0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулируемые стабилизаторы напряжения и тока LM317 (КР142ЕН12) и LM337 (КР142ЕН18) для источников и блоков питания

Регулируемые стабилизаторы напряжения и тока LM317 (КР142ЕН12) и LM337
(КР142ЕН18) для источников и блоков питания.

Среди микросхем регулируемых стабилизаторов напряжения и тока одними из самых популярных являются ИМС LM317 и LM337. Благодаря своим приличным характеристикам, низкой стоимости и удобного для монтажа исполнения, эти микросхемы при минимальном наборе внешних деталей отлично справляются с функцией несложных регулируемых источников и блоков питания для бытовой и промышленной электронной аппаратуры.
Микросхемы идентичны по своим параметрам, разница заключается лишь в том, что LM317 является регулируемым стабилизатором положительного относительно земли напряжения, а микросхема LM337 — регулируемым стабилизатором отрицательного напряжения.

Аналогами стабилизатора LM317 на отечественном рынке является модификация КР142ЕН12, а LM337 — КР142ЕН18.

Если полутора ампер выходного тока покажется недостаточно, то LM317 можно заменить на LM350 с выходным током 3 ампера и LM338 — 5А. Схемы включения останутся точно такими же.

Для удобства описание поведём для более распространённого стабилизатора блока питания с положительной полярностью напряжения (LM317), но всё сказанное и нарисованное на схемах будет так же верно для стабилизаторов с минусовой полярностью (LM317). Однако важно заметить, что при смене полярности стабилизатора — необходимо также изменить на схемах: полярность включения всех диодов, электролитических конденсаторов, а также тип проводимости внешних транзисторов (в случае их наличия). И не стоит забывать, что цоколёвки у этих микросхем разные!

Начнём с главного:
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАБИЛИЗАТОРОВ LM317, LM337 в корпусе TO-220:

Максимальное входное напряжение блока питания — 40 В;
Регулирование выходного напряжения — от 1,25 до 37 В;
Точность установки и поддержания выходного напряжения — 0,1%;
Максимальный ток нагрузки — 1,5 A;
Минимальный ток нагрузки — 3,5. 10 мА;
Наличие защиты от возможного короткого замыкания и перегрева;

Давайте не будем сильно отвлекаться на разнообразные любительские реализации стабилизаторов на LM317 и LM337, а сделаем основной упор на рекомендациях и схемах, приведённых в datasheet-ах на микросхемы. Типовая схема включения LM317 с функцией регулировки напряжения приведена на Рис.1

Рис.1 Типовая схема включения LM317

Диоды D1 и D2 предназначены для защиты микросхемы, а конкретно — быстрого и безопасного разряда конденсаторов в случае возникновения короткого замыкания (D1 — по входу, D2 — по выходу). При выходных напряжениях менее 25 В производитель ИМС допускает работу стабилизатора без использования защитных диодов.
Конденсатор С2 снижает уровень пульсаций на выходе микросхемы на 15 дБ. Увеличение номинала этого конденсатора свыше 10 МкФ не только не приведёт к существенному снижению пульсаций, но и окажет вредное влияние на скорость реакции стабилизатора на изменение выходного напряжения.

Номинал резистора R1 жёстко определяется в техническом паспорте как 240 Ом, хотя ничего плохого не случится, если выбрать его значение в диапазоне 200. 270 Ом.
Величина R2 вычисляется исходя из формулы Vout = Vref x (1+R2/R1) + Iadj x R2 , где
Vref ≈ 1,25В , а Iadj ≈ 50 мкА .

Читайте так же:
Устройства для регулировки давления воды

Онлайн калькулятор для расчёта стабилизатора напряжения на основе LM317 (LM337).
Выходное напряжение не может принимать значений ниже 1,25 В.

На Рис.2 изображена схема интегрального стабилизатора напряжения с функцией плавного пуска питания, собранная на всё том же регуляторе напряжения LM317 и тоже взятая из datasheet-а на микросхему.

Рис.2 Схема стабилизатора напряжения с функцией плавного пуска питания

В начальный момент включения источника питания конденсатор C1 разряжен и представляет собой КЗ. Напряжение на эмиттере транзистора близко к нулю, соответственно напряжение на выходе микросхемы минимально и составляет величину — около 1,2 В. По мере заряда конденсатора напряжение на эмиттере растёт, напряжение на выходе микросхемы — тоже. В какой-то момент напряжение на базе достигнет значения, при котором транзистор полностью закроется, и на выходе стабилизатора установится уровень напряжения, определяемый номиналами резисторов R1, R2.
При установке защитных диодов (как это сделано на Рис.1) ничто не мешает использовать эту схему и с более высокими выходными напряжениями.

Если возникла необходимость ввести в блок питания стабилизатор (ограничитель) тока нагрузки, то для этой цели также подойдёт ИМС LM317, причём схема получается ещё проще, чем в случае использования её в качестве стабилизатора напряжения.

Рис.3 Ограничитель тока на LM317

Такое устройство может быть полезно для зарядки аккумуляторов, питания светодиодов, ограничения тока нагрузки источника питания и т. д.
При выборе номинала сопротивления R1 в диапазоне 0,8. 125 Ом ограничение выходного тока будет происходить на уровнях: от 10 мА до 1,56 А, а формула, для расчёта конкретного значения тока выглядит следующим образом: I = Iadj + Vref/R1 ≈ 1,25/R1 .

Онлайн калькулятор для расчёта стабилизатора тока на основе LM317 (LM337).

Если необходимо поиметь в хозяйстве источник, как с регулировкой выходного напряжения, так и с ограничением выходного тока, то существует возможность использовать два варианта:
1. Соединить последовательно стабилизатор тока (Рис.3) и стабилизатор напряжения (Рис.1), либо
2. Либо использовать ещё одну схему из datasheet-а.

Рис.4 Схема стабилизатора с ограничением выходного тока

Область применения схемы, приведённой на Рис.4, декларируется производителем — как зарядное устройство для 6-вольтовых аккумуляторов, но её вполне можно расширить, подключив к выходу любую нагрузку и используя обвес, взятый с типовой схемы включения (Рис.1).
Ток ограничения (стабилизации) устройства рассчитывается исходя из формулы: I ≈ 0,6//R1 , А учитывая дополнительное падение напряжения на резисторе R1, при расчёте выходного напряжения в калькуляторе — следует вводить величину Uвых, на 0,6 В превышающую необходимое значение.

Читайте так же:
Регулировка пластиковых окон замена резинок

Умощнение LM317 внешним транзистором

Теперь что касается умощнения микросхем. Здесь datasheet также предполагает 2 варианта:
1. Параллельное соединение микросхем, но не примитивное (как порой можно встретить на некоторых интернет просторах), а довольно сложное, посредством ОУ и дополнительного транзистора. Эту схему я не вижу особого смысла рассматривать ввиду того, что подобную задачу можно решить более гуманными методами.
2. Умощнение внешним транзистором (Рис.5):

Рис.5 Умощнение стабилизатора напряжения на LM317 внешним транзистором

Силовой умощняющий транзистор следует выбирать исходя из максимального тока нагрузки и максимальной мощности, рассеиваемой на нём.
До того момента, когда падение напряжения на резисторе R1 достигнет уровня 0,6. 0,7 В транзистор закрыт, и весь ток в нагрузку течёт через микросхему стабилизатора. При достижении указанного уровня падения напряжения транзистор приоткрывается и также начинает отдавать ток в нагрузку, разгружая тем самым микросхему. Чем больше ток — тем сильнее открыт транзистор, тем большее относительное значение тока через него протекает в нагрузку.
Главный вопрос, возникающий у радиолюбителя — какого номинала следует выбирать резистор.
Для начала надо задаться некой величиной тока, протекающего через ИМС стабилизатора Ireg , не слишком большой (чтобы микросхема не сильно грелась), но и не слишком малой (для сохранения её стабильной и устойчивой работы). Обычно величина это тока выбирается в пределах 0,1. 0,3 А.
Определившись с этим значением, следует выбрать транзистор, исходя из максимального тока нагрузки, с параметром β > 1.1 x Iнмакс / Ireg . Будет лучше, если запас усиления транзистора составит величину — 10. 20%.
Тогда значение R1 можно будет вычислить по следующей формуле:
R1 ≈ (β x Vбэ) / (Ireg x β — Iнмакс) , где Vбэ ≈ 0,7В для простых транзисторов и 1,4В — для составных.

Умощнение LM317 внешним транзистором

Таким же способом можно умощнить и стабилизатор (ограничитель) тока нагрузки (Рис.6).

Рис.6 Умощнение стабилизатора тока на LM317 внешним транзистором

И под занавес приведу схему двуполярного источника питания с регулируемым напряжением (± 1,2. 35 В), опубликованную в одном из зарубежных источников (Рис.7).

Рис.7 Схема двуполярного блока питания

Для повышения надёжности устройства в него следует добавить пару защитных диодов по аналогии со схемой, изображённой на Рис.1.

Стабилизатор напряжения на LM317

Стабилизатор LM317 является очень популярным компонентом в построении стабилизированных источников питания. Чаще всего его называют регулятором напряжения, потому что выходное напряжение LM317 можно задавать в широком диапазоне. И все-таки, правильнее называть регулируемый линейный стабилизатор напряжения.

Помимо стабилизации напряжения, LM317 может включаться как стабилизатор тока, этому посвящена целая статья «Стабилизатор тока на LM317«.

Как говорилось выше, элемент является линейным, а это важное преимущество, в плане качества питания, перед импульсными стабилизаторами, но увы, линейные компоненты уступают импульсным по КПД.

Стабилизатор выполняется в разных корпусах, соответственно характеристики у всех разные. Я преимущественно буду писать про исполнение в корпусе TO-220.

Читайте так же:
Механизм сливного бачка унитаза регулировка

LM317 расположение выводов

Основные технические характеристики LM317

Входное напряжение….. до +40В

Выходное напряжение….. от +1.25В до +37В

Разница Vin-Vout….. от 3В до 40В

Максимальный выходной ток при:

Другие характеристики и графики можно посмотреть в технических описаниях разных производителей (Datasheet).

Хочу обратить внимание, что максимально допустимый выходной ток стабилизатора будет зависеть от разницы входного и выходного напряжений. Таким образом, если на вход LM317 подано 40В, а на выходе будет установлено 3В, то максимально допустимый ток не должен превышать 400мА, при условии установки на фланец LM317 теплоотвода с большой охлаждающей поверхностью. Смысл в том, что чем больше разница входного и выходного напряжений, тем больше рассеивается на регуляторе тепла, так как эта разница падает именно на нем. Минимальная разница не должна быть меньше 3В.

Ниже представлен график зависимости тока на выходе, от разницы напряжений.

Зависимость выходного тока от разницы напряжений LM317

Схема стабилизатора напряжения на LM317

LM317 схема включения

Как видно из схемы, за установку напряжения стабилизации отвечает делитель напряжения R1R2, средняя точка которого соединена с выводом обратной связи (регулировки).

Сопротивление резистора R1 постоянно и равняется 240Ом.

Подставляя в нижеприведенную формулу определенное значение сопротивления R2, можно посчитать напряжение стабилизации LM317. И наоборот, зная напряжение стабилизации можно рассчитать значение резистора R2.

LM317 расчет выходного напряжения

Вот небольшая табличка (памятка) с уже посчитанными номиналами элементов.

Таблица напряжений и сопротивлений для LM317

Для наглядного опыта я собрал схему навесным монтажом, без емкостей, чтобы они не отвлекали. Резистора на 240Ом у меня не было, поэтому я установил на 220Ом. Соответственно, для выходного напряжения 15В сопротивление R2 должно быть примерно 2.4кОм.

LM317 регулятор напряжения

При изменении входного напряжения, выходное остается стабильным.

Включение LM317

LM317

Нагрузив выход резистором с сопротивлением 6.2Ома, ток нагрузки составил чуть более 2А.

Ток 2А через линейный регулятор ЛМ317

Установив вместо постоянного резистора R2 подстроечный, получим схему регулируемого стабилизатора напряжения на LM317.

Схема регулируемого стабилизатора напряжения на LM317 с защитными диодами.

LM317 с защитными диодами

Данная схема применяется при выходном напряжении более 25В и выходных емкостей более 10мкФ.

При замыкании входа заряды емкостей могут вывести из строя LM317. Защитные диоды позволяют разрядить эти емкости, обеспечив протекание тока разряда, минуя линейный регулятор.

При замыкании входа на землю, конденсатор Co разрядится через диод D1, а Cadj через D2 и D1.

При выходном напряжении менее 25В и конденсаторов менее 10мкФ, при замыкании входа, разряд конденсаторов происходит через встроенный резистор сопротивлением 50Ом.

Дороботка блока питания с переключаемым выходым напряжением

Источники питания

Как-то мне непосчастливилось приобрести универсальный блок питания с переключаемым выходным напряжением для батарейной аппаратуры. В принципе, блок выглядел весьма разумно, переключатель напряжения с градацией через 1,5V, переключатель полярности, на конце кабеля пять штекеров разного типоразмера. плюс колодка «Кроны». В общем, то что надо. Однако, под столь благовидной (но безымянной) личиной скрывался злобный вредитель.

Читайте так же:
Как регулировать фокус на камере видеонаблюдения

regulyator-na-lm317

Хорошо еще что я не стал ничего к нему подключать, потому что выходные напряжения оказались завышены в ДВА РАЗА! Обдумав ситуацию, я предположил, что блок питания рассчитан на сеть 120V, потому и выдает при включении в 220V удвоенное выходное напряжение. Но надпись на корпусе утверждала обратное. Вскрытие показало, что внутри есть трансформатор с переключаемыми обмотками и выпрямитель с конденсатором на выходе. Стабилизатора нет. Пришлось доработать блок питания следующим образом.

А именно, подать на его выпрямитель самое высокое напряжение, которое есть на вторичной обмотке трансформатора, и между выпрямителем и переключателем полярности включить регулируемый стабилизатор. Сначала стабилизатор планировалось сделать на ИМС LM317 по схеме с плавной регулировкой, как на рисунке 1. Но затем уже в процессе от этой идеи пришлось отказаться, потому что при плавной регулировке будет довольно сложно установить точное выходное напряжение, либо каждый раз придется пользоваться мультиметром, что далеко не всегда возможно.

Регулируемый блок питания на lm317

Впрочем, такой вариант тоже возможен, если переменный резистор заменить подстроечным и не менять слишком часто выходное напряжение, либо пользоваться блоком питания исключительно в мастерской, где всегда есть под рукой свободный мультиметр. Финальная схема показана на рисунке 2. Это регулируемый стабилизатор с переключаемым выходным напряжением. Величины выходного напряжения выбраны так, чтобы соответствовали номинальному напряжению большинства батарейных источников, применяемых в портативной аппаратуре:

  • 1,5V (один элемент),
  • 3V (два элемента),
  • 4.5V (три элемента),
  • 6V (четыре элемента),
  • 9V («Крона» или импортный аналог),
  • 12V (автомобильная аппаратура).

Стабилизатор напряжения выполнен на основе регулируемого стабилизатора А1 типа LM317. Эта микросхема представляет собой регулируемый интегральный стабилизатор напряжения от 1,25 до 33V при входном напряжении не более 37V. Величина выходного напряжения зависит от соотношения сопротивлений двух резисторов, образующих делитель напряжения на выходе микросхемы, для подачи на регулирующий вход. В схеме на рисунке 2 этот делитель состоит из резистора R1 и резисторов R2R8. переключаемых переключателем S1.

При указанных на схеме величинах сопротивления резисторов R1R8 фактические выходные напряжения будут следующими: 1,51V, 3,08V, 4,45V, 5,92V, 9,03V, 11,88V. Но это при условии, что сопротивления резисторов R1R8 точно такие, как подписано на схеме. На деле существует погрешность сопротивлений постоянных резисторов. Здесь может быть два выхода из положения, использовать прецизионные резисторы, что дорого и не всегда доступно, или из кучи резисторов общего применения с помощью точного омметра выбрать подходящие, либо набирать необходимые величины сопротивления составляя их из нескольких резисторов.

Есть и третий вариант, не годный для серийного производства, но вполне пригодный для радиолюбительского творчества. Дело в том, что сопротивление резистора зависит от толщины его резистивного слоя. Можно взять резистор немного более низкого сопротивления, чем требуется, а затем с помощью нулевой шкурки подточить его поверхность. При этом сопротивление резистора будет увеличиваться.

Читайте так же:
С какими серверами можно синхронизировать время

Как показывает практика, таким образом можно увеличить фактическое сопротивление резистора в пределах 810%, но не более, так как при более значительном стачивании резистивного слоя может возникнуть его разрыв и сопротивление станет бесконечно большим.
После того как сопротивление резистора подогнано до необходимой величины, его оголившийся резистивный слой нужно защитить от воздействия окружающей среды. Можно залить парафином или замазать клеем БФ6.

Монтаж дополнительного стабилизатора выполнен частично объемным, частично печатным способом в корпусе блока питания, используя его корпус как элемент крепления микросхемы, а резисторы смонтированы на дорожках переключателя, имеющегося на печатной плате, стабилизации напряжения выше 9V.

Что такое регулятор напряжения LM7805

Регулятор напряжения-01

Что такое регулятор напряжения LM7805? Как и большинство других регуляторов на рынке, это трехконтактная ИС; (1)- это входной контакт предназначен для приема входящего постоянного напряжения, (2)- контакт (Ground) служит для заземления регулятора и (3) — это выходной контакт, который подает положительные +5 вольт.

Линейный регулятор напряжения LM7805

Особенности продукта:

  • 3-контактные регуляторы
  • Выходной ток до 1,5 А
  • Внутренняя защита от тепловой перегрузки
  • Возможность рассеивания большой мощности
  • Внутреннее ограничение тока короткого замыкания
  • Компенсация безопасной зоны выходного транзистора

Регулятор напряжения-1

Интересный факт!

Что нужно знать при использовании LM7805

Абсолютное максимальное входное напряжение
Рекомендуемые условия эксплуатации
Возможные высокие температуры
  • Ограничение входного напряжения на 2-3 В выше выходного регулируемого напряжения
  • Размещение радиатора в цепи для отвода тепловых растворов

LM7805: линейный или импульсный регулятор напряжения?

Что касается регуляторов напряжения, то они делятся на два типа:

  1. Линейный регулятор напряжения
  2. Импульсный регулятор напряжения

LM7805 — линейный стабилизатор напряжения, но знаете ли вы, что каждый из них?

Линейные регуляторы

Регуляторы переключения

LM7805. Области применения прибора

Регулятор напряжения LM7805 применяется в широком спектре схем:

Регулятор напряжения-2

LM7805 также можно использовать в схемах для измерителя индуктивности, зарядных устройств для телефонов, портативных проигрывателей компакт-дисков и т.д.

Что лучше LM7805 или LM317?

Возможность регулировки напряжения:

Возможности выходного тока:

Необходимые компоненты:

Вердикт: LM317 обеспечивает большую универсальность, но если вы просто ищете
регулируемый источник питания 5 В, LM7805 отлично подойдет.

Альтернативы регуляторам напряжения

Lipo Rider

Если использование LM7805 или любого другого регулятора напряжения не в ваших интересах, Lipo Rider v1.3 может обеспечить постоянный выход 5 В, который также похож. Мало того, внутренняя микросхема зарядного устройства также обрабатывает поток энергии за вас.

Резюме

В общем, если вы ищете вариант с выходом 5 В без суеты и соотношением цены и качества, LM7805 от Texas Instruments — это то, что вам нужно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector