Регулятор тока на лм317

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 стабилизатор 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.

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

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

Импульсный стабилизатор как овощерезка через специальный каскад нарезает входящий ток, выдавая строго дозированную норму.

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

• 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.

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.

Как вы знаете, существует множество интегральных микросхем-стабилизаторов напряжения в разных корпусах и с различными характеристики входного и выходного напряжения и тока. Внизу я прикрепил удобную таблицу названия самых распространенных и не только микросхем и их краткие характеристики.

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%

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.

Lm317, самая распространенная ИМ, имеет полный отечественный аналог — КР142ЕН12А.

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/I₀ (1), где I₀ – 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=I₀ 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

Допустим, необходимо подключить мощный светодиод с током потребления 700 миллиампер. Согласно формуле (1) R=1,25/0,7= 1.786 Ом (ближайшее значение из ряда E2—1,8 Ом). Рассеиваемая мощность по формуле (2) будет составлять: 0.7×0.7×1.8 = 0,882 Ватт (ближайшее стандартное значение 1 Ватт).

На практике, для предотвращения нагрева, мощность рассеивания резистора лучше увеличить примерно на 30%, а в корпусе с низкой конвекцией на 50%.

Кроме множества плюсов, стабилизаторы для светодиодов на основе lm317, lm350 и lm338 имеют несколько значительных недостатков – это низкий КПД и необходимость отвода тепла от ИМ при стабилизации тока более 20% от максимального допустимого значения. Избежать этого недостатка поможет применение импульсного стабилизатора, например, на основе ИМ PT4115.