Lm317 внутреннее устройство. Регулируемые стабилизаторы LM317 и LM337

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 ситуцию, 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 datasheet, 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. Но это – нереальная ситуация.
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.

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 …

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.

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

Качественный блок питания с регулируемым выходным напряжением – мечта каждого начинающего радиолюбителя. В быту такие устройства применяются повсеместно. К примеру, взять любое зарядное устройство для телефона или ноутбука, блок питания детской игрушки, игровой приставки, стационарного телефона, многих других бытовых приборов.

Что касается схемной реализации, конструкция источников может быть разной:

• с силовыми трансформаторами, полноценным диодным мостом;
• импульсные преобразователи сетевого напряжения с выходным регулируемым напряжением.

Но чтобы источник был надежным, долговечным, для него лучше выбирать надежную элементную базу. Здесь то начинают возникать трудности. Например, выбирая в качестве регулирующих, стабилизирующих компонентов отечественного производства, порог нижнего напряжения ограничивается 5 В. А что делать, если требуется 1,5 В? В таком случае лучше воспользоваться импортными аналогами. Тем более они более стабильны и практически не греются при работе. Одним из самых широко употребляемых является интегральный стабилизатор lm317t .

Основные характеристики, топология микросхемы

Микросхема lm317 является универсальной . Она может быть использована как стабилизатор с постоянно установленным выходным напряжением и как регулируемый стабилизатор с высоким КПД. МС обладает высокими практическими характеристиками, делающими возможным его использование в различных схемах зарядных устройств или лабораторных блоков питания. При этом вам даже не придется волноваться за надежность работы при критических нагрузках, потому что микросхема оснащена внутренней защитой от короткого замыкания.

Это весьма хорошее дополнение, потому что максимальный выходной ток стабилизатора на lm317 составляет не более 1,5 А. Но наличие защиты не даст вам ее непреднамеренно спалить . Для повышения тока стабилизации необходимо использование дополнительных транзисторов. Таким образом, можно регулировать токи до 10 и более А при использовании соответствующих компонентов. Но об этом поговорим позже, а в таблице ниже представим основные характеристики компонента .

Цоколевка микросхемы

Изготовлена интегральная микросхема в стандартном корпусе ТО-220 с теплоотводом, устанавливаемым на радиатор. Что касается нумерации выводов, они расположены по ГОСТу слева направо и имеют следующее значение:

Вывод 2 соединен с теплоотводом без изолятора, поэтому в устройствах, если радиатор контактирует с корпусом, необходимо использовать изоляторы из слюды или любого другого теплопроводящего материала. Это важный момент, потому что можно случайно закоротить выводы, а на выходе микросхемы просто ничего не будет.

Аналоги lm317

Иногда найти конкретно требуемую микросхему на рынке не удается возможным, тогда можно воспользоваться подобными ей. Среди отечественных компонентов на lm317 аналог есть достаточно мощный и производительный. Им является микросхема КР142ЕН12А . Но при ее использовании стоит учесть тот факт, что она неспособна обеспечить напряжение меньше 5 В на выходе, поэтому если это важно, придется опять-таки использовать дополнительный транзистор или же найти именно требуемый компонент.

Что касается форм-фактора, то у КР есть столько же выводов, сколько их имеет lm317. Поэтому вам даже не придется переделывать схему готового устройства с целью подгонки параметров регулятора напряжения или неизменяемого стабилизатора. При выполнении монтажа интегральной схемы ее рекомендуется устанавливать на радиатор с хорошим теплоотводом и системой охлаждения . Что довольно часто наблюдается при изготовлении мощного светильника на светодиодах. Но при номинальной нагрузке устройство выделяет немного тепла.

Кроме отечественной интегральной схемы КР142ЕН12, выпускаются более мощные импортные аналоги, выходные токи которых в 2-3 раза больше. К таким микросхемам относятся:

• lm350at, lm350t - 3 А;
• lm350k - 3 А, 30 Вт в другом корпусе;
• lm338t, lm338k - 5 А.

Производители этих компонентов гарантируют более высокую стабильность выходного напряжения, низкий ток регулирования, повышенную мощность с тем же минимальным выходным напряжением не более 1,3 В.

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.

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.

Некоторые особенности работы с микросхемой lm317

При проектировании блоков питания с небольшим выходным напряжением, при котором разница между входным и выходным значением не превышает 7 В, лучше использовать другие, более чувствительные микросхемы с выходным током до 100 мА — LP2950 и LP2951. При низком падении lm317 не способна обеспечить необходимый коэффициент стабилизации , что может приводить к нежелательным пульсациям при работе.

Другие практические схемы на lm317

Кроме обычных стабилизаторов и регуляторов напряжения на основе этой микросхемы также можно изготовить цифровой регулятор напряжения . Для этого потребуется сама микросхема, набор транзисторов и несколько резисторов. Посредством включения транзисторов и по приходу цифрового кода с ПК или иного устройства изменяется сопротивления R2, что приводит и к изменению тока цепи в пределах напряжения от 1,25 до 1,3 В.

Если вы решили переоборудовать ваш автомобиль под светодиодное освещение, вам понадобится как минимум стабилизатор тока на lm317 для светодиодов. Собрать элементарный стабилизатор совершенно несложно, но чтобы избежать плачевных оплошностей даже при такой простой задаче не помешает минимальный ликбез. Многие люди, не связанные с радиоэлектроникой, часто смешивают такие понятия, как стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.

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.

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.

Типы стабилизаторов

По способу ограничения силы тока выделяют два типа устройств:

• Линейный;
• Импульсный.

Работает по принципу делителя напряжения. Он выпускает из себя ток заданного параметра, рассеивая избытки в виде тепла. Принцип работы такого прибора можно сравнить с лейкой оснащённой дополнительным сливным отверстием.

Преимущества

• доступная цена;
• простая схема монтажа;
• легко собрать своими руками.

Недостаток — из-за нагрева плохо приспособлен к работе с большой нагрузкой.

Как овощерезка через специальный каскад нарезает входящий ток, выдавая строго дозированную норму.

Преимущества

• предназначен для высоких нагрузок;
• не греется во время работы.

Недостатки

• требует источника питания для собственной работы;
• создает электромагнитное излучения;
• относительно высокая цена;
• сложен для самостоятельного изготовления.

Учитывая малую силу тока в автомобильных светодиодах можно собрать простой стабилизатор для светодиодов своими руками. Наиболее доступный и простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают на микросхеме lm317.

Краткое описание lm317

Радиоэлектронный модуль LM317 является микросхемой, применяемой в семах стабилизации тока и напряжения.

• Диапазон стабилизации напряжения от 1,7 до 37 В обеспечит устойчивую яркость светодиода, не зависящую от частоты оборота двигателя;
• Поддержка выходного тока до 1,5 А позволит подключить несколько фотоизлучателей;
• Высокая стабильность допускает колебания выходных параметров лишь 0,1% от номинала;
• Имеет встроенную защиту по ограничению тока и каскад отключения при перегреве;
• Корпус микросхемы является землёй, поэтому при креплении саморезом к корпусу автомобиля уменьшается количество монтажных проводов.

Область применения

• Стабилизатор напряжения и тока для светодиодов в бытовых условиях (в том числе для светодиодных лент);
• Стабилизатор напряжения и тока для светодиодов в авто;

Схемы стабилизаторов тока для светодиодов

Самый простой стабилизатор напряжения на 12 вольт можно собрать по такой схеме. Резистор R1 ограничивает выходящую силу тока, R2 – выходящее напряжение. Конденсаторы, применяемые в данной схеме, уменьшают пульсации напряжения и увеличивают стабильность работы.

Потребности автомобилиста удовлетворит простейший механизм стабилизации, поскольку напряжение питания в сети автомобиля достаточно стабильно.

Чтобы сделать стабилизатор для диодов в авто потребуется:

• Микросхема lm317;
• Резистор как регулятор тока для светодиодов;
• Инструменты пайки и монтажа.

Собираем по вышеприведенной схеме

Расчет резистора для драйвера светодиода

Мощность и сопротивление резистора рассчитывают исходя из силы тока источника питания и тока, необходимого светодиодам. Для автомобильного светодиода мощностью 150 мА сопротивление резистора должно быть 10-15 Ом, а расчетная мощность 0,2-0,3 Вт.

Как собрать своими руками смотрите в видео:

Доступность и простота конструкции драйвера на микросхеме lm317 позволяет безболезненно переоснастить системы электрического освещения любого автомобиля.