Содержание
Регулируемый трехвыводный линейный стабилизатор напряжения и тока LM317t, характеристики которого позволяют используется его в схемах включения регулируемых блоков питания. Очень часто используется в светодиодных устройствах. В этой статье Вы узнаете основные возможности этой микросхемы, eё распиновку, технические параметры и принцип работы. Увидите, как используя всего несколько радиодеталей можно добиться получения необходимых выходных параметров.
Контакты микросхемы
Изготовляется в универсальном транзисторном корпусе, позволяющем размещать его на плате или теплоотводе. Наиболее распространённая модель LM317 встречается в корпусе TO-220 с буквой «Т» в конце маркировки. Буква «t» обозначает тип корпуса.
Цоколевка стабилизатора LM317 производится по трем контактам. Если смотреть на устройство спереди, то первый контакт слева (Adj) — это регулируемый вывод, средний (Vout) – выход и последний справа (Vin) — вход.
- Vin — это вывод, на него подается входное напряжение, которое нужно регулировать. Например, на него может подаваться 12 В, которое устройство будет понижать до 10 В на Vout.
- Vout — это вывод, на который выводится напряжение. Поверхность радиатора соединена с этим выводом микросхемы.
- Регулируемый (Adj) — это вывод, который позволяет регулировать выходное напряжение через подстрочный резистор.
Встречается в различных видов корпусов.
Номера контактов разных типов корпусов микросхемы.
Характеристики
Технические параметры LM317 при температуре окружающей среды +25 °C:
- корпус TO-220, TO-220FP, TO-3, D2PAK, SOT-23;
- материал корпуса — пластмасса;
- 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);
- 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.
Пример стабилизации напряжения на LM317
Допустим надо подать на микросхему 12 вольт и отрегулировать его до 5. Исходя из формулы, приведенной выше, для того, чтобы LM317 выдал 5 вольт и выступал в роли регулятора напряжения, значение R2 должно быть 720 Ом.
Соберите указанную выше схему. Затем с помощью мультиметра проверьте выходное напряжение, поместив его щупы на конденсатор емкостью 1 мкФ. Если схема собрана правильно, то на её выходе будет около 5 вольт.
Входной конденсатор С1 можно не использовать, если корпус микросхемы расположен не менее 15 сантиметров от входного сглаживающего фильтра. Выходной конденсатор С2 добавляют для сглаживания переходных процессов.
Теперь замените резистор R2 и установите на его место номинал со значением 1,5 кОм. Теперь на выходе должно быть около 10 В. Это преимущество этих миросхем. Вы можете настроить их на любое напряжение в пределах диапазона, указанного в его характеристиках.
Принцип работы
Соберем простой стабилизатор напряжения используя LM317 согласно схеме.
Подключим на вход Vin источник постоянного питания. Как уже было написано ранее, к этим контактам надо подать входное напряжение, которое микросхема затем понизит в зависимости от нагрузки. Оно должно быть больше, чем на выходе.
Допустим используя эту схему надо получить 5 В нагрузке. Следовательно, на вход Vin надо подать больше чем 5 вольт. Как правило, если микросхема LM317, не является регулятором с малым падением надо, чтобы входное напряжение примерно на 2 вольта было выше выходного. Поскольку мы хотим 5 вольт на выходе, мы подадим к регулятору 7 вольт.
Регулятор с малым падением напряжения – устройство с низким падением на переходе, примерно от 1 до 1,5 вольт. В качестве регулирующего элемента обычно используется одинарный npn-транзистор.
Контакт Adj позволяет отрегулировать напряжение на выходе до уровня, который мы хотим.Рассчитаем, какое значение сопротивления R2 даст на выходе устройства 5 вольт. Используя формулу для выходного напряжения можно узнать значение сопротивления R2.
Так как сопротивление R1 равно 240 Ом, а выходное напряжение равно 5 В, то R2 согласно формуле будет равно 720 Ом. Таким образом, при значении R2 =720 Ом, LM317 будет выдавать 5 В, при подаче на её вход более 5 Вольт.
Драйвер тока
Драйвер тока (LED Driver) поддерживает ток и напряжение в цепи нагрузки в независимости от поданного на него постоянного питания. Известно, что светодиод является полупроводниковым прибором, который следует запитать током, указанным в характеристиках светодиода.
Используя схему стабилизации как показано в DataSheet можно собрать на LM317 простую схему драйвера тока.
Для ее работы зная потребляемый светодиодом ток, необходимо подобрать сопротивление подстроечного резистора R1. У маломощных светодиодов ток потребления составляет порядка 20 мА или 0,02 А. Для подбора необходимого сопротивления используют формулу, где Iout это ток на выходе микросхемы, необходимый для питания светодиодов.
Используя формулу, получаем значение номинала резистора с сопротивлением 62.5 Ома. Для избежания перегрева микросхемы подбирают необходимую мощности резистора по формуле.
Собрав схему и подав питание, получают простейший драйвер стабилизации тока для светодиодов. Светодиод будет включаться, с требуемой яркостью, которая не будет зависеть от поданного постоянного питания на вход микросхемы.
Номинал необходимого резистора R1, можно подобрать, используя обычный подстроечный проволочный резистор на сопротивление 0.5 кОм. Для этого сначала проверяют его сопротивление между среднем и любым из крайних выводов. С помощью мультиметра, вращая регулирующий стержень, добиваемся значения сопротивления 500 Ом, чтобы не сжечь подключенный светодиод при включении.
Затем подключают в схему со светодиодом. Чтобы выбрать подходящий номинал резистора, после подачи питания изменяют сопротивление подстроечного резистора до требуемого тока светодиода.
Онлайн-калькулятор
Для расчета параметров радиоэлементов в схемах с LM317 в сети интернет существует множество онлайн-калькуляторов:
- для расчета резистора R2, при известном выходном напряжении и сопротивлении резистора R1;
- для вычисления напряжения на выходе стабилизатора, при известном сопротивлении двух резисторов (R1 и R2);
- для расчета сопротивления и мощности резистора, при известном значении силы тока на выходе микросхемы и др.
Как проверить lm317 мультиметром ?
Мультиметром микросхемы проверить нельзя, так как это не транзистор. Что-то протестировать между контактами конечно можно, но это не гарантирует исправность микросхемы, так как она содержит большое количество различных радиоэлементов (транзисторов, резисторов и др.), которые не соединены с выводами напрямую и не «прозваниваются». Самым эффективный способ, это собрать простой стенд используя макетную плату для проверки и запитать все от батарейки, . Стенд должен представлять собой простейший стабилизатор (пару конденсаторов и резисторов).
Зарубежные и российские аналоги
Чем можно заменить lm317 ? Полными аналогами микросхемы являются GL317, SG317, UPC317, ECG1900. Очень известным отечественным аналогом lm317t c фиксированным напряжением является микросхема KP142ЕН12. Если нужен регулируемый линейный стабилизатор, то подойдет КРЕН12А (можно и Б).
Безопасность при эксплуатации
Максимальное напряжение между входом и выходом не должно превышать 40 В. Мощность рассеивания не более 20 Вт. Температура пайки не должна превышать 260 °С, при соблюдении расстоянии от корпуса микросхемы более 1,6 мм и времени нагревания до 10 секунд. Температура хранения устройства должна находится в пределах от -65 до + 150 °С, рабочая температура не более + 150 °С.
Это максимальные значения, которые могут привести к повреждению устройства или повлиять на стабильность его работы. Микросхема хорошо защищена от тепловой перегрузки и короткого замыкания контактов. Однако не стоит превышать допустимые параметры при эксплуатации, для избежания выхода её из строя и достижения максимально надежной работы.
Производители
LM317t выпускают многие именитые производители, ниже представим их вместе с DataSheet:
Импульсный регулятор напряжения MC34063A (полный российский аналог КР1156ЕУ5) — специально разработанная микросхема для DC-DC преобразователей с минимальным количеством внешних элементов. Микросхема MC34063A применяется в импульсных источниках питания со входным напряжением от 3 до 40В и выходным током до 1,5А:
повышающих (Step-up converter)
понижающих (Step-down converter)
инвертирующих (Voltage inverting converter).
На практике приходилось встречаться только с вариантами источников питания
повышающих – Феликс 02К, цепь формирования 24В из 12В
понижающих – практически все фискальные регистраторы работающие от 24В, принтеры этикеток и прочее оборудование, где входное напряжение питания больше 5 вольт. Поэтому будем рассматривать только первые два варианта использования микросхемы MC34063A.
Рекомендуемая литература.
- Datasheet MC34063A на английском (скачать).
- Описание работы КР1156ЕУ5 (аналог MC34063A) на русском (cкачать).
- И.Л. Кольцов «33 схемы на КР1156ЕУ5» (скачать).
- Документ AN920/D. В данном документе приведены формулы для расчета преобразователей DC-DC на базе микросхемы MC34063. Рассмотрен принцип работы. (скачать).
Общее описание.
Мощный электронный ключ на составном транзисторе (VT1 и VT2), который соединен со схемой управления. На нее поступают импульсы синхронизации от генератора, скважность которых зависит от сигнала схемы ограничения по току. Также на схему управления подается сигнал обратной связи с компаратора. Он производит сравнение напряжения обратной связи с напряжением внутреннего источника опорного напряжения. Стабильность параметров выходного напряжения микросхемы полностью обеспечивает источник опорного напряжения, т.к. его напряжение не зависит от изменений температуры окружающей среды и колебания входного напряжения.
Рис. Расположение выводов (pinout) MC34063A
Switch Collector (VT1) Коллектор выходного транзистора.
Switch Emitter (OUT) Эмиттер выходного транзистора.
Timing Capacitor (OSC) Вывод для подключения времязадающего конденсатора.
Ground (Gnd) Общий вывод.
Comparator Inverting Input (CMP) Вход компаратора — инвертирующий .
Vcc (Uin) Напряжение питания (3. 40В).
Ipk Sense (Rt) Вход схемы ограничения тока, сюда подключается токоограничивающий резистор. Ipk пиковый ток через индуктивность, где Ipk Схема подключения.
Микросхема МС34063A имеет два входа, которые можно использовать для стабилизации тока.
Один вход имеет пороговое напряжение 1.25В (5 нога), что для мощной нагрузки не выгодно из-за потерь мощности. Например, при токе 1000 мА имеем потери на резисторе-датчике тока величиной 1.25*1А=1.25Вт, что сопоставимо с потерями мощности на линейном стабилизаторе.
Второй вход микросхемы имеет пороговое напряжение 0.3В (7 нога), и предназначен для защиты встроенного транзистора от перегрузки по току.
Рис. Схема понижения (Step-down converter)
Рис. Схема повышения (Step-up converter)
С2— конденсатор задающий частоту преобразования.
VD1 – быстродействующий диод, практически вся схема зависит от быстродействия этого диода. При использовании диодов Шотки, диод должен выдерживать обратное напряжение вдвое превышающее выходное напряжение.
R1 – Токовый датчик, задает максимальный ток на выходе стабилизатора. При превышении максимального тока – микросхема отключится, фактически является защитой от короткого замыкания (перегрузки) на выходе. Обладает довольно большой рассеиваемой мощностью, от 0,5 Вт до 2Вт, на практике иногда выглядит в виде нескольких параллельно включенных резисторов.
 |
Важное замечание! Опорное напряжение токового входа микросхемы 34063 различается у разных корпусов, с разбросами от 0,25В до 0,45В. . Стандартные расчеты принимаются для опорного напряжения 0,3В. Таким образом если напряжение на шунте станет выше чем 0.3 вольта, микросхема 34063 отключится. (Например резистор R1=1 Ом, тогда при достижении U=1 Ом*0,3А=0,3В сработает защита по току и микросхема отключится. На практике это означает, что при значении резистора R1=1 Ом выходной ток источника питания будет 0,3А).
R2, R3 — делитель напряжения, с помощью которого задается выходное напряжение.
Рис. Выходное напряжение, формула расчета.
Фильтр рассмотрим отдельно, так как именно фильтр является слабым звеном при эксплуатации.
L1 – накопительная и фильтрующая индуктивность. Данную индуктивность настоятельно не рекомендуется уменьшать, так же именно эта индуктивность задает выходной ток, поэтому толщина провода довольно критичный параметр. На практике такая схема фильтра довольно редкое явление, как правило ставится второй LC фильтр, индуктивности включаются встречно.
С3 – принцип такой же как у катушки индуктивности. Несмотря на расчеты, если нет ограничения по размерам, конденсатор на 470 мкФ увидеть здесь довольно редкое явление. А вот конденсатор на 1000 мкФ здесь общепринятый стандарт (рассматриваем схемы Uвх=24В, Uвых=5В). Конденсатор должен быть LOW ESR, однако на практике это довольно редкое явление, ставится обычный конденсатор. Хотя если поднять оборудование 2000-2002 г.в. то там можно встретить LOW ESR конденсаторы в фильтре. Некоторые производители ставят в параллель ВЧ конденсатор, однако это довольно спорное решение.
|
Конденсатор фильтра для понижающих (Step-down converter) источников питания не является обязательным элементом, при достаточно большой индуктивности фильтра.
Светодиоды – наиболее оптимальный источник освещения. Они экономичны, долговечны, их спектр наиболее близок к естественному свету, поэтому наиболее комфортен для человека. Повсеместному распространению их препятствует лишь достаточно высокая стоимость, но даже при этом за время эксплуатации они окупятся многократно.
Иногда они выходят из строя раньше окончания эксплуатационного периода. Ну, не предусмотрел производитель, что напряжение в сети будет прыгать сильнее курса евро на валютной бирже. Никому не придёт в голову ремонтировать сгоревшую лампочку накаливания. Да и ремонт энергосберегающей лампы по стоимости будет часто сопоставим с покупкой нового экземпляра, поскольку большая часть её стоимости именно блок управления.
А вот выбрасывать перегоревшую светодиодную лампу однозначно не стоит. Электронные компоненты платы питания стоят значительно дешевле самих светодиодов, которые «ломаются» крайне редко.
Причины выхода из строя светодиодной лампы
При перепаде напряжения чаще всего сгорает микросхема – драйвер питания. Выход из строя диодного моста либо сглаживающего конденсатора скорее казуистика.
В промышленных лампах чаще всего в качестве высоковольтного драйвера питания используют микросхему bp2831. Её задача – обеспечить стабильное напряжение, подаваемое на светодиоды.
Вот классическая схема питания для таких ламп. Понятно, что номинал радиодеталей может незначительно различаться, но общий принцип схемы будет одинаковым.
Назначение управляющих выводов:
VCC – положительный полюс питания;
GND – земля;
ROVP – ограничение напряжение;
CS – ограничение тока;
DRAIN – выход диммированного сигнала.
Эта микросхема представляет собой ШИМ-контроллер, управляющий сигнал, которого коммутируется через мощный мосфетовский полевой транзистор.
Вот так она выглядит на плате
Размещение bp2831 на плате
Аналоги bp2831a
Существует несколько распространённых микросхем для создания драйверов питания светодиодов, например bp3122, bp2832, bp2833. Следует отметить, что принцип работы у всех вариантов одинаковый, есть лишь небольшие различия в подключениях вывода.
Схема включения bp3122
Схема включения bp2831
Схема включения bp2832a
Схема включения bp2833
Различаются эти микросхемы лишь мощностью выходного каскада.
| Параметры микросхем драйверов питания | |||
|---|---|---|---|
| Микросхема | Тип корпуса | Мощность выходного каскада, мА | |
| 36В | 72В | ||
| bp9912/9913 | TO92/SOT23 | 75-160 | 90-200 |
| bp2831 | SOP8 | 160 | 220 |
| bp2832/2833 | SOP8 | 220 | 300 |
| bp3122 | DIP7 | 240 | 320 |
Как подобрать нужную микросхему для драйвера питания?
Часто бывает, что при перегреве микросхемы маркировка на ней выгорает. Тогда потребуется произвести расчёт приблизительной мощности устройства.
Определяем мощность лампы.
Вариант 1. Смотрим маркировку на корпусе лапы в районе цоколя. Если она стёрлась, а в люстре несколько таких лампочек, скорее всего они одинаковой мощности. В том случае, когда ни на одной лампе не удалось обнаружить маркировку, сравните их яркость с обыкновенными лампами накаливания. Мощность светодиодной лампы приблизительно в пять раз меньше мощности аналога с нитью накаливания.
Вариант 2. Считаем количество светодиодов. Если их очень много – это cmd3528 с напряжением питания 3,3В и силой тока 20мА. Около 20 небольших — cmd 5050 на 3,3В и 60мА, крупные светодиоды — cmd5730 на 3,3В и 0,15А.
Соответственно мощность лампы = количество светодиодов * 3,3В * силу тока одного светодиода.
| Лампа на 3Вт, 44 диода | Лампа на 4,5Вт, 22 диода | Лампа на 9Вт, 20 диодов |
 |
 |
 |
| 48 х 0,02А х 3,3В = 2,9Вт | 22 х 0,06А х 3,3В = 4,3Вт | 20 х 0,15А х 3,3В = 9,9 Вт |
| Пиковая мощность драйверов питания | ||
|---|---|---|
| Микросхема | Пиковая мощность выходного каскада, Вт | |
| 36В | 72В | |
| bp9912/9913 | 2.7-5.5 | 7-14 |
| bp2831 | 6 | 16 |
| bp2832/2833 | 8 | 21 |
| bp3122 | 9 | 24 |
Светодиоды могут иметь последовательное соединение, либо несколько параллельных цепочек.
Внимательно осмотрите монтажную плату. Если на ней последовательно соединено по 22 элемента, напряжение питания цепочки – 72В, когда по 11 – 36В.
Соответственно, сила тока в цепи – номинальный ток диода * количество параллельных цепочек.
