Стабилизатор тока для светодиодов применяется во многих светильниках. Как и всем диодам, LED присуще нелинейная вольт-амперная зависимость. Что это значит? При повышении напряжения, сила тока медленно начинает набирать мощь. И только при достижении порогового значения, яркость светодиода становится насыщенной. Однако если ток не перестанет расти, то лампа может сгореть.

Правильная работа LED может быть обеспечена только благодаря стабилизатору. Эта защита необходима еще и по причине разброса пороговых значений напряжения светодиода. При подключении по параллельной схеме лампочки могут просто на просто сгореть, так как им приходится пропускать недопустимую для них величину тока.

Виды стабилизирующих устройств

По способу ограничения силы тока выделяются устройства линейного и импульсного типа.

Так как напряжение на светодиоде – неизменная величина, то стабилизаторы тока часто считают стабилизаторами мощности LED. Фактически последняя прямо пропорциональна изменению напряжения, что характерно для линейной зависимости.

Линейный стабилизатор нагревается тем больше, чем больше прилагается к нему напряжения. Это его главный недочёт. Преимущества данной конструкции обусловлены:

• отсутствием электромагнитных помех;
• простотой;
• низкой стоимостью.

Более экономичными устройствами являются стабилизаторы на основе импульсного преобразователя. В этом случае мощность прокачивается порционно – по мере необходимости для потребителя.

Схемы линейных устройств

Самая простейшая схема стабилизатора – это схема, построенная на основе LM317 для светодиода. Последний являются аналогом стабилитрона с определенным рабочим током, который он может пропускать. Учитывая малую силу тока можно собрать простой аппарат самостоятельно. Наиболее простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают именно таким способом.

Микросхема LM317 уже не одно десятилетие является хитом среди начинающих радиолюбителей благодаря своей простоте и надежности. На её основе можно собрать регулируемый блок драйвер и другие БП. Для этого потребуется несколько внешних радиодеталей, модуль работает сразу, настройки не требуется.

Интегральный стабилизатор LM317 как никакой другой подходит для создания несложных регулируемых блоков питания, для электронных устройств с разными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданными параметрами нагрузки.

Основное назначение это стабилизация заданных параметров. Регулировка происходит линейным способом, в отличие от импульсных преобразователей.

Выпускаются LM317 в монолитных корпусах, исполненных в нескольких вариациях. Самая распространённая модель TO-220 с маркировкой LM317Т.

Каждый вывод микросхемы имеет свое предназначение:

• ADJUST. Ввод для регулирования выходного напряжения.
• OUTPUT. Ввод для формирования выходного напряжения.
• INPUT. Ввод для подачи питающего напряжения.

Технические показатели стабилизатора:

• Напряжение на выходе в пределах 1,2–37 В.
• Защита от перегрузки и КЗ.
• Погрешность выходного напряжения 0,1%.
• Схема включения с регулируемым выходным напряжением.

Мощность рассеяния и входное напряжение устройства

Максимальная «планка» входного напряжения должна быть не более заданной, а минимальная – выше желаемой выходной на 2 В.

Микросхема рассчитана на стабильную работу при максимальном токе до 1,5 А. Это значение будет ниже, если не применять качественный теплоотвод. Максимально допустимое рассеивание мощности без последнего равно примерно 1,5 Вт при температуре окружающей среды не более 30 0 С.

При установке микросхемы требуется изоляция корпуса от радиатора, к примеру, с помощью слюдяной прокладки. Также эффективный отвод тепла достигается путём применения теплопроводной пасты.

Краткое описание

Коротко описать достоинства радиоэлектронного модуля LM317, применяемого в стабилизаторах тока, можно так:

• яркость светового потока обеспечивается диапазоном выходного напряжения 1, – 37 В;
• выходные показатели модуля не зависят от частоты вращения вала электродвигателя;
• поддерживание выходного тока до 1,5 А позволяет подключать несколько электроприёмников;
• погрешность колебаний выходных параметров равна 0,1% от номинального значения, что является гарантией высокой стабильности;
• имеется функция защиты по ограничению тока и каскадного отключения при перегреве;
• корпус микросхемы заменяет землю, поэтому при внешнем креплении уменьшается количество монтажных кабелей.

Схемы включения

Безусловно, наипростейшим способом токового ограничения для светодиодных ламп станет последовательное включение добавочного резистора. Но данное средство подходит лишь только для маломощных LED.

Простейший стабилизированный блок питания

Чтобы сделать стабилизатор тока потребуется:

• микросхемка LM317;
• резистор;
• монтажные средства.

Собираем модель по нижеприведенной схеме:

Модуль можно применять в схемах разных зарядных устройств либо регулируемых ИБ.

Блок питания на интегральном стабилизаторе

Этот вариант более практичный. LM317 ограничивает потребляемый ток, который задается резистором R.

Помните, что максимально допустимое значение тока, которое нужно для управления LM317, составляет 1,5 А с хорошим радиатором.

Схема стабилизатора с регулируемым блоком питания

Ниже изображена схема с регулируемым выходным напряжением 1.2–30 В/1,5 А.

Переменный ток преобразуется в постоянный с помощью моста-выпрямителя (BR1). Конденсатор С1 фильтрует пульсирующий ток, С3 улучшает переходную характеристику. Это означает, что стабилизатор напряжения может отлично работать при постоянном токе на низких частотах. Выходное напряжение регулируется ползунком Р1 от 1.2 вольта до 30 В. Выходной ток составляет около 1,5 А.

Подбор резисторов по номиналу для стабилизатора должен осуществляться по точному расчету с допустимым отклонением (небольшим). Однако разрешается произвольное размещение резисторов на монтажном плате, но желательно для лучшей стабильности размещать их подальше от радиатора LM317.

Область применения

Микросхема LM317 является отличным вариантом для использования в режиме стабилизации основных технических показателей. Она отличается простотой в исполнении, недорогой стоимостью и отличными эксплуатационными характеристиками. Единственный недостаток – пороговое значение напряжения составляет лишь 3 В. Корпус в стиле ТО220 – это одна из самых доступных моделей, которая позволяет рассеивать тепло довольно хорошо.

Микросхема применима в устройствах:

• стабилизатор тока для LED (в том числе для LED-лент);
• Регулируемый .

Стабилизирующая схема, построенная на основе LM317 простая, дешёвая, и в то же время надежная.

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.

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.

Схема линейного интегрального стабилизатора с регулируемым выходным напряжением LM317 разработана автором первых монолитных трёхвыводных стабилизаторов Р. Видларом почти 50 лет назад. Микросхема получилась настолько удачной, что без изменений выпускается в настоящее время всеми основными производителями электронных компонентов и в разных вариантах включения применяется во множестве устройств.

Общая информация

Схемотехника устройства обеспечивает более высокие показатели по нестабильности параметров, в сравнении со стабилизаторами на фиксированное напряжение, и имеет практически все типы защиты, применяемые для интегральных микросхем: ограничение выходного тока, отключение при перегреве и превышении предельных рабочих параметров.

При этом требуется минимальное количество внешних компонентов для LM317, схема использует встроенные средства стабилизации и защиты.

Устройство выпускается в трёх вариантах исполнений – LM 117/217/317, отличающихся предельно допустимой рабочей температурой:

• LM117: от -55 до 150 оС;
• LM217: от -25 до 150 оС;
• LM317: от 0 до 125 оС.

Все типы стабилизаторов производятся в стандартных корпусах TO-3, различных модификациях TO-220, для поверхностного монтажа – D2PAK, SO-8. Для устройств малой мощности используется ТО-92.

Цоколёвка для всех трёхвыводных изделий совпадает, что облегчает их замену. В зависимости от применённого корпуса, в маркировку вводятся дополнительные обозначения:

• K – TO-3 (LM317K);
• T – TO-220;
• P – ISOWATT220 (пластмассовый корпус);
• D2T – D2PAK;
• LZ – TO-92;
• LM – SOIC8.

Для LM317 используются все типоразмеры, LM117 выпускается только в корпусе ТО-3, LM217 – в ТО-3, D2PAK и ТО-220. Микросхемы LM317LZ в корпусах ТО-92 отличаются пониженными значениями максимальной мощности и выходного тока, до 100 мА, при аналогичных других свойствах. Иногда производитель использует свою маркировку, например, LM317НV от Texas Instruments – высоковольтные регуляторы в диапазоне 1,2-60 В, при этом цоколёвки корпусов совпадают с изделиями других фирм. В отличие от других микросхем, аббревиатура ЛМ (LM) применяется всеми производителями. Расшифровка других возможных обозначений приводится в техническом описании конкретного прибора.

Основные электрические параметры LM 117/217/317

Характеристики регуляторов определяются при разнице между входным (Ui ) и выходным напряжением (Uo ) 5 вольт, токе нагрузки 1,5 ампера и максимальной мощности 20 ватт:

• Нестабильность по напряжению – 0,01%;
• Опорное напряжение (UREF) – 1,25 В;
• Минимальный ток нагрузки – 3,5 мА;
• Максимальный выходной ток – 2,2 А, при разнице входного и выходного напряжений не более 15 В;
• Предельная рассеиваемая мощность ограничена внутренней схемой;
• Подавление пульсаций входного напряжения – 80 дБ.

Важно отметить! При максимально возможном значении Uin – Uout = 40 вольт допустимый ток нагрузки снижается до 0,4 ампер. Предельная рассеиваемая мощность ограничена внутренней схемой защиты, для корпусов ТО-220 и ТО-3 – приблизительно от 15 до 20 ватт.

Применения регулируемого стабилизатора

При проектировании электронных устройств, содержащих стабилизаторы напряжения, более предпочтительно применять регулятор напряжения на LM317, особенно для ответственных узлов аппаратуры. Использование таких решений требует дополнительной установки двух резисторов, но обеспечивает лучшие параметры питания, чем традиционные микросхемы с фиксированными напряжениями стабилизации, обладают большей гибкостью для разных применений.

Напряжение на выходе рассчитывается по формуле:

UOUT = UREF (1+ R2/R1) + IADJ, где:

• VREF = 1,25V, ток управляющего выхода;
• IADJ весьма мал – около 100 мкА и определяет погрешность установки напряжения, в большинстве случаев не учитывается.

Входной конденсатор (керамический или танталовый 1мкФ) устанавливается при значительном удалении от микросхемы ёмкости фильтра источника питания – более 50 мм, конденсатор на выходе применяется для снижения влияния переходных процессов на высоких частотах, для многих применений необязателен. Схема включения использует только один элемент регулировки – переменный резистор, на практике применяется многооборотный или заменяется постоянным нужного номинала. Метод управления позволяет реализовать программируемый источник на несколько напряжений, переключаемый любым доступным способом: реле, транзистором и т. д. Подавление пульсаций можно улучшить, если зашунтировать вывод управления конденсатором ёмкостью 5-15 мкФ.

Диоды типа 1N4002 устанавливаются при наличии выходного фильтра с конденсаторами большой ёмкости, выходном напряжении более 25 вольт и шунтирующей ёмкости свыше 10 мкФ. Микросхема LM317 редко используется на предельных режимах эксплуатации, средний ток нагрузки для многих решений не превышает 1,5 А. Установка прибора на радиатор необходима в любом случае, при выходном токе более 1 ампера желательно использовать корпус ТО-3 или ТО-220 с металлической контактной площадкой LM317T.

К сведению. Увеличить нагрузочную способность стабилизатора напряжения можно, применив мощный транзистор как регулирующий элемент для выходного тока.

Ток нагрузки устройства определяется параметрами VT1, подойдёт любой n-p-n транзистор с током коллектора 5-10 А: TIP120/132/140, BD911, КТ819 и др. Возможно параллельное включение двух-трёх штук. В качестве VT2 применяется любой кремниевый средней мощности, соответствующей структуры: BD138/140, КТ814/816.

Следует учитывать особенности подобных схем: допустимая разница между напряжениями на входе и выходе формируется из падений напряжений на транзисторе, около 2 вольт, и микросхеме, для которой минимальное значение – 3 вольта. Для устойчивой работы устройства рекомендуется не менее 8-10 вольт.

Свойства микросхем серии LM317 позволяют стабилизировать с высокой точностью ток нагрузки в широких пределах.

Фиксация тока обеспечивается подключением всего одного резистора, номинал которого рассчитывается по формуле:

I = UREF/R + IADJ = 1.25/R, где UREF = 1,25 V (сопротивление R в омах).

Схема может применяться для зарядки аккумуляторов стабильным током, питания светодиодов, для которых важно постоянство тока при изменении температуры. Также стабилизатор тока на LM317 может быть дополнен транзисторами, как и в случае стабилизации напряжения.

Отечественная промышленность выпускает функциональные аналоги LM317 со сходными параметрами – микросхемы КР142ЕН12А/Б с токами нагрузки 1 и 1,5 ампера.

Выходной ток до 5 ампер обеспечивает стабилизатор LM338 при аналогичных других характеристиках, что позволяет использовать все преимущества интегрального прибора без внешних транзисторов. Полным аналогом LM317 по всем параметрам, кроме полярности, является регулятор отрицательного напряжения LM337, на базе этих двух микросхем легко строятся двухполярные блоки питания.

Видео

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.