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.
| LM317 | LM350 | LM338 | |
|---|---|---|---|
| Диапазон значений регулируемого выходного напряжения | 1,2…37В | 1,2…33В | 1,2…33В |
| Максимальный показатель токовой нагрузки | 1,5А | 3А | 5А |
| Максимальное допустимое входное напряжение | 40В | 35В | 35В |
| Показатель возможной погрешности стабилизации | ~0,1% | ~0,1% | ~0,1% |
| Максимальная рассеиваемая мощность* | 15-20 Вт | 20-50 Вт | 25-50 Вт |
| Диапазон рабочих температур | 0° - 125°С | 0° - 125°С | 0° - 125°С |
| Datasheet | LM317.pdf | LM350.pdf | LM338.pdf |
* - 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:
- ADJUST. Вывод для задания (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока соединяется с плюсом выходного контакта.
- OUTPUT. Вывод с низким внутренним сопротивлением для формирования выходного напряжения.
- 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
В случае если в схеме нужен стабилизатор на какое-то не стандартное напряжение, то прекрасное решение использование популярного интегрального стабилизатора LM317T с характеристиками:
- способен работать в диапазоне выходных напряжений от 1,2 до 37 В;
- выходной ток может достигать 1,5 А;
- максимальная рассеиваемая мощность 20 Вт;
- встроенное ограничение тока, для защиты от короткого замыкания;
- встроенную защиту от перегрева.
Описание
У микросхемы LM317T схема включения в минимальном варианте предполагает наличие двух резисторов, значения сопротивлений которых определяют выходное напряжение, входного и выходного конденсатора.
У стабилизатора два важных параметра: опорное напряжение (Vref) и ток вытекающий из вывода подстройки (Iadj).
Величина опорного напряжения может меняться от экземпляра к экземпляру от 1,2 до 1,3 В, а в среднем составляет 1,25 В. Опорное напряжение это то напряжение которое микросхема стабилизатора стремиться поддерживать на резисторе R1. Таким образом если резистор R2 замкнуть, то на выходе схемы будет 1,25 В, а чем больше будет падение напряжения на R2 тем больше будет напряжение на выходе. Получается что 1,25 В на R1 складываться с падением на R2 и образует выходное напряжение.
Первый раз, когда я посчитал делитель для микросхемы по формуле из LM317T datasheet, я задавался током 1 мА, а потом я очень долго удивлялся почему напряжение реальное напряжение отличается. И с тех пор я задаюсь R1 и считаю по формуле:
R2=R1*((Uвых/Uоп)-1).
Тестирую в реальных условиях и уточняю значения сопротивлений R1 и R2.
Посмотрим какие должны быть для широко распространенных напряжений 5 и 12 В.
Но я бы посоветовал использовать LM317T в случае типовых напряжений, только когда нужно срочно что-то сделать на коленке, а более подходящей микросхемы типа 7805 или 7812 нету под рукой.
А вот расположение выводов LM317T:
- Регулировочный
- Выходной
- Входной
Кстати у отечественного аналога LM317 - КР142ЕН12А схема включения точно такая же.
На этой микросхеме несложно сделать регулируемый блок питания: вместо постоянного R2 поставьте переменный, добавьте сетевой трансформатор и диодный мост.
На LM317 можно сделать и схему плавного пуска: добавляем конденсатор и усилитель тока на биполярном pnp-транзисторе.
Схема включения для цифрового управления выходным напряжением тоже не сложна. Рассчитываем R2 на максимальное требуемое напряжение и параллельно добавляем цепочки из резистора и транзистора. Включение транзистора будет добавлять в параллель к проводимости основного резистора, проводимость дополнительного. И напряжение на выходе будет снижаться.
Схема стабилизатора тока ещё проще, чем напряжения, так как резистор нужен только один. Iвых = Uоп/R1.
Например, таким образом мы получаем из lm317t стабилизатор тока для светодиодов:
- для одноватных светодиодов I = 350 мА, R1 = 3,6 Ом, мощностью не менее 0,5 Вт.
- для трехватных светодиодов I = 1 А, R1 = 1,2 Ом, мощностью не менее 1,2 Вт.
На основе стабилизатора легко сделать зарядное устройство для 12 В аккумуляторов, вот что нам предлагает datasheet. С помощью Rs можно настроить ограничение тока, а R1 и R2 определяют ограничение напряжения.
Если в схеме потребуется стабилизировать напряжения при токах более 1,5 А, то все также можно использовать LM317T, но совместно с мощным биполярным транзистором pnp-структуры.
Если нужно построить двуполярный регулируемый стабилизатор напряжения, то нам поможет аналог LM317T, но работающий в отрицательном плече стабилизатора - LM337T.
Но у данной микросхемы есть и ограничения. Она не является стабилизатором с низким падением напряжения, даже наоборот начинает хорошо работать только когда разница между выходным и выходным напряжением превышает 7 В.
Если ток не превышает 100мА, то лучше использовать микросхемы с низким падением LP2950 и LP2951.
Мощные аналоги LM317T - LM350 и LM338
Если выходного тока в 1,5 А недостаточно, то можно использовать:
- LM350AT, LM350T - 3 А и 25 Вт (корпус TO-220)
- LM350K - 3 А и 30 Вт (корпус TO-3)
- LM338T, LM338K - 5 А
Производители этих стабилизаторов кроме увеличения выходного тока, обещают сниженный ток регулировочного входа до 50мкА и улучшенную точность опорного напряжения.
А вот схемы включения подходят от LM317.
Регулируемый трехвыводной стабилизатор положительного напряжения LM317 обеспечивает ток нагрузки 100 мА в диапазоне выходного напряжения от 1.2 до 37 В. Стабилизатор очень удобен в применении и требуют только два внешних резистора для обеспечения выходного напряжения. Кроме того, нестабильность по напряжению и току нагрузки у стабилизатора LM317 имеет лучшие показатели, чем у традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения.
Достоинством ИС ЛМ317 является также и то, что она выпускается в стандартном транзисторном корпусе ТО-92, удобном для установки и монтажа. В дополнение к улучшенным, по сравнению с традиционными стабилизаторами, имеющими фиксированное значение выходного напряжения, технико-эксплуатационным показателям, стабилизатор LM317L имеет все (доступные только для ИС) средства защиты от перегрузки, включая встроенные схемы ограничения внутреннего тока, от перегрева и коррекции области безопасной работы.
Все средства защиты от перегрузки стабилизатора функционируют также и в случае, когда управляющий вывод (ADJ) отсоединен. При нормальных условиях работы, стабилизатор LM317. He требует подключения дополнительных конденсаторов, за исключением ситуации, когда ИС стабилизатора установлена далеко от конденсатора фильтра первичного питания; в такой ситуации требуется входной шунтирующий конденсатор. Альтернативный выходной конденсатор позволяет улучшить показатели переходных процессов в стабилизаторе, а шунтирование конденсатором управляющего вывода ИС повышает значение коэффициента сглаживания пульсаций напряжения, что трудно достижимо в остальных известных трехвыводных стабилизаторах.
Кроме замены традиционных стабилизаторов с фиксированным значением выходного напряжения, LM317 удобен для работы в широком диапазоне возможных вариантов применения. Так, в частности, "плавающий" по реальному падению выходного напряжения режим работы стабилизатора, при котором на ИС влияет только разность между входным и выходным напряжением, позволяет использовать его в схемах с высоковольтным стабилизированным питанием, причем работа стабилизатора в такой схеме может продолжаться неопределенно долго, до тех пор, пока разность между входным и выходным напряжением не превысит предельно допустимого значения.
Кроме того, LM317 удобен для создания очень простых регулируемых импульсных стабилизаторов, стабилизаторов с программируемым выходом, либо для создания прецизионного стабилизатора тока на базе ЛМ317, путем подключения постоянного резистора между управляющим и выходным выводами ИС. Создание вторичных источников питания, которые остаются работоспособными при эпизодических коротких замыканиях выходных цепей, возможно благодаря фиксации уровня напряжения на управляющем выводе ИС относительно земли, которое программирует удерживание выходного напряжения на уровне 1.2 В (для такого уровня напряжения, у подавляющего большинства типов нагрузок ток достаточно мал). ИС LM317 выпускается в стандартном транзисторном корпусе ТО-92, и работает в температурном диапазоне -25 +125"С.
Схема зарядного устройства на ЛМ317 приведена ниже. В ней используется способ заряда постоянным током. Ток заряда зависит от сопротивления R1. Номинал сопротивления должен быть в пределах от 0,8 Ом до 120 Ом, что равно зарядному току от 10 мА до 1,56 A:
Стабилизированный блок питания на 5 Вольт с электронным включением:
Блок питания на 15 вольт с плавным запуском . Необходиую плавность включения задается уровнем емкости конденсатора С2:
Схема регулируемого блока питания на 2-30 Вольт на LM317
Выходное напряжение можно регулировать в диапазоне от 1,2 до 37 вольт.
Мощный Дарлингтон транзистор Q1 необходим для увеличения тока ЛМ317, т.к без радиатора микросборка может выдать на выходе лишь 100 мА ток, но его вполне достаточно для управления транзистором. D1 и D2 защитные диоды от черезмерного заряда емкостей. Параллельно электролитическим конденсаторам для снижения ВЧ шумов установлены 100 нФ конденсаторы. Транзистору Q1 желательно поставить на радиатор, максимальная выходная мощность БП - 125 ватт.
Программируемый источник питания на LM317 схема |
Приведенная на рисунке ниже схема позволяет изменять выходное напряжение путем включения и отключения транзисторов. При включении транзистора сопротивление R будет соединено с землей, что влияет на U вых. Максимальное напряжение схемы составляет 27 Вольт при входном уровне в 28 В.
В качестве биполярных транзисторов T1-T4 можно использовать 2N2222 или их аналоги. В таблице слева показано выходное напряжение схемы и соответствующее ему сопротивление R при соединении одного из контактов A-D с U входным.
Данная схема ограничивает ток и обеспечивает нормальную работу светодиода. Этот драйвер может запитать светодиоды мощностью 0,2-5 ватт от 9-25 Вольт
Не без помощи трансформатора напряжение из переменки 220 Вольт понижаем и до 25 Вольт (можно использовать трансформатор и на другое удобное вам напряжение), далее переменное напряжение превращается в постоянное с помощью заклинания "диодный мост" и сглаживается за счет конденсатора С1, затем на высокостабильный регулятор напряжения
Схема устройства достаточно проста. Напряжение, поступающее со вторичных обмоток трансформатора на 24 вольта, выпрямляется и на выходе фильтра получается постоянное напряжение 80В, которое подается на стабилизатор напряжения,с его выхода получается постоянное напряжение 52 Вольта, чтобы не превысить максимум порогового напряжения на микросхеме
В этом электронном справочнике среди прочих полезностей, имеется расчет интегрального стабилизатора напряжения LM317
Довольно простое ЗУ автоматического типа можно собрать на микросхеме LM317, которая представляет из себя типовой линейный стабилизатор напряжения с регулируемым выходным напряжением. Микросборка может также работать в роли стабилизатора тока.
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.
Блок питания – это непременный атрибут в мастерской радиолюбителя. Я тоже решил собрать себе регулируемый БП, так как надоело каждый раз покупать батарейки или пользоваться случайными адаптерами. Вот его краткая характеристика: БП регулирует выходное напряжение от 1,2 Вольта до 28 Вольт. И обеспечивает нагрузку до 3 А (зависит от трансформатора), что чаще всего достаточно для проверки работоспособности радиолюбительских конструкций. Схема проста, как раз для начинающего радиолюбителя. Собранная на основе дешёвых компонентов - LM317 и КТ819Г .Схема регулируемого блока питания LM317
Список элементов схемы:
- Стабилизатор LM317
- Т1 - транзистор КТ819Г
- Tr1 - трансформатор силовой
- F1 - предохранитель 0.5А 250В
- Br1 - диодный мост
- D1 - диод 1N5400
- LED1 - светодиод любого цвета
- C1 - конденсатор электролитический 3300 мкф*43В
- C2 - конденсатор керамический 0.1 мкф
- C3 - конденсатор электролитический 1 мкф*43В
- R1 - сопротивление 18K
- R2 - сопротивление 220 Ом
- R3 - сопротивление 0.1 Ом*2Вт
- Р1 - сопротивление построечное 4.7K
Цоколёвка микросхемы и транзистора
Корпус взял от БП компьютера. Передняя панель изготовленная из текстолита, желательно установить вольтметр на этой панели. Я не установил, потому что пока не нашёл подходящего. Также на передний панели установил зажимы для выходных проводов.
Входную розетку оставил для питания самого БП. Печатная плата сделанная для навесного монтажа транзистора и микросхемы стабилизатора. Их закрепил на общем радиаторе через резиновую прокладку. Радиатор взял солидный (на фото его видно). Его нужно брать как можно больший - для хорошего охлаждения. Всё-таки 3 ампера - это немало!
