Перейти к содержанию

Калькулятор стабилизатора LM317

Задайте нужное выходное напряжение — калькулятор подберёт R2 из стандартного ряда, посчитает реальное напряжение с разбросом, мощность на микросхеме и требования к радиатору. Второй режим рассчитывает источник тока.

Исходные данные

Режим
В
Ом

обычно 240 или 120 Ом

В
А
Тепловой расчёт (радиатор)
°C
°C
°C/Вт
°C/Вт

с термопастой 0,3–0,5

°C/Вт

без радиатора, TO-220 ≈ 65

Результат

R2
680 Ом
расчётное 713,2 Ом
Выходное напряжение
4,826 Вс разбросом Vref и Iadj: 4,6 В … 5,05 В
Минимальное Vвх
7,83 ВVвых + 3 В по даташиту
Ток через R1
5,21 мА
Мощность на микросхеме
3,62 Вт
Кристалл без радиатора
276 °C
Радиатор
≤ 18 °C/Вттепловое сопротивление радиатор–воздух

LM317 — регулируемый линейный стабилизатор с выходным напряжением от 1,25 до 37 В и током до 1,5 А. Между выходом и выводом ADJ он поддерживает опорное напряжение 1,25 В, поэтому выход задаётся делителем из двух резисторов: Uвых = 1,25 · (1 + R2/R1). С R1 = 240 Ом для 5 В нужен R2 ≈ 720 Ом. Тот же стабилизатор с одним резистором превращается в источник стабильного тока.

Схема включения

Типовая схема включения LM317 как регулируемого стабилизатора напряженияUвхCвх0,1 мкФLM317INOUTADJUвыхR1240 ОмR2по расчётуCвых1 мкФ
Типовое включение: R1 = 240 Ом обеспечивает минимальный ток нагрузки, R2 задаёт напряжение

Конденсатор 0,1 мкФ на входе нужен, если стабилизатор стоит далеко от фильтрующего конденсатора выпрямителя. Выходной 1 мкФ для устойчивости не обязателен, но улучшает реакцию на скачки нагрузки. Если вывод ADJ зашунтирован конденсатором 10 мкФ для подавления пульсаций, добавляют защитные диоды: от выхода ко входу и от ADJ к выходу — они разряжают конденсаторы при замыкании входа.

Как считается

Точная формула учитывает ток вывода ADJ, который течёт через R2:

Uвых=Uоп(1+R2R1)+IADJ⋅R2,Uоп=1,25 В, IADJ≈50 мкАU_\text{вых} = U_\text{оп} \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) + I_\text{ADJ} \cdot R_2, \qquad U_\text{оп} = 1{,}25\ \text{В},\ I_\text{ADJ} \approx 50\ \text{мкА}

Отсюда сопротивление R2 для нужного напряжения:

R2=Uвых−UопUоп/R1+IADJR_2 = \frac{U_\text{вых} - U_\text{оп}}{U_\text{оп} / R_1 + I_\text{ADJ}}

Опорное напряжение у разных экземпляров лежит в пределах 1,2–1,3 В, а ток ADJ — до 100 мкА, поэтому калькулятор показывает диапазон, в который попадёт выходное напряжение. Для точной установки R2 делают из постоянного резистора и подстроечного.

Мощность, которая выделяется на микросхеме, и требование к радиатору:

P=(Uвх−Uвых)⋅(Iн+Uоп/R1),Rθ рад≤Tj−TaP−Rθjc−RθcsP = (U_\text{вх} - U_\text{вых}) \cdot (I_\text{н} + U_\text{оп}/R_1), \qquad R_{\theta\,\text{рад}} \le \frac{T_j - T_a}{P} - R_{\theta jc} - R_{\theta cs}

где TjT_j — допустимая температура кристалла, TaT_a — температура воздуха, RθjcR_{\theta jc} — тепловое сопротивление кристалл–корпус (5 °C/Вт для TO-220 у onsemi и ST), RθcsR_{\theta cs} — корпус–радиатор (0,3–0,5 °C/Вт с термопастой, больше с изолирующей прокладкой).

Пример расчёта: 5 В, 0,5 А от 12 В

С R1 = 240 Ом расчёт даёт R2=3,75/(0,0052+0,00005)=713R_2 = 3{,}75 / (0{,}0052 + 0{,}00005) = 713 Ом. В ряду E24 ближайший номинал 680 Ом — выход 4,83 В. Из ряда E96 берём 715 Ом — выход 5,01 В.

Мощность на микросхеме (12−5,01)⋅0,505=3,53(12 - 5{,}01) \cdot 0{,}505 = 3{,}53 Вт. Без радиатора кристалл нагрелся бы на 3,53⋅65=2303{,}53 \cdot 65 = 230 °C выше окружающего воздуха, поэтому радиатор обязателен. При 40 °C внутри корпуса прибора и предельных 125 °C:

Rθ рад≤125−403,53−5−0,5=18,6 °C/ВтR_{\theta\,\text{рад}} \le \frac{125 - 40}{3{,}53} - 5 - 0{,}5 = 18{,}6\ \text{°C/Вт}

Это небольшой пластинчатый радиатор. Если бы входное напряжение было 24 В, мощность выросла бы до 9,6 Вт — в таких случаях разумнее поставить перед LM317 импульсный понижающий преобразователь.

Источник тока

LM317 в режиме источника стабильного токаUвхLM317INOUTADJR1,25 В / IНагр.I = 1,25 В / R
Резистор между OUT и ADJ задаёт ток I = 1,25 В / R через нагрузку

В этом режиме стабилизатор поддерживает 1,25 В на резисторе R, поэтому ток через нагрузку I=1,25/RI = 1{,}25 / R не зависит от её сопротивления. Например, для светодиода 350 мА: R=1,25/0,35=3,57R = 1{,}25 / 0{,}35 = 3{,}57 Ом → 3,6 Ом, мощность резистора 1,25⋅0,347=0,431{,}25 \cdot 0{,}347 = 0{,}43 Вт — нужен резистор на 1 Вт. Минимальное входное напряжение — напряжение на нагрузке плюс 1,25 В на резисторе плюс около 3 В на самой микросхеме. Ток меньше 10 мА так задавать не стоит: это минимальный ток, при котором LM317 гарантированно стабилизирует.

Варианты микросхемы

МикросхемаТок, доКорпусаПримечание
LM317L0,1 АTO-92, SO-8для маломощных цепей
LM3171,5 АTO-220, D²PAK, SOT-223самый распространённый вариант
LM3503 АTO-220, TO-3та же схема включения
LM3385 АTO-220, TO-3та же схема включения

Максимальный ток указан при небольшом перепаде вход–выход: при перепаде 40 В встроенная защита ограничит ток LM317 примерно до 0,15–0,4 А.

Советы

  • R1 = 240 Ом даёт ток делителя 5,2 мА — больше типового минимального тока нагрузки 3,5 мА. Если стабилизатор может работать вообще без нагрузки, а перепад вход–выход большой, берите R1 = 120 Ом: в худшем случае LM317 требует до 10 мА.
  • КПД линейного стабилизатора примерно равен Uвых/Uвх. При понижении 12 В до 5 В больше половины мощности уходит в тепло.
  • Защита от переполюсовки — диод последовательно со входом или P-канальный MOSFET.
  • Подстройка напряжения: R2 составляют из постоянного резистора и подстроечного примерно на 20–30 % от расчётного значения.
  • Для токоограничительного резистора светодиода без стабилизатора используйте калькулятор резистора для светодиода.

Частые вопросы

Как рассчитать резисторы для LM317?

Возьмите R1 = 240 Ом и найдите R2 = R1 · (Uвых / 1,25 − 1). Для 5 В это 720 Ом, для 12 В — 2064 Ом. Точная формула учитывает ток вывода ADJ (около 50 мкА): Uвых = 1,25 · (1 + R2/R1) + 50 мкА · R2. Калькулятор подбирает ближайший номинал из ряда E24 или E96.

Какое минимальное входное напряжение нужно для LM317?

Примерно на 3 В больше выходного: при такой разнице производители гарантируют параметры стабилизации. При малом токе LM317 работает и при перепаде около 2 В, но при токе 1 А и больше падение растёт — смотрите график Dropout Voltage в даташите.

Нужен ли радиатор для LM317?

Мощность на микросхеме равна (Uвх − Uвых) · Iнагр. Без радиатора корпус TO-220 рассеивает около 1,3 Вт при 40 °C в корпусе прибора (тепловое сопротивление кристалл–воздух 65 °C/Вт). Если мощность больше, нужен радиатор — калькулятор считает его тепловое сопротивление.

Как сделать на LM317 источник тока для светодиода?

Включите резистор между выводами OUT и ADJ, а светодиод — от ADJ к общему проводу. Ток равен 1,25 В / R: для 350 мА нужен резистор 3,6 Ом мощностью не меньше 1 Вт. Входное напряжение должно быть больше напряжения светодиода примерно на 4,3 В.

Чем LM317 отличается от LM338 и LM350?

Схемой включения и формулами они не отличаются: опорное напряжение у всех около 1,25 В. Разница в максимальном токе: LM317L — 0,1 А, LM317 — 1,5 А, LM350 — 3 А, LM338 — 5 А. Мощные версии выпускают в корпусах TO-220 и TO-3.

Источники

  1. onsemi. LM317, NCV317: 1.5 A Adjustable Output, Positive Voltage Regulator (LM317/D) — Vref, Iadj, минимальный ток нагрузки, тепловые сопротивления TO-220 и D²PAK
  2. STMicroelectronics. LM217, LM317: 1.2 V to 37 V adjustable voltage regulators
  3. Texas Instruments. LM317 3-Terminal Adjustable Regulator (SLVS044)

Обновлено . Нашли ошибку в расчёте? Напишите нам.