проволоки

Схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Существуют как минимум четыре варианта изготовления стабилизаторов напряжения на 12 вольт для авто своими руками:

На кренке.
На паре транзисторов.
На операционном усилителе.
На микросхеме импульсного стабилизатора.

Разберем, какие главные особенности имеет каждая из рассматриваемых модификаций.

На кренке

Для сборки своими руками простейшего стабилизатора для светодиодов для авто на 12 вольт потребуются:

Микросхема LM317 или КРЕН8Б (более точнее КР142ЕН8Б), или KIA7812A.
Резистор на 120 Ом.
Печатное плато или перфорированная панель.

На изображениях наглядно представлено расположение основных компонентов схемы простейшего стабилизатора для светодиодов в авто:

На второй схеме на входе с АКБ применяется диод выпрямляющего типа 1n4007.

На двух транзисторах

Одним из самых популярных автомобильных стабилизаторов напряжения для светодиодов на 12 вольт, который также собирается своими руками, на сегодня является схема на двух транзисторах.

Переменное напряжение номиналом 12 вольт поступает на диодный мостик VD1 – VD4, выпрямляется и, проходя через фильтры С1 С2, сглаживается. Далее ток идет на стабилизатор параметрического типа VD1 и проходит к резистору R2. Затем с его движка передается на ключ составного транзистора VT1 VT2. Уровень его открытости определяется состоянием движка резистора переменного типа R2 – в нижнем положении регулятора транзисторы перекрыты и напряжение не поступает в нагрузку, а в верхнем состоянии регулятора R2 оно максимально и транзисторы полностью открыты, напряжение прилагается к нагрузке.

Приведенная модель стабилизатора напряжения для авто чаще всего применяется для дневных ходовых огней на базе светодиодов и позволяет успешно подстраивать параметры бортового тока под характеристики прибора освещения.

На операционном усилителе

Стабилизатор напряжения на 12 вольт для светодиодов в авто имеет смысл изготовить своими руками, когда возникает необходимость для его работы в расширенном диапазоне рабочих параметров. Ниже приведенная схема такого устройства. Главная его особенность в том, что сам усилитель включен в цепь обратной связи и питается прямо с выхода стабилизатора. Прибор характеризуется коэффициентом стабилизации – порядка 1000, при этом сопротивление на выходе – не более 10 мкОм при КПД около 50%. Ток нагрузки в номинале – не менее 200 мкА, при пульсации напряжения на выходе в двойной амплитуде – меньше 60 мкВ.

Среди главных особенностей его работы выделяются:

Рабочий интервал температуры – от -20 до +60 градусов.
Термический дрейф напряжения на выходе – меньше 0,05%.
Возможность повышения напряжения на выходе до 27-30 вольт.

Для решения последней задачи нужно между выводами «7» и «+25» установить резистор на 200 Ом. Каскад транзистора VT1 выполняет роль динамической нагрузки для VT4 и при этом повышает общий коэффициент усиления. Транзистор П702А можно заменить на аналоги П702 или КТ805, при этом КТ603Г – соответственно на П308 или П309, а также КТ201В и КТ203В — на МП103 либо МП106.

На микросхеме импульсного стабилизатора

Когда от стабилизатора напряжения для авто требуется высокий коэффициент полезного действия, лучше собрать своими руками устройство с использование импульсных составляющих. Наиболее распространенной является ниже представленная схема МАХ771 (или аналогов 770, 772).

Стабилизатор импульсного типа на выходе имеет мощность в 15 ватт. Элементы цепи R1 и R2 разделяют показатели напряжения на точках выход. В случае, когда оно становится выше базового, импульсные выпрямители просто снижаются его выходное значение. В обратном случае прибор будет, напротив, увеличивать данный параметр на выходе.

Монтаж и установка своими руками импульсного стабилизатора напряжения для светодиодов в авто разумна, когда его показатель превышает 16 вольт. При возникновении повышенного падения нагрузки в цепь следует внедрить операционный усилитель.

Стоит ли использовать диммер для светодиодной ленты?

Однозначно – стоит. Установка такого устройства под силу даже непрофессионалу, но сам светорегулятор многократно расширяет функции и возможности led-ленты. Например, можно отказаться от большого количества светильников разной мощности, поскольку одна и та же лента будет светить с разной яркостью, заменяя и большую люстру, и маленький ночник.

Подобное освещение очень удобно в детской комнате – когда ребенок уснет, можно будет просто приглушить свет до минимума, не опасаясь ни за проводку, ни за то, что чадо проснется ночью в темноте и испугается.

Любителям домашних вечеринок однозначно придутся по душе световые эффекты, которые можно создать при помощи диммера с аудио-входом. И это лишь малая часть способов применения диммеров и светодиодных лент в обычных квартирах и домах.

Интегральный стабилизатор напряжения LM317. Описание и применение

Довольно часто возникает необходимость в простом стабилизаторе напряжения. В данной статье приводится описание и примеры применения недорогого (цены на LM317) интегрального стабилизатора напряжения LM317.

Список решаемых задач данного стабилизатора довольно обширен — это и питание различных электронных схем, радиотехнических устройств, вентиляторов, двигателей и прочих устройств от электросети или других источников напряжения, например аккумулятора автомобиля. Наиболее распространены схемы блоков питания на LM317 с регулировкой напряжения.

На практике, с участием LM317 можно построить стабилизатор напряжения на произвольное выходное напряжение, находящееся в диапазоне 3…38 вольт.

Технические характеристики:

Напряжение на выходе стабилизатора: 1,2… 37 вольт.
Ток выдерживающей нагрузки до 1,5 ампер.
Точность стабилизации 0,1%.
Имеется внутренняя защита от случайного короткого замыкания.
Отличная защита интегрального стабилизатора от возможного перегрева.

Мощность рассеяния и входное напряжение стабилизатора LM317

Напряжение на входе стабилизатора не должно превышать 40 вольт, а так же есть еще одно условие – минимальное входное напряжение должно превышать желаемое выходное на 2 вольта.

Микросхема LM317 в корпусе ТО-220 способна стабильно работать при максимальном токе нагрузки до 1,5 ампер. Если не применять качественный теплоотвод, то это значение будет ниже. Мощность, выделяемая микросхемой в процессе ее работы, можно определить приблизительно путем умножения силы тока на выходе и разности входного и выходного потенциала.

Цена: 3400.00 руб.

Цена: 2700.00 руб.

Цена: 260.00 руб.

Цена: 7000.00 руб.

Максимально допустимое рассеивание мощности без теплоотвода равно приблизительно 1,5 Вт при температуре окружающего воздуха не более 30 градусов Цельсия. При обеспечении хорошего отвода тепла от корпуса LM317 (не более 60 гр.) рассеиваемая мощность может составлять 20 ватт.

При размещении микросхемы на радиаторе необходимо изолировать корпус микросхемы от радиатора, например слюдяной прокладкой. Так же для эффективного отвода тепла желательно использовать теплопроводную пасту.

Подбор сопротивления для стабилизатора LM317

Для точной работы микросхемы суммарная величина сопротивлений R1…R3 должна создавать ток приблизительно 8 мА при требуемом выходном напряжении (Vo), то есть:

R1 + R2 + R3 = Vo / 0,008

Данное значение следует воспринимать как идеальное. В процессе подбора сопротивлений допускается небольшое отклонение (8…10 мА).

Расположение резисторов на плате может быть произвольным, но желательно для лучше стабильности располагать подальше от радиатора микросхемы LM317.

Стабилизация и защита схемы

Емкость С2 и диод D1 не обязательны. Диод обеспечивает защиту стабилизатора LM317 от возможного обратного напряжения, появляющегося в конструкциях различных электронных устройств.

Емкость С2 не только слегка уменьшает отклик микросхемы LM317 на изменения напряжения, но и снижает влияние электрических наводок, при размещении платы стабилизатора вблизи мест имеющих мощное электромагнитное излучение.

Как было уже сказано выше, ограничение максимально возможного тока нагрузки для LM317 составляет 1,5 ампера. Имеются разновидности стабилизаторов схожие по работе со стабилизатором LM317, но рассчитаны на более больший ток нагрузки. К примеру, стабилизатор LM350 выдерживает ток до 3 ампер, а LM338 до 5 ампер.

Обратите внимание

Для облегчения расчета параметров стабилизатора существует специальный калькулятор:

Построение мощных регулируемых блоков питания

Внутренний транзистор lm317 недостаточно мощный, для его увеличения придется использовать внешние дополнительные транзисторы. В данном случае выбираются компоненты без ограничений, потому что управление ими требует намного меньших величин токов, которые микросхема вполне способна предоставить.

Регулируемый блок питания lm317 с внешним транзистором не сильно отличается от обычного включения. Вместо постоянного R2 устанавливается переменный резистор, а база транзистора подключается на вход микросхемы через дополнительный ограничивающий резистор, запирающий транзистор. В качестве управляемого используется биполярный ключ с проводимостью p-n-p. В таком исполнении микросхема оперирует токами порядка 10 мА.

При проектировании двухполярных источников питания потребуется использовать комплементарную пару этой микросхемы, которой является lm337. А для увеличения выходного тока применяется транзистор с проводимостью n-p-n. В обратном плече стабилизатора компоненты подключаются таким же образом, как и в верхнем. В качестве первичной цепи выступает трансформатор или импульсный блок, что зависит от качества работы схемы и ее эффективности.

Datasheet по lm317, lm350, lm338

Прежде чем перейти непосредственно к схемам, рассмотрим особенности и технические характеристики вышеприведенных линейных интегральных стабилизаторов (ЛИС).

Все три ИМ имеют схожую архитектуру и разработаны с целью построения на их основе не сложных схем стабилизаторов тока или напряжения, в том числе применяемых и со светодиодами. Различия между микросхемами кроются в технических параметрах, которые представлены в сравнительной таблице ниже.

LM317	LM350	LM338
Диапазон значений регулируемого выходного напряжения	1,2…37В	1,2…33В	1,2…33В
Максимальный показатель токовой нагрузки	1,5А	3А	5А
Максимальное допустимое входное напряжение	40В	35В	35В
Показатель возможной погрешности стабилизации

0,1%

Максимальная рассеиваемая мощность*
15-20 Вт
20-50 Вт
25-50 Вт

Диапазон рабочих температур
0° – 125°С
0° – 125°С
0° – 125°С

Datasheet
LM317.pdf

LM350.pdf
LM338.pdf

* — зависит от производителя ИМ.

Во всех трех микросхемах присутствует встроенная защита от перегрева, перегрузки и возможного короткого замыкания.

Выпускаются интегральные стабилизаторы (ИС) в монолитном корпусе нескольких вариантов, самым распространенным является TO-220. Микросхема имеет три вывода:

ADJUST. Вывод для задания (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока соединяется с плюсом выходного контакта.
OUTPUT. Вывод с низким внутренним сопротивлением для формирования выходного напряжения.
INPUT. Вывод для подачи напряжения питания.

Регулируемый стабилизатор напряжения схема

Нередко возникают ситуации, когда напряжение, выдаваемое стабилизатором, необходимо отрегулировать. На рисунке представлена простая схема регулируемого стабилизатора напряжения и тока, позволяющая не только стабилизировать, но и регулировать напряжение. Ее можно легко собрать даже при наличии лишь первоначальных познаний в электронике. Например, входное напряжение составляет 50В, а на выходе получается любое значение, в пределах 27 вольт.

В качестве основной детали стабилизатора используется полевой транзистор IRLZ24/32/44 и другие аналогичные модели. Данные транзисторы оборудуются тремя выводами – стоком, истоком и затвором. Структура каждого из них состоит из металла-диэлектрика (диоксида кремния) – полупроводника. В корпусе расположена микросхема-стабилизатор TL431, с помощью которой и настраивается выходное электрическое напряжение. Сам транзистор может оставаться на радиаторе и соединяться с платой проводниками.

Данная схема может работать с входным напряжением в диапазоне от 6 до 50В. Выходное напряжение получается в пределах от 3 до 27В и может быть отрегулировано с помощью подстрочного резистора. В зависимости от конструкции радиатора, выходной ток достигает 10А. Емкость сглаживающих конденсаторов С1 и С2 составляет 10-22 мкФ, а С3 – 4,7 мкФ. Схема сможет работать и без них, однако качество стабилизации будет снижено. Электролитические конденсаторы на входе и выходе рассчитываются примерно на 50В. Мощность, рассеиваемая таким стабилизатором, не превышает 50 Вт.

Схемы линейных устройств

Самая простейшая схема стабилизатора – это схема, построенная на основе LM317 для светодиода. Последний являются аналогом стабилитрона с определенным рабочим током, который он может пропускать. Учитывая малую силу тока можно собрать простой аппарат самостоятельно. Наиболее простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают именно таким способом.

Микросхема LM317 уже не одно десятилетие является хитом среди начинающих радиолюбителей благодаря своей простоте и надежности. На её основе можно собрать регулируемый блок питания, светодиодный драйвер и другие БП. Для этого потребуется несколько внешних радиодеталей, модуль работает сразу, настройки не требуется.

Интегральный стабилизатор LM317 как никакой другой подходит для создания несложных регулируемых блоков питания, для электронных устройств с разными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданными параметрами нагрузки.

Основное назначение это стабилизация заданных параметров. Регулировка происходит линейным способом, в отличие от импульсных преобразователей.

Выпускаются LM317 в монолитных корпусах, исполненных в нескольких вариациях. Самая распространённая модель TO-220 с маркировкой LM317Т.

Каждый вывод микросхемы имеет свое предназначение:

ADJUST. Ввод для регулирования выходного напряжения.
OUTPUT. Ввод для формирования выходного напряжения.
INPUT. Ввод для подачи питающего напряжения.

Технические показатели стабилизатора:

Напряжение на выходе в пределах 1,2–37 В.
Защита от перегрузки и КЗ.
Погрешность выходного напряжения 0,1%.
Схема включения с регулируемым выходным напряжением.

Многофункциональный прибор

Ещё недавно высокой популярностью пользовался универсальный модуль XL4015. По своим характеристикам он подходит для подключения светодиодов с высокой мощностью (до 100 Ватт). Стандартный вариант его корпуса припаян к плате, выполняющей функции радиатора. Чтобы улучшить охлаждение XL4015, схема должна быть доработана с установкой радиатора на коробку устройства.

Многие пользователи просто ставят его сверху, однако, эффективность такой установки довольно низкая. Систему охлаждения желательно располагать внизу платы, напротив пайки микросхемы. Для оптимального качества её можно отпаять и установить на полноценный радиатор, используя термопасту. Провода потребуется удлинить. Дополнительное охлаждение можно монтировать и для диодов, что значительно повысит эффективность работы всей схемы.

Среди драйверов наиболее универсальным считается регулируемый. Обязательно устанавливается переменный резистор, который задаёт количество ампер. Эти характеристики обычно указываются в следующих документах:

В сопроводительной документации к микросхеме.
В datasheet.
В стандартной схеме включения.

Без добавочного охлаждения микросхемы такие устройства выдерживают 1—3 А (в соответствии с моделью контроллера широтно-импульсной модуляции). Главный недостаток этих драйверов — чрезмерный нагрев диода и дросселя. Выше 3 А потребуется охлаждение мощного диода и контроллера. Дроссель заменяют более подходящим либо перематывают толстым проводом.

Простой и мощный источник питания на 1,3-12в до 20а (lm317, кт819)