Стабилизаторы тока на lm317, lm338, lm350 и их применение для светодиодов

Стабилизаторы тока на lm317, lm338, lm350 и их применение для светодиодов

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.

Для чего необходима стабилизация тока и напряжения

Количество электрических устройств в домах постоянно растет. За последние годы число электроприборов увеличилось в несколько раз. Как результат – возросла потребность в уровне напряжения в электрических сетях. При этом большая часть зданий (жилых и производственных) и электростанций построена более 30-40 лет назад.

Некоторые современные приборы производят со встроенными стабилизаторами – небольшими схемами для предотвращения поломок от скачков напряжения. Но большая часть не содержит дополнительных устройств и даже малый перепад в сети грозит перегоранием. В группе повышенного риска крупная бытовая техника (не цифровая). В частности бойлеры и стиральные машины.

Чтобы избежать повреждений и обеспечить стабильное напряжение в сети, устанавливают стабилизаторы. В каждом доме это делать необязательно. Если в здании постоянная подача тока без серьезных перепадов (в пределах 220 Вольт с максимальной погрешностью 10%), в дополнительных устройства нет смысла. Но когда скачки постоянны, установка стабилизатора позволит сберечь технику и обеспечит электричеством.

Надо проводить в следующей последовательности. Установите R7 в нижнее (по схеме) положение. К выходным клеммам подключите амперметр. Медленно вращая ручку R7, увеличивайте ток. Ток через амперметр при верхнем (по схеме) положении движка R7 не должен превышать 1 А В противном случае подберите сопротивление R6, которое является общим для обоих стабилизаторов и определяет верхний предел изменения напряжения и тока. При этом ток через VD5 должен быть на 5-10 мА больше тока срабатывания реле (в авторском варианте 25 мА).

Если алгоритм 12 В – 1А не удовлетворяет, введите резистор R6-1 и коммутируйте дополнительными контактами подключение R6 или R6-1 к катоду VD5 в зависимости от алгоритма. В авторском варианте максимальный ток определялся током через VD1-VD4, максимальной электрической мощностью VT1, реальной конвекцией тепла от примененного радиатора. Эти параметры позволяют получить надежность параметров при долговременной эксплуатации.

↑ Итого

Вышерасписанное устройство у меня работает в составе «всё в одном»: развитый (хоть и однополярный) блок питания, частотомер и генератор звуковых частот (синус, квадрат, треугольник). Схемы взяты из журнала «Радио». (Работают не совсем так как хотелось бы. Во-первых потому, что внёс слишком много «несанкционированных» изменений – особенно в элементной базе – поставил что имел.) Конечно имеется возможность работы головки вольтметра в качестве индикатора частоты в частотомере. При пользовании генератором – частотомер показывает частоту. Имеется и выход переменного напряжения 6,3V и 10V , на всякий случай.

Корпус, который виден на фотографии не ахти, чтобы его повторять. И вообще: всё там задумывалось, как зеркальное отражение, но загнул переднюю панель по ошибке не в ту сторону. Я растроился и не стал уже его никак украшать.

Ограничитель тока на линейном стабилизаторе

На микросхемах линейных стабилизаторов типа LM317 (и аналогичных) удобно собирать схему ограничителя тока, для этого требуется всего один дополнительный резистор.

Выходное напряжение зависит от входного напряжение и падения напряжения на стабилизаторе. В данной схеме регулируемые стабилизаторы стремятся поддерживать на выходе напряжение V_ref

1.25В, поэтому выходной ток определяется соотношением:

Для ИМС с фиксированным напряжением V_ref заменяется на V_ном., и ток через резистор получается слишком большим (как если бы микросхемы не было), поэтому применение стабилизаторов с фиксированным напряжением в данной схеме нецелесообразно.

Рассеиваемая резистором мощность вычисляется по формуле:

Данная схема будет работать также на всей серии LM340 и аналогичных ИМС.

Схемы стабилизаторов тока и напряжения

Параметрический прибор (U), собранный по однокаскадной схеме.

Схема состоит из:

• Стабилитрона, на котором падает одно значение напряжения вне зависимости от (I), проходящего через него.
• Резистора гасящего, где выделяется излишек (U) при увеличении тока.
• Диода, выполняющего роль температурного компенсатора.

По двухкаскадной схеме.

Такие схемы имеют лучшие показатели стабилизации, так как состоят из:

• Предварительного каскада стабилизации, выполненного на двух последовательно соединенных стабилитронах, где присутствует также термокомпенсация за счет положительного и отрицательного температурного коэффициентов радиоэлементов.
• Оконечного каскада стабилизации на стабилитроне и гасящем резисторе, который питается от первого каскада.

Параметрический прибор тока на полевике по схеме – исток-затвор закорочены.

Так как между истоком и затвором транзистора полевого отсутствует (U), то он пропускает только определенное значение (I) в независимости от изменений напряжения на входе. Недостаток схемы связан с разбросом характеристик полевиков, отчего сложно установить точное значение стабилизируемого тока.

Стабилизатор параметрический напряжения со встроенным токовым стабилизатором.

Схема является комбинацией однокаскадного стабилизатора напряжения, где вместо гасящего сопротивления включен элемент стабилизации (I) на полевике. Такое исполнение имеет больший коэффициент стабилизации.

Стабилизатор компенсационный с (U) постоянного значения и регулированием в непрерывном режиме.

Интегральный стабилизатор напряжения в техвыводном корпусе
с фиксированным выходным напряжением и его применение

Широкое применение в электронике нашли интегральные стабилизаторы напряжения и особенно один их вид — стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением в трехвыводных корпусах. Они хороши тем что не требуют внешних элементов (кроме конденсаторов фильтров), регулировок и имеют широкий диапазон токов в нагрузках. Не буду приводить здесь их технические характеристики, а приведу только основные данные и схемы возможного применения.

Стандартные линейные стабилизаторы выпускаются многими производителями и имеют не одно обозначение, мы рассмотрим их на примере наиболее характерного типа:

• серия L78 ( для положительных напряжений ),
• и серия L79 ( для отрицательных напряжений ).

В свою очередь стандартные регуляторы делятся на:

• слаботочные с выходным током в районе 0,1 А (L78Lхх) — вид на рис. 1а ,
• со средним значением тока порядка 0,5 А (L78Мхх) — вид на рис. 1б,
• сильноточные 1. 1,5 А (L78хх) — вид на —рис.1в.

Невысокая стоимость, простота применения и большое разнообразие выходных напряжений и корпусов делают эти компоненты весьма популярными при создании простых схем электропитания. Надо отметить, что эти регуляторы обладают рядом дополнительных функций, обеспечивающих безопасность функционирования. К ним относятся защита от перегрузки по току и температурная защита от перегрева микросхемы.

Микросхемы серии 78xx

Это серия ИМС линейных стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением — 78xx (также известная как LM78xx).

Их популярность связана, как уже говорилось выше, с их простотой использования и относительной дешевизной. При указании определённых микросхем серии, "xx" заменяется на двухзначный номер, обозначающий выходное напряжение стабилизатора (к примеру, микросхема 7805 имеет выходное напряжение в 5 вольт, а 7812 — 12В). Стабилизаторы 78-ой серии имеют положительное относительно земли рабочее напряжение, а серия 79xx отрицательное, имеет аналогичную систему обозначений. Их можно использовать для обеспечения и положительного, и отрицательного напряжений питания нагрузок в одной схеме.

Кроме того, их популярность серии продиктована несколькими преимуществами перед другими стабилизаторами напряжения:

• Микросхемы серии не нуждаются в дополнительных элементах для обеспечения стабильного питания, что делает их удобными в использовании, экономичными и эффективно использующими место на печатной плате. В отличие от них большинство других стабилизаторов требуют дополнительные компоненты или для установки нужного значения напряжения, или для помощи в стабилизации. Некоторые другие варианты (например, импульсные стабилизаторы) требуют не только большого количества дополнительных компонентов, но могут требовать большой опыт разработки.
• Устройства серии обладают защитой от превышения максимального тока, а также от перегрева и коротких замыканий, что обеспечивает высокую надёжность в большинстве случаев. Иногда ограничение тока также используется и для защиты других компонентов схемы,
• Линейные стабилизаторы не создают ВЧ помех, в виде магнитных полей рассеяния и ВЧ пульсаций выходного напряжения.

К недостаткам линейных стабилизаторов можно отнести более низкий КПД по сравнению с импульсными, но при оптимальном расчете он может превышать 60%.

Структура интегрального стабилизатора показана на рис. 2

P — допустимая мощность рассеяния микросхемы, U _in-out — падение напряжения на микросхеме ( U _in-out = U_{i n} — U _out ).

Типовая схема включения стабилизатора напряжения в техвыводном корпусе
с фиксированным выходным напряжением

Типовая схема включения интегрального стабилизатора напряжения в трехвыводном корпусе с фиксированным выходным напряжением показана на рис. 3.

Мы видим, микросхемы подобного типа не требуют дополнительных элементов, кроме конденсаторов фильтрующих напряжение — которые фильтруют питающее напряжение и защищают стабилизатор от помех проникающих с нагрузки и от источника питающего напряжения.

Для обеспечения устойчивой работы микросхем серии 78хх во всем диапазоне допустимых значений входных и выходных напряжений и токов нагрузки рекомендуется применять шунтирующие вход и выход стабилизатора конденсаторы. Это должны быть твердотельные (керамические или танталловые) конденсаторы емкостью до 2 мкф на входе и 1 мкф на выходе. При использовании алюминиевых конденсаторов их емкость должна быть более 10 мкф. Подключать конденсаторы необходимо как можно более короткими проводниками как можно ближе к выводам стабилизатора.

Диапазон применения данного типа линейных стабилизаторов напряжения можно расширить используя простой прием, приподняв на заданный уровень напряжения V1 вывод GND стабилизатора. Это приводит к росту выходного напряжения на величину равную V1 .

Это можно сделать несколькими способами:

Подъем напряжения на выходе интегрального стабилизатора с фиксированным напряжением с помощью: а) резистора на котором возникает падение напряжения на резисторе R 1 за счет протекания тока потребления стабилизатора I , б)падение напряжение на резисторе R1 создается током потребления стабилизатора I1 и током делителя I2 (возможно регулирование), в) стабилизатора напряжения.

Варианты применения интегрального стабилизатора с фиксированным напряжением

Микросхемы позволяют создавать множество схем на основе стабилизаторов.

Регулировка выходного напряжения

Как я уже писал выше (см. рис. 5б) линейные стабилизаторы позволяют изменять выходное напряжение. Подробная схема показана на рис. 7.

По той же схеме возможно и функциональное регулирование выходного напряжения.

Например возможно регулирование выходного напряжения в зависимости от температуры для применения в системах стабилизации температуры — термостатах. В зависимости от типа температурного датчика он может включаться вместо резисторов R₁ или R₂ .

Параллельное включение стабилизаторов

Линейные стабилизаторы допускают параллельное включение для увеличения тока нагрузки, но при этом надо выровнять токи потребления. Обычно это делается с помощью небольшого резистора включенного между выходом стабилизатора и общей нагрузкой (рис. 8а). Другой вариант — применение для этой цели диодной сборки (рис. 8б). Данная схема приводит к несколько большей потери напряжения, но позволяет защитить систему от выхода из строя при выходе из строя (при КЗ) одного из стабилизаторов.

Стабилизатор тока

Для питания некоторых нагрузок требуется источник стабильного тока. Это например цепочки светодиодов.

Регулятор скорости вращения вентилятора системы вентиляции компьютера

Данный регулятор имеет ту особенность, что (для устойчивой раскрутки вентилятора) в начальный момент времени на вентилятор подается полное напряжение (12В). После того как конденсатор С1 зарядится напряжение на выходе будет определяться резистором R 2.

Стабилизатор с плавным выходом на номинальное напряжение

Данная схема отличается тем, что в начальный момент времени напряжение на выходе стабилизатора равно 5В (для данного типа), после чего напряжение плавно поднимается до величины определяемой регулирующими элементами.