Стабилизатор тока для светодиода (LED) на микросхеме LM317

LM317 – это регулируемый стабилизатор напряжения. Он может служить для создания различных блоков питания. Он способен быть основой для стабилизатора тока, зарядного устройства, лабораторного блока питания и даже звукового усилителя. Для того, чтобы им воспользоваться, достаточно подключить его к одной их схем обвязки, обозначенных ниже.

Эта микросхема является одной из самых популярных в мире – все из-за простоты ее устройства и работы с ней, ее дешевизны и надежности. Последнее обеспечивается наличием защит короткого замыкания выводов и перегрева микросхемы. LM317 не требует множества компонентов в качестве обвязки. Наибольшую популярность микросхема приобрела в среде радиолюбителей.

LM317 регулирует напряжение линейно, что является ее преимуществом относительно импульсных преобразователей. Микросхема продается в нескольких вариантах корпуса, наибольшей популярностью пользуется версия LM317T в корпусе TO-220. Она была разработана Бобом Добкиным в 1976 году, когда он работал в National Semiconductor, и с тех пор является бессменным хитом в кругах радиолюбителей.

Схема LM317

Все внутреннее устройство стабилизатора можно видеть на его схеме, взятой в datasheet. На ней изображены три вывода схемы: вход (на этот вход подается питание), регулировка и выход. На пине регулировки вольтаж сигнала сначала понижается на одностороннем ограничителе до стабильных 1.25В и служит опорным источником, а ток, вместе с током питания идут на компаратор, основанный на операционном усилителе.

Также на схеме можно видеть выходной каскад на базе биполярного транзистора, который усиливает ток, и блок защиты от перегрева и превышения по току.

Справа от блока защиты находится датчик тока, падение на котором и отслеживается защитой с целью предупреждения повреждений от КЗ.

Итог:

Стабилизатор вполне работоспособен и может быть использован как стабилизатор напряжения (при условии наличия нагрузки), так и стабилизатор тока. Также есть множество различных схем применения для увеличения выходной мощности, использования в качестве зарядного устройства для аккумуляторов и др. Стоимость сабжа вполне приемлемая, учитывая, что в оффлайне я могу купить такой минимум за 30 рублей, а в известном российском интернет магазине за 19 рублей, что существенно дороже обозреваемого.
На сём разрешите откланяться, удачи!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Характеристики LM317

• Максимальное входное напряжение LM317 – 40В
• Диапазон напряжений выхода LM317 – 1.2-37В
• Максимальный выходной ток для LM317 – 1.5А
• Опорное напряжение микросхемы – 0.1-1.3В
• Минимальный ток нагрузки – 3.5mA
• Погрешность напряжения на выходе – 0.1%
• Рассеиваемая мощность – 20Вт
• Рабочий температурный диапазон – 0-125C
• Температурный диапазон хранения – -65-150C
• Температурный диапазон хранения – -65-150°C

Виды LM317

Микросхема продается в нескольких варианта корпуса, в зависимости от потребности в размерах, нагрузки и подключении, а также типу монтажа схемы — каждый может выбрать наиболее подходящий ему вариант.

Наиболее популярна LM317T в корпусе TO-220 на 1.5 Ампер. Это считается универсальным вариантом, так как может использоваться в навесном монтаже, а также поверхностном. Радиатор в таком корпусе позволяет отводить излишнее тепло и испытывать более серьезные нагрузки, чем его собратья, а при необходимости его можно прикрепить к большему радиатору.

Особенности подключения

На lm317t схема включения довольно проста, состоит из минимального количества компонентов. При этом их число зависит от назначения устройства. Если изготавливается стабилизатор напряжения, для него потребуются следующие детали:

Rs – шунтирующее сопротивление, выполняющее также роль балласта. Выбирается значением около 0,2 Ом, если требуется обеспечить максимальный выходной ток до 1,5 А.

Резистивный делить с R1, R2, подключенный к выходу и корпусу, а со средней точки поступает регулирующее напряжение, образуя глубокую обратную связь. Благодаря чему достигается минимальный коэффициент пульсаций и высокая стабильность выходного напряжения. Их сопротивление выбирается исходя из соотношения 1:10: R1=240 Ом, R2=2,4 кОм. Это типовая схема стабилизатора напряжения с выходным напряжением 12 В.

Если требуется сконструировать стабилизатор тока, для этого понадобится еще меньше компонентов:

R1, являющееся шунтом. Им задается выходной ток, который не должен превышать 1,5 А.

Чтобы правильно рассчитать схему того или другого устройства, всегда можно использовать калькулятор lm317. Что касается расчета Rs, то его можно определить по обычной формуле: Iвых. = Uоп/R1. На lm317 стабилизатор тока светодиода получается достаточно качественный, который может быть изготовлен нескольких типов в зависимости от мощности LED:

• для подключения одноватного светодиода с током потребления 350мА необходимо использовать Rs = 3,6 Ом. Его мощность выбирается не менее 0,5 Вт;
• для питания трехватных светодиодов потребуется резистор сопротивлением 1,2 Ом, ток составит 1 А, а мощность рассеивания не менее 1,2 Вт.

На lm317 стабилизатор тока светодиода получается достаточно надежный, но важно правильно рассчитать сопротивление шунта и выбрать его мощность. А поможет в этом деле калькулятор

Также на светодиодах и на основе этой МС изготавливают различные мощные светильники и самодельные прожекторы.

Подключение LM317

LM317 имеет следующую конфигурацию выводов в разных корпусах:

Минимальная схема подключения представляет собой два резистора сопротивления и три конденсатора, подключенных согласно схеме. В соответствии с характеристиками сопротивления и будет определяться напряжение на выходе.

У LM317 два главных параметра: это его опорное напряжение, а также ток, истекающий на выводе подстройки. Опорное напряжение (Vref) — напряжение, которое стабилизатор поддерживает на сопротивлении R1. Оно нестабильно и разнится от партии к партии в среднем на 0.1В, поэтому для расчетов лучше держать в уме усредненное значение – 1.25В. Для серьезных же проектов стоит измерить его для каждого используемого экземпляра. Соответственно, следуя схеме, если замкнуть резистор R2, то на выходе мы получим опорное напряжение – 1.25В, а с увеличением вольтажа на R2 будет увеличиваться и выходное напряжение. Таким образом, LM317 постоянно сравнивает напряжение на выходе через резистивный делитель с опорным, поэтому, меняя сопротивление, мы меняем выходное напряжение.

Ток, утекающий на подстройке (Iadj) – паразитный. По заявлению производителей он составляет от 50 до 100 мкА, но на деле же может достигать и 500 мкА. Из-за этого для стабильности выходного напряжения сопротивление R1 не должно быть выше 240 Ом, чтобы через делитель не проходил ток менее 5 мА.

Все, что вам нужно – это подставить ваше значение R1 в это формулу R2=R1*((Uo/Uref)-1).

Кроме того, не забывайте об охлаждении. Чем больше разница входного и выходного тока, тем сильнее будет нагреваться стабилизатор, что приведет к проблемам с его работой. Параметров, описанных производителем, можно добиться, только используя дополнительное охлаждение в виде радиатора.

Характеристики

Технические параметры LM317 при температуре окружающей среды +25 °C:

физические:

• корпус TO-220, TO-220FP, TO-3, D2PAK, SOT-23;
• материал корпуса — пластмасса;

электрические:

• диапазон от 1.25 до 37 В;
• сила тока на выходе не более 1.5 А;
• нестабильность на выходе до 0,1 %;
• опорное (Vref) от 0,1 до 1,3 В;
• ток вытекающий из вывода подстройки (Iadj) от 50 до 100 мкА (µA);

внутренняя защита:

• от короткого замыкания (Internal Short-Circuit Current Limiting);
• от тепловой перегрузки (Thermal Overload Protection);
• ограничение по максимальной рассеиваемой мощности (Output Safe-Area Compensation);

Наличие параметра Output Safe-Area Compensatio означает, что в микросхеме есть датчики “теплового ограничения”, которые ограничивают максимальную рассеиваемую мощности, при её превышении она выключится и не пострадает.

Все системы защиты от перегрузок остаются полностью работоспособными даже если вход регулирования отключен.

Схема включения

Зная номера контактов и их назначение можно понизить напряжение, подаваемое на вход микросхемы до необходимого значения. Для этого надо изменить сопротивление R1, подключенного к регулируемому выводу Adj. Давайте посмотрим как это выглядит.

Как видно на схеме включения lm317 к контакту Adj надо подключить два резистора R1 и R2. Они определяют напряжение, которое понижает стабилизатор и выдает на выход. Посмотрим следующую формулу выходного напряжения.

Исходя из формулы видно, что величина Vout зависит от значения резистора R2.Чем больше увеличивается значение сопротивления R2, тем больше будет выходное напряжение.

Типовые схемы LM317

Как было указано, в LM317 используется при создании регулируемых и нерегулируемых блоков питания, однако, также может быть использован в качестве основы стабилизатора тока при создании светодиодных драйверов, которые поддерживают ток в цепи вне зависимости от входного напряжения. Только описанных в datasheet применений хватит на отдельную книгу, поэтому разберем несколько самых популярных схем на этом стабилизаторе.

Регулируемый блок питания (1.2-37В)

Все, что понадобится для его создания, это заменить R2 на переменный резистор, а также добавить трансформатор с диодным мостом на вход. При использовании стоит учитывать, что микросхема обладает опорным напряжением в 1.25В, поэтому оно и будет минимальным для данной схемы.

Регулируемый блок питания (0-37В)

Если вам необходима полная регулировка с 0В, то производители схем предлагают подключить к схеме источник отрицательного напряжения на 10В.

Вы можете намотать дополнительную катушку на трансформатор блока питания и подключить его выводы после диодного моста следующим образом:

Либо вы можете использовать источник отрицательного напряжения, который будет питаться от основной обмотки.

Таким образом, вы получите простейший лабораторный блок питания.

Светодиодный драйвер (Стабилизатор тока)

С помощью этой схемы вы можете запитывать достаточно мощные светодиоды и светодиодные ленты. Все, что нужно — это знать потребляемый ток и, исходя из него, подобрать сопротивление по формуле.

В нем используется тот же принцип, что и в самой простой схеме, но вместо резистивного делителя установлен датчик тока. Чем больший ток потребляет нагрузка на выходе, тем большее падение напряжения будет наблюдаться на датчике. Оно отслеживается микросхемой, и она увеличивает или уменьшает напряжение для поддержания стабильного тока. Даже при коротком замыкании ток будет держаться на стабильном уровне, который был выставлен.

Зарядное устройство

Схема данного зарядного устройства взята из datasheet и имеет напряжение на выходе 6В с ограничением 0.6А. С помощью изменения сопротивления резисторов R1 и R2 возможно регулировать напряжение под ваши нужды, а при помощи резистора R3 – ток. Оно подойдет для питания аккумуляторов телефонов, инструментов и бытовой техники.

Регулирование переменного напряжение

Так как два LM317 могут регулировать не только положительные, но и отрицательные колебания синусоиды, то с помощью них можно создать AC регулятор. Можно видеть, что схема довольно не сложная и не требует множества компонентов:

Стабилизированный регулируемый блок питания с защитой от перегрузок

Множество радиолюбительских блоков питания (БП) выполнено на микросхемах КР142ЕН12, КР142ЕН22А, КР142ЕН24 и т.п. Нижний предел регулировки этих микросхем составляет 1,2…1,3 В, но иногда необходимо напряжение 0,5…1 В. Автор предлагает несколько технических решений БП на базе данных микросхем.

Интегральная микросхема (ИМС) КР142ЕН12А (рис.1) представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа в корпусе КТ-28-2, который позволяет питать устройства током до 1,5 А в диапазоне напряжений 1,2…37 В. Этот интегральный стабилизатор имеет термостабильную защиту по току и защиту выхода от короткого замыкания.

Рис.1. ИМС КР142ЕН12А

На основе ИМС КР142ЕН12А можно построить регулируемый блок питания, схема которого (без трансформатора и диодного моста) показана на рис.2. Выпрямленное входное напряжение подается с диодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 и микросхема DA1 должны располагаться на радиаторе. Теплоотводящий фланец DA1 электрически соединен с выводом 2, поэтому если DA1 и транзистор VD2 расположены на одном радиаторе, то их нужно изолировать друг от друга. В авторском варианте DA1 установлена на отдельном небольшом радиаторе, который гальванически не связан с радиатором и транзистором VT2.

Как проверить LM317?

В отличие от транзисторов, данную микросхему невозможно проверить мультиметром. Такой способ никак не гарантирует правильную работу из-за большого количества внутренних элементов, не соединенных с выводами. Поэтому, если какой-то из них выйдет из строя, то проверить это мультиметром будет проблематично. Самый простой способ проверки работы LM317 — это создать простейший стенд на макетной плате, а запитать его можно будет всего лишь от батарейки.

Таким образом, вы сможете быстро убедиться в полностью рабочем состоянии элемента, даже если необходимо проверить несколько штук.

Применение LM317

Схемы, приведенные выше – лишь малая часть, основа, по сравнению с тем, что возможно сделать на этом стабилизаторе. Он может использоваться почти во всех схемах, которые требуют постоянного питания до 40 В. Вот некоторые сферы применения, описанные в официальном техническом документе данной микросхемы:

• Персональные компьютеры
• Цифровые камеры
• ЭКГ
• Интернет свитчи
• Биометрические датчики
• Драйверы электромоторов
• Портативные зарядки
• PoE
• RFID считыватели
• Бытовая техника
• Рентгеновские аппараты

Как можно видеть, даже сам производитель рассчитывает на максимально широкое использования данного элемента, что уж говорить о самодельщиках, готовых представить самые необычные схемы с использованием LM317.

Повышение максимального выходного тока

Существует два способа повышения максимального выходного тока. Если вам необходимо получить больше 1.5А, то вы можете либо подключить несколько микросхем параллельно, либо подключить силовой транзистор.

В первом случае достаточно подключить на выход стабилизаторов резисторы с низким сопротивлением. Они нужны для выравнивания токов.

Однако не всегда рационально использовать несколько микросхем. Поэтому нам на помощь приходит транзистор. В таком случае будет достаточно добавить его и резистор в качестве обвязки к нему.

Если нагрузка потребляет небольшой ток, то он будет проходить через микросхему, не затрагивая транзистор. А при повышении, почти весь ток будет проходить через транзистор, оставляя малую его часть стабилизатору. Но при использовании этой схемы внутренняя защита внутри LM317 от КЗ.

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.

Если рассматривать самую популярную ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывают по формуле: R=1,25/I (1), где I – 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: PR=I 2 ×R (2). Включение и расчеты ИМ lm350, lm338 полностью аналогичны.

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.

Читать также: Как пользоваться отверткой индикатором с батарейкой

Аналоги LM317

Что делать, если нет возможности использовать LM317? Можно воспользоваться ее аналогами. Братьями-близнецами данного компонента являются UPC317, GL317, ECG1900 и SG317. Отечественный же аналог — это KP142EH12A, а также существует KP142ЕН12 с фиксированным напряжением.

Если LM317 не хватает мощности для вашего проекта, то можно воспользоваться более мощными вариантами:

• LM350AT и LM350T – максимальный выходной ток 3А и мощность 25Вт
• LM350K – ток 3 А и мощность 30 Вт
• LM338T и LM338K – ток 5 А

Все эти микросхемы имеют одинаковые выводы, поэтому схемы не придется никак менять.

Какие существуют аналоги

Существуют подобные микросхемы, разработанные в других фирмах других стран. Полными аналогами являются:

• GL317;
• SG317;
• UPC317;
• ECG1900.

Также выпускаются стабилизаторы с повышенными электрическими характеристиками. Больший ток могут выдать:

• LM338 – 5 А;
• LM138 – 5 А
• LM350 – 3 А.

Если требуется регулируемый источник напряжения с верхним пределом в 60 В, надо применять стабилизаторы LM317HV, LM117HV. Индекс HV означает High Voltage – высокое напряжение.

Из отечественных микросхем полным аналогом является КР142ЕН12, но она выпускается только в корпусе ТО-220. Это надо учитывать при разработке печатных плат.

Безопасная эксплуатация LM317

Стоит помнить об эксплуатационных характеристиках радиокомпонента и не использовать его в критических условиях. Мощность рассеивания по официальной информации – 20 Вт, а разница входного и выходного напряжений не должна превышать 40 В. Во время пайки температура должна не превышать 260 C. Использовать можно при температуре от 0C до 125C, а хранить от -65C до 150C. Все это официально заявленные характеристики, в реальности они могут расходиться от экземпляра к экземпляру и быть заниженными.

Не стоит использовать элемент при максимальных и минимальных обозначенных значениях. При такой эксплуатации уровень стабильности и надежности значительно упадет. А также крайне желательно использовать радиатор для отвода тепла, так как иначе заявленные характеристики могут не совпадать с реальными.