Ничего не найдено :(
    В гостях у Самоделкина! » Электроника » Линейный стабилизатор напряжения с регулировкой на LM317 и NPN транзисторе

    Линейный стабилизатор напряжения с регулировкой на LM317 и NPN транзисторе

    Всем привет!
    Сегодня речь пойдет об ещё одном линейном стабилизаторе напряжения на базе микросхемы LM317.
    Выглядит готовый модуль следующим образом:


    Видео по теме:


    В предыдущих статьях я уже рассказывал о различных схемах линейных стабилизаторов напряжения. Например, была статья про стабилизатор на базе TL431 и NPN транзисторов, а также на базе LM317, усиленной PNP транзистором. Сегодня я хочу рассказать про другую схему: если мы захотим усилить LM317 не PNP, а NPN транзистором.

    Основные характеристики:
    • Входное напряжение до 35В (LM317 способна работать с входным напряжением до 40В, но лучше оставить запас)
    • Выходное напряжение 0,8В-37В (максимальное выходное напряжение зависит от тока, чем больше ток, тем меньше максимальное выходное напряжение)
    • Ток до 8.5А (с транзистором TIP35C при максимальном входном напряжении 19,5В, а вообще зависит от выбранного транзистора и рассеиваемой на нем мощности, об этом более подробно будет описано дальше)
    • Стабилизация выходного напряжения при изменении входного
    • Стабилизация выходного напряжения при изменении тока нагрузки (по качеству стабилизации будет информация ниже)
    • Отсутствие защиты от КЗ
    • Отсутствие защиты по току

    Модуль собран по следующей схеме:


    Пояснения по схеме:
    Чтобы сделать проект более бюджетным и доступным все компоненты либо выпаяны из старой техники, либо куплены на Али Экспресс. В частности, LM317 и транзистор TIP35C куплены там, поэтому скорее всего не оригинальные (транзистор - 100% не оригинальный, микросхема – под вопросом). LM317 имеет 3 вывода, они обозначены на схеме и картинке в нижнем правом углу цифрами.

    Микросхема управляет мощным биполярным транзистором VT1. Я для этой цели использовал, вышеупомянутый TIP35С. Эмиттер, коллектор и база также обозначены на схеме и на картинке в нижнем правом углу. Транзисторы TIP36C и TIP35С являются комплементарной парой, поэтому основные характеристики у них сходные: напряжение – 50В, ток коллектора – 25А (8-9А, для конкретно моих транзисторов, купленных на Али Экспресс), статический коэффициент передачи тока около 10.

    По поводу подбора транзистора и рассеиваемой им мощности
    Очень важно следить за мощностью, которую рассеивает транзистор. Оригинальные транзисторы в корпусах TO-247, ТО-218, ТО-3P и аналогичных по габаритам, могут максимально рассеивать до 70-100 Вт мощности (в зависимости от конкретной модели и экземпляра транзистора). Но лично я стараюсь нагружать транзисторы не максимально, чтобы продлить им жизнь, т.е. 60 Вт максимум, а лучше 40-50. Что касается транзисторов с Али Экспресс в вышеупомянутых корпусах, то лучше, чтобы максимальная рассеиваемая мощность не превышала 50-55 Вт. Т.е. при мощности больше 55 Вт они с вероятность 80% выйдут из строя. Токи для таких транзисторов не должны превышать 8-9А. Рассчитывается мощность, которую рассеивает транзистор по следующей формуле:

    P = (U выход -U вход)*I коллектора

    Например, входное напряжение – 15 В, выходное напряжение - 11 В, ток у нас 6 А
    Р = (15В-11В) *6А = 24 Вт
    Отдельно хочу обратить внимание на то, как меняется мощность, рассеиваемая на транзисторе в линейных стабилизаторах напряжения. Рассмотрим следующий пример: входное напряжение – 19,5 В, выходное напряжение мы установили - 2 В, наша нагрузка потребляет ток в 8,5А. Казалось бы, что должно быть:
    Р = (19,5В-2В) *8,5А = 148,7 Вт
    Но на самом деле нет. Я провел небольшой тест на транзисторе TIP35C: выставлял разное выходное напряжение, замерял ток и рассчитывал рассеиваемую мощность. Результаты приведены в таблице:

    Линейный стабилизатор напряжения с регулировкой на LM317 и NPN транзисторе

    Как видно: чем больше мы закрываем наш транзистор, тем сильнее при этом уменьшается ток, и тем больше уменьшается выходное напряжение. В данном эксперименте максимальная мощность, рассеянная на транзисторе, не превысила 55 Ватт, что способен выдержать даже мой поддельный транзистор. Т.е. в вышеуказанном примере нашей нагрузке будет не хватать тока, но наш транзистор не выйдет из строя. Но если входное напряжение у нас будет больше, например 35В, то стабилизатор ток в 8,5А не выдержит при большой разнице между входным и выходным напряжением. В общем, для каждого режима работы транзистора нужно делать отдельный расчет рассеиваемой мощности, зная разницу между входным и выходным напряжением и реальный ток коллектора.

    Продолжим рассмотрение схемы. Резисторы R1 (переменный) и R2 задают напряжение, которое наша схема будет стабилизировать. Резистор R2 можно взять номиналом от 200 до 300 Ом, мощность любая. Потенциометр R1 – номинал 4.7К-5К Ом. Для всех аналогичных схем на LM317 работает принцип: чем больше сопротивление резистора R1 относительно резистора R2, тем выше выходное напряжение.
    Указанные выше компоненты составляют ядро схемы.

    Всё остальное - дополнительные элементы для улучшения стабильности и некоторых защит.

    Хочу обратить внимание, что обратная связь снимается не с выхода (в данном случае с эмиттера) транзистора, а с его базы. Поэтому данная схема является не совсем полноценным стабилизаторам напряжения, скорее транзистор повторяет напряжение, стабилизированное микросхемой. В интернете есть ещё вот такой вариант схемы:

    Здесь добавлен резистор R3, который как раз создает полноценную обратную связь. Но испытание данного варианта схемы выявило серьезный недостаток: при изменении тока нагрузки выходное напряжение заметно меняется. Например, при установленном выходном напряжении 12,6В и уменьшении тока нагрузки с 3,1А до 1,5А выходное напряжение увеличилось с 12,6В до 13,9В, т.е. на 1,3В. При аналогичной проверке предыдущей версии схемы эта разница была всего 0,2-0,3В. При увеличении тока нагрузки выходное напряжение наоборот уменьшается в обоих версиях схемы, но в первой версии схемы это не так выражено.

    Я решил остановить свой выбор на первой версии схемы, т.к. там гораздо меньше риск зажарить нагрузку повышенным напряжением при уменьшении потребляемого тока.

    Прокомментирую оставшиеся элементы схемы. Конденсатор C2 (керамический 0,1 мкФ) – припаивается параллельно переменному резистору и улучшает стабильность регулировки. Также для стабильности на базу транзистора добавлен конденсатор С6. Чтобы при разряде конденсатора C2 защитить вывод микросхемы LM317 ставится диод D2. Диод D1 защищает транзистор от обратного тока. Диод D3 служит для защиты схемы от ЭДС самоиндукции при питании электродвигателей. Конденсаторы C4 (электролитический 1000 мкФ) и C5 (керамический 1-10 мкФ) образуют входной фильтр, а конденсаторы C1 (электролитический 1000-3300 мкФ) и C3 (керамический 1-10 мкФ) образуют выходной фильтр. Электролитические конденсаторы нужно подбирать по напряжению с запасом, в идеале процентов на 40 больше примерно. Например, если входное напряжение будет 20В, то конденсатор С4 лучше брать 35В, а не 25В. Резистор R4 на 10к Ом (мощность любая) создает небольшую нагрузку для стабильности работы схемы на холостом ходу и помогает быстрее разрядить конденсаторы.

    Процесс сборки:
    Сначала попробовал различные варианты схемы, собрав их навесным монтажом.

    Далее спаял готовый модуль на макетной плате.

    Я добавил небольшой радиатор. С таким радиатором схема может долго работать только на малых токах. Для полноценного использования схемы, нужен радиатор, способный рассеивать больше тепла. Транзистор крепится к радиатору на термопасту без изолирующих втулок и прокладок - для улучшения теплоотдачи, а LM317 я от радиатора изолировал. На фланце микросхемы LM317 находится её выходной контакт, по схеме он не должен замыкаться с коллектором транзистора VT1, который привинчен к радиатору без изоляции. При отсутствии изоляции между транзистором и радиатором, на радиаторе будет входное напряжение. Об этом нужно помнить и размещать устройство в корпусе из диэлектрического материала, либо другими способами изолировать радиатор от корпуса.

    Далее я протестировал готовый модуль при помощи блока питания и электронной нагрузки.

    В целом схема рабочая, но, как и прочие линейные стабилизаторы, обладает низким КПД и высоким нагревом. Особенности и характеристики данной схемы уже были описаны ранее. Для каких-то целей это критично, для каких-то нет, в любом случае собирать и тестировать данный модуль лично мне было интересно.

    Всем спасибо за внимание, надеюсь, статья была для Вас полезной! Как всегда, готов ответить на вопросы и обсудить критику по существу в комментариях к данной статье.
    Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

    Цифровой осциллограф на микроконтроллере

    Литиевые аккумуляторы для электровелосипеда

    7
    Идея
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    6.8
    Описание
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    6.2
    Исполнение
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    Итоговая оценка: 6.67 из 10 (голосов: 5 / История оценок)

    Добавить комментарий

    15 комментариев
    ino53
    R555,
    Помнится, у них допустимое входное напряжение поменьше...
    EandV Автор
    Цитата: R555
    LT1084 есть и младшие сестрички. LT1083 (она "слабее" , максимальный ток 5 А)

    Есть пара таких микросхем, действительно отличные. Только по-моему наоборот LT1083 - 7,5А, LT1084 - 5А.
    Есть еще отечественный аналог КР142ЕН22.
    R555
    R555,
    И вот, у этой замечтательной замечательной микросхемы LT1084 есть и младшие сестрички. LT1083 (она "слабее" xaxa , максимальный ток 5 А), и ещё одна, I max=3 A. Повторю, это без дополнительных транзисторов.

    Очень рекомендую эти микросхемы. Думаю, они могут найтись у кого-то на старых платах, да и стоят они, наверняка, копейки.

    Что касается меня, эту плату, что я нашёл и показал, хочу переделать под мощный лабораторный блок питания. Верну на место выпаянные когда-то электролиты (нужны были срочно), поставлю другой радиатор (с вентилятором), более мощный мост.

    П. С. Ну а типовые схемы включения данных микросхем и их характеристики, надеюсь, найдёте в Сети. Желаю всем удачи!

    С уважением, R555
    Кто не ошибается, тот не делает ничего.
    Korolev
    EandV,
    Я это имел в виду
    В стопитсоттысячный раз повторяюсь: я комментирую конкретный текст конкретной статьи, а не то, что автор имел ввиду! yes
    R555
    R555,
    Я продолжаю свой рассказ про эту замечательную микросхему LT1084.
    Она самая сильная в своей линейке. Допустимый ток у LT1084 7,5 Ампер! (сравните с LM317 с её 1,5 А). Это без дополнительных транзисторов, разумееться. Причём, LT1084-микросхема "LOW DROP ", ну малое падение напряжения, если по-нашему. Поэтому можно снизить подаваемое на вход стабилизатора напряжение и получить мЕньшую бесполезно рассеиваемую на микросхеме тепловую мощность.
    Кто не ошибается, тот не делает ничего.
    R555
    EandV,
    Цитата: R555
    Кстати, если завтра, точнее уже сегодня, найду плату одного из своих линейных стабилизаторов, покажу схему. Там всего одна микросхема, но выжимает до 5 Ампер и стабильность очень высокая
    Интересно было бы взглянуть. Буду благодарен за схему.
    Приветствую, коллега, точнее коллеги! Те, кто понимает, почему линейные стабилизаторы востребованны до сих пор. Я нашёл ту свою старую плату, про которую ранее написал. Собрал я её в "далёком" 2003 году.


    R555,
    Это часть схемы блока резервного питания, которую я разработал и изготовил по заказу одного "нового русского" для его загородного дома. На фотке я показываю, какую микросхему я применил. Это LT1084. Она почему-то не так известна, как LM317, хотя имеет в точности такую же цоколёвку (распиновку), и схему включения, как 317, но по параметрам превосходит. Сейчас напишу подробнее...
    Кто не ошибается, тот не делает ничего.
    EandV Автор
    Korolev,
    Для ясности ещё один тест записал на видео. А то так сложно объяснять. Можно по ссылке скачать:
    Видео

    Тестировал на 1 спирали галогенки.
    Питание от БП - 16В, выходное на стабилизаторе 12,5В. Ток при этом 5А. Начинаю снижать выходное напряжение с помощью стабилизатора. Ток при этом тоже уменьшается. Например на 5В на выходе, ток не 5А, как было изначально, а 3А, на 0,6В на выходе - ток 0,8А и т.д. Соответственно мощность тоже меньшая рассеивается, не такая, как если бы ток был 5А всегда. Я это имел в виду.
    Korolev
    EandV,
    Поясните, пожалуйста, по подробнее
    Попытаюсь пояснить:
    Рассмотрим следующий пример: входное напряжение – 19,5 В, выходное напряжение мы установили - 2 В, наша нагрузка потребляет ток в 8,5А. Казалось бы, что должно быть: Р = (19,5В-2В) *8,5А = 148,7 Вт. Но на самом деле нет
    Если Ваша нагрузка потребляет указанный Вами ток в 8,5 А при указанном Вами напряжении на выходе 2 В, а на входе указанное Вами напряжение 19,5 В, то приведенный Вами рассчёт Р = 148,7 Вт - верен, безо всяких "казалось бы", а вот утверждение: "Но на самом деле нет" - неверно! yes
    ino53
    Конкретная нагрузка - это фиксированное сопротивление (плюс-минус) или фиксированный ток(?), второе, ИМХО, правильнее. Видел где то описание БП с похожей наклейкой на морде
    КМК, полезная штука. И вообще, вот
    самый лучший БП.
    feonor12
    Цитата: R555
    пойдёт в его плату стабилизатора накала лампы без переделок платы

    Гуд, как раз заканчиваю другую схемку!)
    EandV Автор
    Цитата: Korolev
    Справедливо только для конкретной нагрузки!

    Поясните, пожалуйста, по подробнее. Не совсем понял. Если я например не электронную нагрузку подключу, а лампочки на ток 8А и при помощи стабилизатора буду выходное напряжение уменьшать (по сути закрывая транзистор), ток при этом уменьшаться не будет разве?

    Цитата: ino53
    Поясните, не очень понятно, это что, как пишет Королев:

    То что пишет Королёв, касается раздела про рассеиваемую мощность и подбор транзистора. Я уточняющий вопрос написал, не совсем понял комментарий.

    Чтобы нагляднее понять про эффект, когда при уменьшении тока нагрузки растёт выходное напряжение, рекомендую видео к статье посмотреть. Там я тестирую 3 версии схемы (в статью вторая версия не вошла, т.к. там этот эффект самый сильный) и после каждого изменения замеры делаю. Тогда думаю понятнее станет. Ещё уточнение: при тестах схема собиралась по минимуму (только LM317, транзистор и резисторы, без конденсаторов). Когда тестировал готовый модуль (ближе к концу видео), где все конденсаторы были, данный эффект был меньше. В общем посмотрите видео, будет понятнее.

    Цитата: R555
    Кстати, если завтра, точнее уже сегодня, найду плату одного из своих линейных стабилизаторов, покажу схему. Там всего одна микросхема, но выжимает до 5 Ампер и стабильность очень высокая

    Интересно было бы взглянуть. Буду благодарен за схему.
    ino53
    R555,
    Почему "перекомпенсация",
    Цитата: R555
    при уменьшении тока нагрузки выходное напряжение увеличилось
    при увеличении тока напряжение, соответственно, уменьшится, другое дело - насколько, тут влияет точка подключения ООС по напряжению. А вот когда м\с "свистит", то чудеса разные могут быть scratch
    R555
    ino53,
    Судя по тому, что у автора при уменьшении тока нагрузки выходное напряжение увеличилось, это говорит о том, что, видимо, имеет место "перекомпенсация" по обратной связи. Но вовсе не говорит о том, что он собрал плохой стабилизатор. Я с этим "странным" явлением уже сталкивался, когда собирал линейные стабилизаторы на одних только транзисторах (не было тогда ещё доступных специализированных микросхем). Думаю, в этой схеме нужно немного изменить номиналы деталей и будет всё ОК.

    Кстати, если завтра, точнее уже сегодня, найду плату одного из своих линейных стабилизаторов, покажу схему. Там всего одна микросхема, но выжимает до 5 Ампер и стабильность очень высокая. Это и feonor12 хочу показать, эта регулируемая микруха (если не ошибаюсь, по памяти пишу) пойдёт в его плату стабилизатора накала лампы без переделок платы yes
    Кто не ошибается, тот не делает ничего.
    ino53
    EANDV ...Я провел небольшой тест на транзисторе TIP35C:
    Поясните, не очень понятно, это что, как пишет Королев:
    Цитата: Korolev
    только для конкретной нагрузки
    .
    Заинтересовала эта часть: "при установленном выходном напряжении 12,6В и уменьшении тока нагрузки с 3,1А до 1,5А выходное напряжение увеличилось с 12,6В до 13,9В, т.е. на 1,3В. При аналогичной проверке предыдущей версии схемы эта разница была всего 0,2-0,3В. При увеличении тока нагрузки выходное напряжение наоборот уменьшается в обоих версиях схемы, но в первой версии схемы это не так выражено." Слепил на макетке:

    Результаты такие (вторая колонка с подключенным R3 и перенастроенным подстроечником)
    Х.Х.------ 12,07 В -- 12,14 В
    ток 2,77А -- 11,92 В -- 11,78 В
    Хотел попробовать R2 включить между БЭ, семейство отвлекло.
    Korolev
    чем больше мы закрываем наш транзистор, тем сильнее при этом уменьшается ток
    Справедливо только для конкретной нагрузки!

    Привет, Гость!


    Зарегистрируйтесь

    Или войдите на сайт, если уже зарегистрированы...

    Войти

    Добавьте самоделку

    Добавьте тему

    Онлайн чат

    Опрос
    А Вы уже рассказали на сайте о своей самоделке?

    Последние комментарии

    Все комментарии