В последнее время интерес к схемам стабилизаторов тока значительно вырос. И в первую очередь это связано с выходом на лидирующие позиции источников искусственного освещения на основе светодиодов, для которых жизненно важным моментом является именно стабильное питание по току. Наиболее простой, дешевый, но в то же время мощный и надежный токовый стабилизатор можно построить на базе одной из интегральных микросхем (ИМ): lm317, lm338 или lm350.

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.

* - 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:

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

Схемы и расчеты

Наибольшее применение ИС нашли в источниках питания светодиодов. Рассмотрим простейшую схему стабилизатора тока (драйвера), состоящую всего из двух компонентов: микросхемы и резистора.
На вход ИМ подается напряжение источника питания, управляющий контакт соединяется с выходным через резистор (R), а выходной контакт микросхемы подключается к аноду светодиода.

Если рассматривать самую популярную ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывают по формуле: R=1,25/I 0 (1), где I 0 – выходной ток стабилизатора, значение которого регламентируется паспортными данными на LM317 и должно быть в диапазоне 0,01-1,5 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора может быть в диапазоне 0,8-120 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, рассчитывается по формуле: P R =I 0 2 ×R (2). Включение и расчеты ИМ lm350, lm338 полностью аналогичны.

Полученные расчетные данные для резистора округляют в большую сторону, согласно номинальному ряду.

Постоянные резисторы производятся с небольшим разбросом значения сопротивления, поэтому получить нужное значение выходного тока не всегда возможно. Для этой цели в схему устанавливается дополнительный подстроечный резистор соответствующей мощности.
Это немного увеличивает цену сборки стабилизатора, но гарантирует получение необходимого тока для питания светодиода. При стабилизации выходного тока более 20% от максимального значения, на микросхеме выделяется много тепла, поэтому ее необходимо снабдить радиатором.

Онлайн калькулятор lm317, lm350 и lm338

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.

Vin (входное напряжение): 3-40 Вольт
Vout (выходное напряжение): 1,25-37 Вольт
Выходной ток: до 1,5 Ампер
Максимальная рассеиваемая мощность: 20 Ватт
Формула для расчета выходного (Vout) напряжения: Vout = 1,25 * (1 + R2/R1)
*Сопротивления в Омах
*Значения напряжения получаем в Вольтах

Данная простая схема позволяет выпрямить переменное напряжение в постоянное благодаря диодному мосту из диодов VD1-VD4, а затем точным подстрочным резистором типа СП-3 выставить нужное вам напряжение в пределах допустимых интегральной микросхемы-стабилизатора.

В качестве выпрямительных диодов взял старые FR3002 , которые когда-то давно выпаял из древнейшего компьютера 98-го года. При внушительных размерах (корпус DO-201AD) их характеристики (Uобратное: 100 Вольт; Iпрямой: 3 Ампера) не впечатляют, но мне и этого хватает с головой. Для них даже пришлось расширять отверстия в плате, уж больно выводы у них толстые (1,3мм). Если немного изменить плату в лейоте можно впаять сразу готовый диодный мост.

Радиатор для отведения тепла от микросхемы 317 обязателен, даже лучше небольшой вентилятор поставить. Еще, в месте соединения подложки корпуса TO-220 микросхемы с радиатором капните немного термопасты. Степень нагрева будет зависеть от того, сколько мощности рассеивает микросхема, а также от самой нагрузки.

Микросхему LM317T я не устанавливал прямо на плату, а вывел от неё три провода, с помощью которых и соединил этот компонент с остальными. Это было сделано для того, чтобы ножки не расшатывались и вследствие чего не были переломанными, ведь данная деталь будет прикреплена к рассеивателю тепла.

Подстрочный резистор для возможности использования полного вольтажа микросхемы, то есть регулировки от 1,25 и аж до 37 Вольт устанавливаем с максимальным сопротивлением 3432 кОма (в магазине самый близкий номинал 3,3кОм.). Рекомендуемый тип резистора R2: подстрочный многооборотный (3296).

Саму микросхему-стабилизатор LM317T и подобные ей выпускает множество, если не все компании по производству электронных компонентов. Покупайте только у проверенных продавцов, потому что встречаются китайские подделки, особенно часто микросхемы LM317HV, которая рассчитана на входное напряжение аж до 57 Вольт. Опознать ненастоящую микросхему можно по железной подложке, в фейке она имеет множество царапин и неприятный серый цвет, также неправильную маркировку. Еще нужно сказать, что микросхема имеет защиту от короткого замыкания, а также перегрева, но на них сильно не рассчитывайте.

Не забываем, что данный (LM317Т) интегральный стабилизатор способен рассеивать мощность с радиатором только до 20 Ватт. Плюсами этой распространённой микросхемы являются её маленькая цена, ограничение внутреннего тока короткого замыкания, внутренняя тепловая защита

Платку можно нарисовать качественно даже обычным пергаментным маркером, а потом вытравить в растворе медного купороса/хлорного железа…

Фото готовой платы.

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 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.

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).

Величина сопротивления переменного R2 напрямую связана с диапазоном напряжения на выходе. Обычно его сопротивление должно быть примерно 10…15 % от суммарного сопротивления оставшихся резисторов (R1 и R2) либо же можно подобрать его сопротивление экспериментально.

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.

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.