Мощный блок питания на напряжение 5-35в и ток 5a-30a и более (lm338, 741)

Печатная плата

Разводку печатной платы в формате Sprint Layout 6 нам прислал Александр. На ней отсутствует конденсатор С4 — его припаиваем к выводам переменного резистора R1, который будет крепиться на корпусе устройства и послужит для регулировки напряжения.

Рис. 4. Печатная плата для схемы мощного блока питания на микросхемах LM338.

Печатная плата в формате Sprint Layout 6 — Скачать (330 КБ):

• PCB+High+power+regulater+0-30V+20A.jpg  — печатная плата с зарубежного сайта, конденсатор 4700мкФ установлен на выходе стабилизатора.
• lm338-power-supply-layout-v1 — первый вариант печатной платы: на входе и выходе стабилизатора установлены конденсаторы 4700мкФ (C1 и C6), защитный диод (D6) отсутствует. Мощные резисторы по 0,3 Ом.
• lm338-power-supply-layout-v2 — конечный вариант печатной платы: на входе два конденсатора по 4700мкФ (C1), на выходе — 22мкФ (C6), установлен защитный диод D6. Мощные резисторы по 0,1 Ом.

Даташит на микросхему LM338 — Скачать (220 КБ).

Подготовлено для сайта RadioStorage.net.

Детали

Транзистор BD140 нужно установить на небольшой радиатор. Все интегральные стабилизаторы LM338 должны быть установлены на отдельные радиаторы достаточной площади для надежного отвода тепла.

Рис. 2. Внешний вид мощных интегральных стабилизаторов LM338.

Рис. 3. Цоколевка (расположение выводов) у микросхем LM338.

Все мощные микросхемы можно установить на один общий радиатор через слюдяные прокладки, поскольку корпуса микросхем не должны соединяться вместе.

Ток выдаваемый на выходе блока питания может быть увеличен или уменьшен соответственно добавлением или уменьшением количества применяемых пар «стабилизатор LM338 + резистор Rx».

К радиатору можно применить активное охлаждение — установить небольшой вентилятор от компьютера, подав для него питание через стабилизатор на 5-12В (7805, 7812), это позволит уменьшить размеры радиатора и увеличить эффективность теплоотвода.

Диодный мост можно применить готовый на нужный ток, также его можно собрать из четырех отдельных мощных диодов (D1-D4). Эти диоды должны быть рассчитаны на ток, который планируется получить на выходе стабилизатора.

Рис. 4. Цоколевка транзистора BD140 (P-N-P).

Например, диодный мост из четырех выпрямительных диодов Д242 обеспечит рабочие токи до 10А. Диоды или диодный мост желательно установить на отдельный небольшой радиатор.

В качестве резисторов R3, R4…Rx можно установить керамические цементные или использовать проволочные, поскольку на каждом таком резисторе будет рассеиваться примерно 4-7 Ватт мощности (в зависимости от общей нагрузки на стабилизатор).

Использование ИМС LM317 в качестве регулируемого стабилизатора напряжения от 0 до 3 В

Схемы Питание · Силовая электроника

13-10-2015

Fairchild » LM317

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2015

Vladimir Rentyuk

EDN

Большинству разработчиков известно, что недорогой трехвыводной регулируемый стабилизатор напряжения, такой, например, как LM317, выпускаемый Fairchild Semiconductor, они могут использовать, как правило, только в диапазоне напряжений от 36 В до 3 В.

Без специальных решений сделать минимальное выходное напряжение такой ИМС менее 1.25 В невозможно. Это связано с тем, что напряжение внутреннего опорного источника таких стабилизаторов равно именно 1.

25 В, и без дополнительного потенциального смещения их выходное напряжение не может быть меньше этой величины .

Одним из способов решения этой проблемы является смещение потенциала вывода установки выходного напряжения (обозначаемого в спецификациях как Adj или VADJ) с помощью дополнительного источника опорного напряжения на основе двух диодов .

Рисунок 1.

Схема недорогого простого регулируемого стабилизатора напряженияс диапазоном от 0 до 3 В.

Хотя для диапазона выходных напряжений от 1.2 до 15 В или для стабилизаторов более высокого напряжения такой подход вполне приемлем, для получения сверхнизких напряжений, как фиксированных, так и регулируемых, он не подходит. Используемые в два диода 1N4001 не обеспечивают необходимое смещение потенциала в 1.

2 В и, к тому же, вносят дополнительную температурную нестабильность порядка 2.5 мВ/К . Таким образом, при изменении окружающей температуры в диапазоне 20 °С (это типичная ситуации для помещения), дополнительный температурный дрейф выходного напряжения составит примерно 100 мВ. А это более 6% для выходного напряжения 1.

5 В, и уже 10% для напряжения 1 В.

Проблему можно решить, например, с помощью ИМС источников опорного напряжения, таких как LM185 компании Fairchild или AD589 от Analog Devices.

Однако, помимо того, что эти устройства дороги, они требуют не только дополнительной регулировки нуля, но еще и согласования. Это связано с разбросом опорных напряжений, которые могут лежать в диапазоне от 1.215 В до 1.255 В для LM185 и от 1.2 В до 1.

Важно

25 В для AD589. Заметим, что опорное напряжение ИМС LM317 может находиться в пределах от 1.2 В до 1.3 В.

На Рисунке 1 представлен вариант недорогого регулируемого стабилизатора напряжения с диапазоном выходных напряжений от 0 до 3 В. Необходимый потенциал смещения формируется при помощи простого термостабильного источника постоянного тока . Вычислить этот ток можно при помощи следующего выражения:

где:

VF – прямое падение напряжения на светодиоде D1, равное примерно 2 В;VEBO – напряжение эмиттер-база транзистора Q1, приблизительно равное 0.68 В.

Используя эти значения, ток можно считать приблизительно равным

Этот источник постоянного тока и создает на резисторе R3 нужное нам напряжение смещения равное, примерно, –1.25 В. Установка нуля выполняется подстроечным резистором R6, который управляет током источника.

Резистор R5 защищает транзистор Q1. Светодиод D1 можно использовать в качестве индикатора включения. Выходное напряжение устанавливается потенциометром R2.

Рассчитать выходное напряжение можно с помощью следующего выражения:

где:

VREF – опорное напряжение IC1,VR3 – заданное компенсирующее напряжение на резисторе R3.

Вы должны установить это напряжение равным опорному напряжению ИМС для его компенсации. В этом случае

С резистором R2, настроенным на сопротивление 1.2 кОм, эта схема нашла применение в качестве эквивалента типичной щелочной батареи с выходным напряжением 1.56 В и использовалась в исследовательских работах в ряде проектов.

Ссылки

1. «LM317 3-Terminal Positive Adjustable Regulator,» Fairchild Semiconductor Corp, June 2005.
2. «LM350 3-Terminal 3A Positive Adjustable Voltage Regulator,» Fairchild Semiconductor Corp, 2001.
3. Schenk, C, and Ulrich Tietze, Halbleiter-Schaltungstechik, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2002, ISBN: 3540428496.
4. Rentyuk, Vladimir, «The Simple Temperature-Stabilized Constant-Current Source,» Electronics World, November 2006.

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:

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.

Схема включения

Сама по себе LM7812 представляет собой схему стабилизации напряжения и подключения к ней устройство обычно осуществляется только для этого. По сути, кроме неё для выполнения этой функции больше ничего не требуется. Начинающие радиолюбители применяют её в своих разработках без дополнительной обвязки и она в них работает, но это не совсем правильное решение.

Желательно следовать рекомендациям производителей, которые приводят схему включения 7812 с использованием двух конденсаторов на 25 В и более. Их необходимо паять как можно ближе к контактам, для более устойчивой работы микросхемы. При этом на входе необходима емкость больше, чем на выходе. Несоблюдении этого правила приводит к нестабильности выходного напряжения при резком изменении в нагрузке. Кроме того, такая емкостная обвязка выполняет защитные функции от самовозбуждения.

В паспорте заявлено, что на выходе допускается вообще не устанавливать сглаживающий конденсатор. Это возможно благодаря тому, что роль силового регулирующего элемента внутри серии 78xx выполняет эмиттерный повторитель на транзисторе Дарлингтона. Но как показывает практика, небольшую емкость все же ставят для лучшего подавления выходных высокочастотных пульсаций.

Пример работы подобной схемы можно посмотреть в небольшом видеоролике.

Блок питания на LM338K, 5А/1.2-25В — Меандр — занимательная электроника

Примеры применения стабилизатора LM схемы включения Следующие примеры продемонстрируют вам несколько очень интересных и полезных схем питания построенных с помощью LM
Внутри оказалась монтажная плата, крепление индикатора, четыре винта и парочка резисторов, а так же еще два пакетика поменьше.

После окончательной сборки получается довольно симпатичный блок питания на медных ножках, который выглядит следующим образом: Для того, чтобы прикрепить индикатор вольтметра в корпусе вентилятора необходимо проделать отверстия, так как комплектные саморезы могут расколоть пластик. Мощные резисторы по 0,3 Ом. На ней отсутствует конденсатор С4 — его припаиваем к выводам переменного резистора R1, который будет крепиться на корпусе устройства и послужит для регулировки напряжения. Так что данный набор отлично подойдет даже начинающему радиолюбителю : Сперва резисторы, диоды, клеммник, диодный мост KBL, стабилизатор напряжения LM

Выглядит она следующим образом: К качеству изготовления элементов конструктора претензий у меня нет. Данный стабилизатор напряжения, производства Texas Instruments, является универсальной интегральной микросхемой, которая может быть подключена многочисленными способами для получения высококачественных цепей питания. Схема плавного включения мягкий старт блока питания Некоторые чувствительные электронные схемы требуют плавного включения электропитания.

Переменный резистор R1 используется для плавного регулирования выходного напряжения. Например, диодный мост из четырех выпрямительных диодов Д обеспечит рабочие токи до 10А.
Компактный простой ЛБП на LM317 350 338

Пример стабилизации напряжения на LM317

Допустим надо подать на микросхему 12 вольт и отрегулировать его до 5. Исходя из формулы, приведенной выше, для того, чтобы LM317 выдал 5 вольт и выступал в роли регулятора напряжения, значение R₂ должно быть 720 Ом.

Соберите указанную выше схему. Затем с помощью мультиметра проверьте выходное напряжение, поместив его щупы на конденсатор емкостью 1 мкФ. Если схема собрана правильно, то на её выходе будет около 5 вольт.

Теперь замените резистор R₂ и установите на его место номинал со значением 1,5 кОм. Теперь на выходе должно быть около 10 В. Это преимущество этих миросхем. Вы можете настроить их на любое напряжение в пределах диапазона, указанного в его характеристиках.

Принцип работы

Соберем простой стабилизатор напряжения используя LM317 согласно схеме.

Подключим на вход V_in источник постоянного питания. Как уже было написано ранее, к этим контактам надо подать входное напряжение, которое микросхема затем понизит в зависимости от нагрузки. Оно должно быть больше, чем на выходе.

Допустим используя эту схему надо получить 5 В нагрузке. Следовательно, на вход V_in надо подать больше чем 5 вольт. Как правило, если микросхема LM317, не является регулятором с малым падением надо, чтобы входное напряжение примерно на 2 вольта было выше выходного. Поскольку мы хотим 5 вольт на выходе, мы подадим к регулятору 7 вольт.

Контакт Adj позволяет отрегулировать напряжение на выходе до уровня, который мы хотим.Рассчитаем, какое значение сопротивления R₂ даст на выходе устройства 5 вольт. Используя формулу для выходного напряжения можно узнать значение сопротивления R₂.

Так как сопротивление R₁ равно 240 Ом, а выходное напряжение равно 5 В, то R₂ согласно формуле будет равно 720 Ом.  Таким образом, при значении R₂ =720 Ом, LM317 будет выдавать 5 В, при подаче на её вход более 5 Вольт.

Драйвер тока

Драйвер тока (LED Driver) поддерживает ток и напряжение в цепи нагрузки в независимости от поданного на него постоянного питания. Известно, что светодиод является полупроводниковым прибором, который следует запитать током, указанным в характеристиках светодиода.

Используя схему стабилизации как показано в DataSheet  можно собрать на LM317 простую схему драйвера тока.

Для ее работы зная потребляемый светодиодом ток, необходимо подобрать сопротивление подстроечного резистора R₁. У маломощных светодиодов ток потребления составляет порядка 20 мА или 0,02 А. Для подбора необходимого сопротивления используют формулу, где I_out это ток на выходе микросхемы, необходимый для питания светодиодов.

Используя формулу, получаем значение номинала резистора с сопротивлением 62.5 Ома. Для избежания перегрева микросхемы подбирают необходимую мощности резистора по формуле.

Собрав схему и подав питание, получают простейший драйвер стабилизации тока для светодиодов.  Светодиод будет включаться, с требуемой яркостью, которая не будет зависеть от поданного постоянного питания на вход микросхемы.

Номинал необходимого резистора R₁, можно подобрать, используя обычный подстроечный проволочный резистор на сопротивление 0.5 кОм. Для этого сначала проверяют его сопротивление между среднем и любым из крайних выводов. С помощью мультиметра, вращая регулирующий стержень,  добиваемся значения сопротивления 500 Ом, чтобы не сжечь подключенный светодиод при включении.

Затем подключают в схему со светодиодом. Чтобывыбрать подходящий номинал резистора, после подачи питания изменяют сопротивление подстроечного резистора до требуемого тока светодиода.

Онлайн-калькулятор

Для расчета параметров радиоэлементов в схемах с LM317 в сети интернет существует множество онлайн-калькуляторов:

• для расчета резистора R2, при известном выходном напряжении и сопротивлении резистора R1;
• для вычисления напряжения на выходе стабилизатора, при известном сопротивлении двух резисторов (R1 и R2);
• для расчета сопротивления и мощности резистора, при известном значении силы тока на выходе микросхемы и др.

Метка: LM317T

Предлагаемый несложный стабилизатор с регулируемым в широких пределах выходным напряжением и токовой защитой может быть использован как в одноканальных, так и в многока­нальных лабораторных источниках питания.

Выходное напряжение стабилизатора можно регулировать от 3 до 27 В, Наибольший ток нагрузки — 3А. Его прототипом послужил стабилизатор, описанный в статье А.

Уварова “Лабо­раторный источник питания” (“Радио­конструктор”, 2001, …

Читать далее

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/35226

В радиолюбительской практике в быту и на работе иногда возникает необходимость в резервировании питания различных устройств.

Речь не идет об источниках бесперебойного питания (НРБ), а об аварийном освещении, устройствах охранной сигнализации, любительских метеостанциях, рекламных щитах, радиолюбительских репитерах, туристических палатках, т.е.

в устройствах и системах, где в качестве резервного или основного питания применяется аккумулятор без преобразования …

Читать далее

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/23888

Здесь представлена схема регулируемого источника питания 1.2 – 36В, 5А  (Рис.1). Рис.1. Принципиальная схема Основные элементы – транзистор Дарлингтона TIP147 PNP (Рис.2 ) и линейный регулируемый стабилизатор положительного напряжения LM317 (Характеристики LM317 представлены в таблице 1). Рис.2. Цоколевка транзистор Дарлингтона TIP147

Читать далее

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/12584

Для управления напряжением используется потенциометр, который подключается к соответствующему разъему на плате. Напряжения поступает на диодный мост выпрямителя (напр.

4 шт 1N4007), конденсатор (1000 мкФ) и так далее, достаточно только подключить выход трансформатора источника переменного тока

Важно, входное напряжение не должно …. Читать далее

Читать далее

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/10314

Один из важных узлов радиоэлектронной аппаратуры – стабилизатор напряжения в блоке питания. Еще совсем недавно такие узлы строили на стабилитронах и транзисторах.

Общее число элементов стабилизатора было довольно значительным, особенно если от него требовались функции регулирования выходного напряжения, защиты от перегрузки и замыкания выхода, ограничения выходного тока на заданном уровне. С появлением специализированных микросхем ситуация …

Читать далее

Схема подключения

Независимо от того, для чего изготавливается стабилизатор (для машин или установки светодиодов в стационарные объекты), можно рассмотреть решение стабилизации с использованием различных схем подключения.

На базе данной микросхемы можно собрать следующие цепи:

• регулировки и стабилизации входного напряжения до необходимых параметров;
• стабилизации тока и напряжения в цепях нагрузки.

К примеру, при подаче напряжения на вход микросборки 12 В постоянного тока необходимо на выходе получить стабильно 5 В. Для этого собирают схему, приведённую на рис. ниже.

Схема включения ИМС для стабилизации напряжения

В этом случае напряжение понижается при помощи изменения сопротивления R1, присоединённого к контакту Adj. Для определения напряжения (U), которое стабилизатор обязан понизить и выдать на выход, включена пара резисторов R1 и R2. Чтобы рассчитать Uвых, нужно воспользоваться формулой:

Uout = 1,25*(1+R2/R1).

Величина Uout зависит от значения сопротивления резистора R2.

Применимо к рассматриваемому выше примеру, 5 В из 12 В можно получить, включив в цепь R2 = 720 Ом, причём это будет стабильное напряжение.

Информация. Конденсаторы С1 и С2 включены для сглаживания входных и выходных процессов. Если микросхема расположена рядом с отдельным сглаживающим фильтром, то С1 можно не устанавливать.

Чтобы использовать ИМС в качестве драйвера тока, можно рассмотреть схему на рис. ниже. Такое подключение можно использовать для поддержания напряжения (U) и тока (I) в цепи нагрузки. При этом они не будут зависеть от подаваемого на схему питания от источника постоянного тока (ИПТ).

Схема драйвера тока для led-светодиода

Чтобы такая сборка работала, нужно рассчитать сопротивление R1. Это можно сделать, узнав ток, потребляемый устанавливаемым светодиодом, и подставив его в формулу:

R1 = 1,25/Iout.

Например, ток маломощного led-светодиода составляет 0,02А, значит, Iout = 0,02. Следовательно, R1 = 1,25/Iout = 1,25/0,02 = 62,5 Ом.

Внимание! Во избежание перегрева стабилизирующей сборки LM317 необходимо подобрать мощность резистора R1. Для этого используется формула P = Iout2*R1

Стабилизатор тока на lm317, lm338, lm350 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.

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.

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.

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: PR=I02×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.