Lm317 в качестве стабилизатора тока

Схема стабилизатора на микросхеме LM317

Основным элементом стабилизатора является микросхема LM317T, обеспечивающая беcпроблемную работу при напряжении до 14 вольт. Сила тока может достигать 1 ампера, однако для этого стабилизатора вам потребуется радиатор.

Компоненты схемы:

1) R1 — 270 кОм;
2) R2 — 2 кОм, керметный или углеродистый подстроечный потенциометр;
3) C1 — 100 нФ;
4) C2 — 1 нФ, танталовый;
5) LM317T — стабилизатор напряжения;
6) радиатор;
7) печатная плата.

Также можно установить входные и выходные гнёзда для подключения источника постоянного напряжения, зелёный светодиод-индикатор питания, и красный светодиод для индикации перенапряжения. Для включения светодиода перенапряжения при заданном значении напряжения используется стабилитрон, в данном случае стабилитрон 6,2 В. Эта функция особенно хороша для тех случаев, когда вы планируется менять напряжение в зависимости от используемого прибора. Если же вы рассчитываете запитывать только один тип прибора, то есть вы заранее знаете необходимое значение напряжения, то это также будет являться полезным дополнением, которое защитит от повреждения ваше ценное (или может быть не очень ценное) оборудование. Вы также можете установить реле для отключения питания в тот момент, когда загорается светодиод, сигнализирующий о перенапряжении, однако стоит иметь в виду, что это реле должно будет работать от напряжения стабилитрона вплоть до входного напряжения. В приведённую здесь схему не включены светодиоды питания и перенапряжения, поскольку предполагается, что любой кто будет собирать схему, поймёт как следует использовать стабилитрон:

Вот как выглядит изнутри готовый продукт:

А это внешний вид собранного стабилизатора напряжения:

Вот приборы, которые запитывались от стабилизатора напряжения:

Защита от перенапряжения для LM317

Описание:
Ниже показана дополнительная схема защиты от перенапряжения для схемы стабилизатора на LM317.

Примечания:
Это стабилизатор напряжения, который позволяет подавать напряжение 6 вольт, преобразованное из автомобильного аккумулятора 12 В. В схему могут быть добавлены стабилитрон и светодиод, сигнализирующий о перенапряжении на входе. Если вам удастся найти реле, работающее в диапазоне от 6,2 В до 12 В, то вы можете подключить его таким образом, что в случае перенапряжения реле будет автоматически отключать питание на выходе, что позволит предотвратить поломку любого подключённого оборудования.

Однако такое реле не так просто найти, поэтому в качестве замены можно использовать показанную ниже простую схему, собранную на двух транзисторах. Схема будет отключать питание при скачке напряжения выше 6,2 В (значение напряжения можно изменить, подобрав соответствующий стабилитрон).

В схеме использованы следующие компоненты:
1) ZD1 — 3D 6,2 В, стабилитрон(Вы можете выбрать любое иное значение, схема будет отключать питание в том случае, если входное напряжение поднимется выше значения стабилитрона);
2) R1 — 1 кОм, резистор (можно использовать резистор любой мощности, поскольку рассеиваемая им мощность чрезвычайно мала);
3) R2 — 1 кОм, резистор (можно использовать резистор любой мощности, поскольку рассеиваемая им мощность чрезвычайно мала);
4) T1 — NPN транзистор малой мощности (отлично подойдут BC108 или BC547);
5) T2 — NPN транзистор, способный включать используемое вами оборудование (BFY51 или BC140 могут включать 1 ампер, что является максимумом для данного стабилизатора напряжения).

Рекомендуется протестировать настоящую схему с помощью вольтметра, слегка увеличивая напряжение в цепи стабилизатора. Так вы сможете убедиться, что схема отключает выход, когда достигнуто значение стабилитрона. Это особенно актуально, если вы желаете подключать дорогое оборудование. Ниже показана общая схема стабилизатора и дополнения для защиты от перенапряжения:

Обязательно проверьте и перепроверьте полярность — при неверной полярности вы выведите из строя компоненты запитываемого вами оборудования. Если вы решите увеличить выходную мощность стабилизатора напряжения до значения выше 1 А, то вам следует подключить параллельно несколько микросхем LM317. В этом случае необходимо убедиться, что вы используете достаточно мощный транзистор Т2.

Использование ИМС LM317 в качестве регулируемого стабилизатора напряжения от 0 до 3 В

Fairchild LM317

Большинству разработчиков известно, что недорогой трехвыводной регулируемый стабилизатор напряжения, такой, например, как LM317, выпускаемый Fairchild Semiconductor, они могут использовать, как правило, только в диапазоне напряжений от 36 В до 3 В. Без специальных решений сделать минимальное выходное напряжение такой ИМС менее 1.25 В невозможно. Это связано с тем, что напряжение внутреннего опорного источника таких стабилизаторов равно именно 1.25 В, и без дополнительного потенциального смещения их выходное напряжение не может быть меньше этой величины [1]. Одним из способов решения этой проблемы является смещение потенциала вывода установки выходного напряжения (обозначаемого в спецификациях как Adj или V_ADJ) с помощью дополнительного источника опорного напряжения на основе двух диодов [2].

Рисунок 1.	Схема недорогого простого регулируемого стабилизатора напряжения с диапазоном от 0 до 3 В.

Хотя для диапазона выходных напряжений от 1.2 до 15 В или для стабилизаторов более высокого напряжения такой подход вполне приемлем, для получения сверхнизких напряжений, как фиксированных, так и регулируемых, он не подходит. Используемые в [2] два диода 1N4001 не обеспечивают необходимое смещение потенциала в 1.2 В и, к тому же, вносят дополнительную температурную нестабильность порядка 2.5 мВ/К [3]. Таким образом, при изменении окружающей температуры в диапазоне 20 °С (это типичная ситуации для помещения), дополнительный температурный дрейф выходного напряжения составит примерно 100 мВ. А это более 6% для выходного напряжения 1.5 В, и уже 10% для напряжения 1 В.

Проблему можно решить, например, с помощью ИМС источников опорного напряжения, таких как LM185 компании Fairchild или AD589 от Analog Devices. Однако, помимо того, что эти устройства дороги, они требуют не только дополнительной регулировки нуля, но еще и согласования. Это связано с разбросом опорных напряжений, которые могут лежать в диапазоне от 1.215 В до 1.255 В для LM185 и от 1.2 В до 1.25 В для AD589. Заметим, что опорное напряжение ИМС LM317 может находиться в пределах от 1.2 В до 1.3 В.

На Рисунке 1 представлен вариант недорогого регулируемого стабилизатора напряжения с диапазоном выходных напряжений от 0 до 3 В. Необходимый потенциал смещения формируется при помощи простого термостабильного источника постоянного тока [4]. Вычислить этот ток можно при помощи следующего выражения:

V_F – прямое падение напряжения на светодиоде D₁, равное примерно 2 В;
V_EBO – напряжение эмиттер-база транзистора Q₁, приблизительно равное 0.68 В.

Используя эти значения, ток можно считать приблизительно равным

Этот источник постоянного тока и создает на резисторе R₃ нужное нам напряжение смещения равное, примерно, –1.25 В. Установка нуля выполняется подстроечным резистором R₆, который управляет током источника. Резистор R₅ защищает транзистор Q₁. Светодиод D₁ можно использовать в качестве индикатора включения. Выходное напряжение устанавливается потенциометром R₂. Рассчитать выходное напряжение можно с помощью следующего выражения:

V_REF – опорное напряжение IC₁,
V_R3 – заданное компенсирующее напряжение на резисторе R₃.

Вы должны установить это напряжение равным опорному напряжению ИМС для его компенсации. В этом случае

С резистором R₂, настроенным на сопротивление 1.2 кОм, эта схема нашла применение в качестве эквивалента типичной щелочной батареи с выходным напряжением 1.56 В и использовалась в исследовательских работах в ряде проектов.

Ссылки

1. «LM317 3-Terminal Positive Adjustable Regulator,» Fairchild Semiconductor Corp, June 2005.
2. «LM350 3-Terminal 3A Positive Adjustable Voltage Regulator,» Fairchild Semiconductor Corp, 2001.
3. Schenk, C, and Ulrich Tietze, Halbleiter-Schaltungstechik, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2002, ISBN: 3540428496.
4. Rentyuk, Vladimir, «The Simple Temperature-Stabilized Constant-Current Source,» Electronics World, November 2006.

Перевод: В.Рентюк по заказу РадиоЛоцман

Две схемы стабилизатора напряжения и постоянного тока на основе LM317

sribasu

Я прочитал несколько статей по следующей схеме. Мне было интересно, смогу ли я создать такой регулятор напряжения и постоянного тока для своего источника питания или нет.

Мой вопрос — это практическая схема? И будут ли работать переменные сопротивления 1 Вт и 2 Вт?

Здесь первый LM317 используется в качестве регулятора тока, а второй — в качестве регулятора напряжения. Мне также было интересно, если этот порядок правильный, или его нужно поменять местами — то есть сначала регулятор напряжения, а затем регулятор тока, чтобы он работал лучше. Пожалуйста помоги.

PS: мне нужна эта схема для регулирования напряжения и поддержания выходного тока на настраиваемом постоянном уровне.

транзистор

Это действительно не очень хорошее решение. У вас есть два регулятора, каждый с собственным падением напряжения и потерей мощности, током полной нагрузки, проходящим через потенциометр, и невозможностью снизить выходное напряжение до нуля. Было бы намного лучше получить правильную конструкцию, используя один выходной каскад с ограничением напряжения и тока.

Рисунок 1. Два решения LM317 для тех, кто настаивает. Источник: ON-Semi Datasheet .

См. Самый умный способ использовать текущий предел, используя LM317? для полного описания рабочего решения некоторых из этих проблем, если вы хотите продолжить с LM317 для этого приложения. В этом ответе я подробно объясняю работу схемы.

Воутер ван Оойен

транзистор

sribasu

транзистор

Энди ака

Это практически практично — основная проблема в том, что у вас нет развязывающего конденсатора на входной мощности для второго регулятора в цепи. Это может вызвать нестабильность при определенных условиях нагрузки.

Поместите другой 1 мкФ конденсатор на входном контакте на массу / 0 В.

Что касается номинальной мощности — 100-омный резистор будет только «видеть» 1,25 В между Vout и ref, поэтому мощность составляет всего около 16 мВт.

Потенциометр (VR2) подвергается воздействию того же тока, что и 100 Ом, т.е. 12,5 мА. Максимальная мощность — это когда мощность полностью увеличивается до 1к, т.е. 160 мВт.

VR1 будет проблемой согласно ответу Ваутера.

Воутер ван Оойен

Есть проблема с VR1. При максимальном токе схема может выдавать 1А. Стеклоочиститель нормального потенциометра не рассчитан на такой ток.

Расчет: регулировать до 0,5А. Это будет использовать 1,2 Ом сопротивления VR1, при котором будет рассеиваться 0,3 Вт. Полный VR1 может легко справиться с этим, но очень малая часть VR1, которую вы используете в этой настройке (с ограничением по току 0,5 А), вряд ли будет. (1,2 Ом составляет 0,1% от 1 КБ)

Также обратите внимание, что шкала VR1 будет далека от линейной: приведенные выше расчеты показывают, что 1А является полностью правильным, 0,5А отстает на 0,1% от полного.

Конденсатор 100 мкФ кажется мне немного низким на мой вкус. IIR правило большого пальца больше, чем 1000 мкФ на 1А.

Когда ser для 1A и замкнут, ваш выход будет 0 В, и первый LM317 будет принимать полный ток 1 А. Входное напряжение может быть sqrt (2) * 12

17 В, поэтому микросхема будет рассеивать 17 Вт. Это требует хорошего охлаждения. (Это может быть немного лучше, потому что у диодов есть некоторое падение, но это может ухудшиться из-за допусков в trafo и сетевом напряжении).

Lm317 в качестве стабилизатора тока

Справочники по компонентам (или datasheets) являются необходимейшим элементом при разработке электронных схем. Однако, у них есть одна, но неприятная особенность.
Дело в том, что документация на любой электронный компонент (например, микросхему) всегда должна быть готова еще до того, как эта микросхема начнет выпускаться.
В итоге, реально мы имеем ситуацию, когда микросхемы уже поступили в продажу, а еще ни одно изделие на их основе не было создано.
А, значит, все рекомендации и особенно схемы приложений, приводимые в datasheets, носят теоретический, рекомендательный характер.
Эти схемы в основном демонстрируют принципы работы электронных компонентов, но они не проверены на практике и не должны поэтому слепо приниматься во внимание при разработке.
Это нормальное и логичное положение дел, если только со временем и по мере
накопления опыта в документацию вносятся изменения и дополнения.
Практика же показывает обратное,- в большинстве случаев все схемные решения, приводимые в datasheets, так и остаются на теоретическом уровне.
И, к сожалению, частенько это не просто теории, а грубые ошибки.
И еще большее сожаление вызывает несоответствие реальных (и важнейших)
параметров микросхемы, заявленным в документации.

В качестве типичного примера подобных datasheets приведем справочник на LM317,- трех-выводной регулируемый стабилизатор напряжения, который, кстати, выпускается уже лет 20. А схемы и данные в его datasheet все те же …

Итак, недостатки LM317, как микросхемы и ошибки в рекомендациях по ее использованию.

1. Защитные диоды.
Диоды D1 и D2 служат для защиты регулятора,-
D1 для защиты от короткого замыкания на входе, а D2 для защиты от разряда
конденсатора C2 “через низкое выходное сопротивление регулятора” (цитата).
На самом деле, диод D1 не нужен, поскольку никогда не бывает ситуации, когда
напряжение на входе регулятора меньше, чем напряжение на выходе.
Поэтому, диод D1 никогда не открывается, а значит и не защищает регулятор.
Кроме, конечно, случая короткого замыкания на входе.
Диод D2 может открываться, конечно, Но, конденсатор C2 прекрасно разряжается
и без него, через резисторы R2 и R1 и через сопротивление нагрузки.
И как-то специально его разряжать нет необходимости.
Кроме того, упоминание в datasheet о “разряде С2 через выход регулятора”
не более, чем ошибка, потому, как схема выходного каскада регулятора –
это эмиттерный повторитель.
И конденсатору C2 просто нет может разряжаться через выход регулятора.

2. Теперь — о самом неприятном, а именно о несоответствии реальных
электрических характеристик заявленным.

В Datasheets всех производителей есть параметр Adjustment Pin Current
(ток по входу подстройки). Параметр весьма интересный и важный, определяющий, в частности, максимальную величину резистора в цепи входа Adj. А также и значение конденсатора C2. Заявленное типовое значение тока Adj равно 50 мкА.
Что весьма впечатляет и полностью устраивало бы меня, как схемотехника.
Если бы на самом деле оно не было бы в 10 раз больше, т.е. 500 мкА.

Это — реальное несоответствие, проверенное на микросхемах разных производителей и на протяжении многих лет.
А началось все с недоумения — почему это на выходе во всех схемах такой низкоомный делитель ?
А вот потому и низкоомный, что иначе невозможно получить на выходе LM317
минимальный уровень напряжения.

Самое интересное, что в методике измерения тока Adj низкоомный делитель
на выходе так же присутствует. Что фактически означает, что этот делитель включен параллельно с электродом Adj.
Только с таким хитрым подходом и можно «влезть» в рамки типовой величины в 50 мкА.
Но это — довольно изящная, но уловка. «Особые условия измерения».

Я понимаю, весьма трудно добиться стабильного тока заявленной величины в 50 мкА. Так не пишите липу в Datasheet. Иначе — это обман покупателя. А честность — лучшая политика.

3. Еще о самом неприятном.

В Datasheets LM317 есть параметр Line Regulation, который определяет
рабочий диапазон напряжений. И диапазон указан таки не плохой — от 3 до 40 Вольт.
Вот только одно маленькое НО …
Внутренняя часть LM317 содержит стабилизатор тока, в котором использован
стабилитрон на напряжение 6,3 В.
Поэтому, эффективное регулирование начинается с напряжения Вход-Выход в 7 Вольт.
Кроме того, выходной каскад LM317 — это транзистор n-p-n, включенный по схеме
эмиттерного повторителя. И на «раскачке» у него — такие же повторители.
Поэтому эффективная работа LM317 при напряжении в 3 В невозможна.

4. О схемах, обещающих получить на выходе LM317 регулируемое напряжение от ноля Вольт.

Минимальная величина напряжения на выходе LM317 составляет 1,25 В.
Можно было бы получить и меньше, если бы не встроенная схема защиты от
короткого замыкания на выходе. Не самая хорошая схема, мягко говоря …
В других микросхемах схема защиты от КЗ срабатывает при превышении тока нагрузки.
А в LM317 — при снижении выходного напряжение ниже 1,25 В. Простенько и со вкусом,- закрылся себе транзистор при напряжении база-эмиттер ниже 1,25 В и все тут.
Вот поэтому, все схемы приложений, которые обещают получить на выходе
LM317 регулируемое напряжение, начиная аж от ноля вольт — не работают.
Все эти схемы предлагают подключить контакт Adj через резистор к источнику
отрицательного напряжения.
Но уже при напряжении между выходом и контактом Adj менее 1,25 В
сработает схема защиты от КЗ.
Все эти схемы — чистая теоретическая фантазия. Их авторы не знают, как работает LM317.

5. Способ защиты от КЗ на выходе, используемый в LM317, также накладывает
известные ограничения на запуск регулятора,- в ряде случаев запуск будет затруднен, поскольку невозможно различить режим короткого замыкания и режим нормального включения, когда выходной конденсатор еще не заряжен.

6. Рекомендации по номиналам конденсатора на выходе LM317 очень впечатляют,- это диапазон от 10 до 1000 мкФ. Что в сочетании с величиной выходного сопротивления регулятора порядка одной тысячной Ома является полным бредом.
Даже студенты знают, что конденсатор на входе стабилизатора существенно,
мягко говоря, эффективнее, чем на выходе.

7. О принципе регулирования выходного напряжения LM317.

LM317 представляет собой операционный усилитель, в котором регулирование
выходного напряжения осуществляется по НЕ инвертирующему входу Adj.
Другими словами — по цепи Положительной обратной связи (ПОС).

Чем это плохо ? А тем, что все помехи с выхода регулятора через вход Adj проходят внутрь LM317, а затем — опять на нагрузку. Хорошо еще, что коэффициент передачи по цепи ПОС меньше единицы …
А то получили бы автогенератор.
И не удивительно в связи с этим, что в цепи Adj рекомендуется ставить конденсатор С2.
Хоть как-то отфильтровывать помехи и повышать устойчивость к самовозбуждению.

Весьма занятным представляется и тот факт, что в цепи ПОС, внутри LM317,
имеется конденсатор 30 пФ. Что увеличивает уровень пульсаций на нагрузке с повышением частоты.
Правда, это честно показано на диаграмме Ripple Rejection. Вот только зачем этот конденсатор ?
Он был бы весьма полезен, если бы регулирование осуществлялось по цепи
Отрицательной обратной связи. А в цени ПОС он только ухудшает устойчивость.

Кстати, и с самим понятием Ripple Rejection не все «по понятиям».
В общепринятом понимании эта величина означает, насколько хорошо регулятор
фильтрует пульсации со ВХОДА.
А для LM317 она фактически означает степень собственной ущербности
и показывает, как же хорошо LM317 борется с пульсациями, которые сама же
берет с выхода и опять загоняет внутрь самой себя.
В других регуляторах регулирование осуществляется по цепи
Отрицательной обратной связи, что максимально улучшает все параметры.

8. О минимальном токе нагрузки для LM317.

В Datasheet указан минимальный ток нагрузки в 3,5 мА.
При меньшем токе LM317 неработоспособна.
Весьма странная особенность для стабилизатора напряжения.
Значит, надо следить не только за максимальным током нагрузки, но и за минимальным тоже ?
Это так же означает, что при токе нагрузки, равном 3,5 мА КПД регулятора не превышает 50 %.
Большое Вам спасибо, господа разработчики …

1. Рекомендации по применению защитных диодов для LM317 носят обще-теоретический характер и рассматривают ситуации, которых не бывает на практике.
А, поскольку, в качестве защитных диодов предлагается использовать мощные диоды Шоттки, то получаем ситуацию, когда стоимость (ненужной) защиты превышает цену самой LM317.

2. В Datasheets LM317 приведен неверный параметр на ток по входу Adj.
Он измерен в «особых» условиях при подключении низкоомного выходного делителя.
Эта методика измерения не соответствует общепринятому понятию «ток по входу» и показывает неспособность достичь при изготовлении LM317 заданных параметров.
А также и является обманом покупателя.

3. Параметр Line Regulation указан как диапазон от 3 до 40 Вольт.
На некоторых схемах приложений LM317 «работает» при напряжении вход-выход аж в два вольта.
На самом деле, диапазон эффективного регулирования равен 7 — 40 Вольт.

4. Все схемы получения на выходе LM317 регулируемого напряжения, начиная с ноля вольт, — практически не работоспособны.

5. Способ защиты от короткого замыкания LM317 на практике иногда применяется.
Он прост, но не является лучшим. В ряде случаев запуск регулятора будет вообще невозможен.

6. Рекомендации по выбору величины конденсатора на выходе LM317 вполне заслужили бы оценку «неудовлетворительно» при сдаче экзамена любым студентом.

7. В LM317 реализован ущербный принцип регулирования выходного напряжения,- по цепи Положительной обратной связи. Надо бы хуже, да некуда.

8. Ограничение на минимальный ток нагрузки свидетельствует о плохой схемотехнике LM317 и явно ограничивает варианты ее использования.

Суммируя все недостатки LM317 можно дать рекомендации:

а) Для стабилизации постоянных «типовых» напряжений 5, 6, 9, 12, 15, 18, 24 В целесообразно использовать трех-выводные стабилизаторы серии 78xx, а не LM317.

б) Для построения действительно эффективных стабилизаторов напряжения следует использовать микросхемы типа LP2950, LP2951, способных работать при напряжении вход-выход менее 400 милливольт.
В сочетании с мощными транзисторами при необходимости.
Эти же микросхемы эффективно работают и в качестве стабилизаторов тока.

в) В большинстве случаев операционный усилитель, стабилитрон и мощный транзистор (особенно полевой) дадут гораздо лучшие параметры, чем LM317.
И уж точно — лучшую регулировку, а также и широчайший диапазон по типам и номиналам резисторов и конденсаторов.

г). И, не доверяйте слепо Datasheets.
Любые микросхемы делаются и, что характерно, продаются людьми …