Obrázek   
Přihlášení
Uživatelské jméno:

Heslo:

Pamatovat si mne



Zapomenuté heslo

Nová registrace
Kam dále?
Hledání
Vzhled

(3 vzhledů)
Kdo je Online
9 uživatel(ů) je online (5 uživatel(ů) si prohlíží Články a povídání)

Uživatelé: 0
Hosté: 9

více...
Noví uživatelé
FERYAKT
FERYAKT
07.10.2019
Kolorka
Kolorka
24.09.2019
pospichal
pospichal
03.05.2019
Steppenwolf
Steppenwolf
15.03.2019
numitron
numitron
04.03.2019
vvrsek
vvrsek
31.01.2019
EMANUEL
EMANUEL
21.12.2018
kojaro
kojaro
16.12.2018
TothSt
TothSt
13.11.2018
Nyrenn
Nyrenn
06.10.2018
Kdo za co může
Administrátorka
Žirafka
Žirafka
Žirafička
Žirafička
Redaktoři
bernard
bernard
IvanH
IvanH
 
Emeritní
KatyH
KatyH

Elektronika - Vylepšení zdroje s obvodem LM317

aneb jak odstranit nebezpečí pro další součástky.
Napsal/a Žirafka v 30. 06. 2019 v 13:42 (přečtení 392×) Další články tohoto autora
Elektronika
     Všichni asi znáte integrované obvody typu LM317. Jsou to tzv. třísvorkové stabilizátory napětí s rozsahem od 1,25 do 37 voltů a zatižitelností, podle typu, až do 3 ampérů. Jsou to stabilizátory již dosti „fousaté“ ale stále se vyrábějí a myslím si, že se ještě dlouho vyrábět budou. V literatuře i na webu je s nimi mnoho a mnoho různých článků a zapojení.

     Tyto obvody mají ale jednu nectnost, vlastnost, nebo možná by se dalo říci zradu. A totiž, v jedné situaci může dojít k tomu, že se na výstupu objeví téměř plné vstupní napětí bez ohledu na to, jaké napětí je nastavené. Dneska si povíme o tom, proč tomu tak je a také, hlavně, jak tomu předejít



     Dnešní nápad není z mé hlavy, našla jsem jej při hledání něčeho úplně jiného na internetu. Ale tak už to často bývá, že člověk hledá cosi, to nenajde, ale najde něco jiného. No a dnešní povídání je výsledek jedné takové náhody.

Kliknutím na obrázek otevřete nové okno s obrázkem v původní velikosti.
Obr. 1 – typické zapojení stabilizátoru LM317.


     Na prvním obrázku je vidět, zjednodušené, zapojení stabilizátoru. Zjednodušené jen trochu a totiž tím, že jsem nekreslila ochranné diody a kondenzátory, které jsou jinak téměř vždy nutné. Pro tentokrát ale důležité nejsou, takže se jimi nebudeme zdržovat a schéma si zesložiťovat. Na svorky vlevo se přivede napájecí napětí, ze svorek vpravo se odvádí stabilizované napětí dále do zařízení. Odpor společně s potenciometrem tvoří proměnný dělič napětí, kterým se určuje napětí na výstupu. To je dáno vzorečkem Uvýs = Uref × (1 + Rdolní/Rhorní) + Iadj × Rdolní přičemž většinou se tento používá ve tvaru Uvýs = 1,25 × (1 + Rdolní/Rhorní), protože referenční napětí je právě těch 1,25 voltu a proud Iadj je jen několik málo mikroampérů a tak je chyba velmi malá. Až potud je všechno v pořádku a zdálo by se, že zalité sluncem. Nicméně, pokud dojde k příhodě z druhého obrázku, tak se situace dramaticky změní.

Kliknutím na obrázek otevřete nové okno s obrázkem v původní velikosti.
Obr. 2 – situace při poruše potenciometru.


     Obrázek ukazuje situaci ke které dříve nebo později vždy dojde. Každý, nebo téměř každý, potenciometr postupem času začne občas ztrácet kontakt mezi jezdcem a odporovou dráhou. Je to jen otázka času kdy k tomu dojde. U kvalitních potenciometrů to trvá dlouho, u těch méně kvalitních je to třeba hned od začátku. V čem je problém? V tom, že v okamžiku ztráty kontaktu jezdce s dráhou je v děliči vlastně zapojený nekonečně veliký odpor. Tím pádem se stabilizátor snaží na svém výstupu nastavit nekonečně veliké napětí. To se mu pochopitelně nepovede, ale povede se mu to, že se plně otevře a na výstupu je téměř plné napětí z jeho vstupu, snížené jen o úbytek na vnitřním tranzistoru, který činí přibližně 2 volty. Co se stane s elektronikou připojenou na takovýto zdroj je jen otázkou její odolnosti, dost často to ale končí zničením napájeného obvodu, případně i kouřovými efekty.

     Částečným řešením je připojení kondenzátoru na výstup stabilizátoru a zároveň dalšího kondenzátoru paralelně k jezdci potenciometru. Krátké poruchy se tím odstraní, protože kondenzátory nedovolí okamžitou změnu napětí a tak při krátkém odskočení jezdce od dráhy se napětí jen trochu „zhoupne“ a pak se vrátí zpět. Člověk si poruchy ani nevšimne, většinou, ale jak se potenciometr dále a dále opotřebovává, tak jednoho dne dojde stejně k tomu, že zdroj něco zničí.

     Elegantním řešením je právě nápad páně Wilsona, který vidíte na třetím obrázku.

Kliknutím na obrázek otevřete nové okno s obrázkem v původní velikosti.
Obr. 3 – vylepšené zapojení stabilizátoru napětí.



     V čem je rozdíl? Jen v tom, jak je připojený potenciometr. Zpětnovazební vstup stabilizátoru je trvale připojen na zem přes odporovou dráhu potenciometru. Tím je zaručeno, že pokud potenciometr ztratí kontakt, tak se výstupní napětí nastaví na minimum, což je v tomto případě napětí referenční, čili napětí klesne na 1,25 V. Když se kontakt zase obnoví, napětí se vrátí zpět na původně nastavenou hodnotu.

     Výstupní napětí se vypočítá podle vzorce Uvýs = (1 + (X × R/R1)) × 1,25. Přičemž X vlastně úhel natočení potenciometru, zadává se v rozsahu 0 až 1 (od jednoho do druhého dorazu), R1 je zpětnovazební odpor 240 ohmů z obrázku a R je odpor potenciometru.

Příklad:

potenciometr má odpor 5 kilo ohmů a je nastaven přesně na polovinu dráhy
odpor R1 má odpor 240 ohmů

Uvýs = (1 + (0,5*5000/240)) * 1,25 = 14,27 Voltu


     K čemu slouží červeně nakreslený odpor na výstupu stabilizátoru? Ten tvoří minimální zátěž stabilizátoru, podle katalogového listu je minimální potřebný proud výstupem 3,5 mA, pokud teče proud menší, chová se stabilizátor poněkud nekontrolovatelně a nikdo neví, co by se mohlo stát. Pokud je na výstupu připojený nějaký obvod trvale, je tento odpor zbytečný. V případě odpojitelné zátěže je ale potřebný. Zkušenost praví, že bez zátěže je na výstupu stabilizátoru napětí kolem 5 voltů, ale záleží to kus od kusu. A že zátěž tvoří zpětnovazební dělič? V případě, že všechno funguje tak, jak má, je tomu skutečně tak, ale když potenciometru odskočí jezdec od dráhy, stává se stabilizátor nezatíženým a napětí vyskočí nahoru. Není to sice tak moc jako v případě klasického zapojení, ale i toto napětí může někdy udělat neplechu. Velikost odporu se určí tak, aby minimální potřebný proud tekl při minimálním výstupním napětí. Při maximálním výstupním napětí tvoří tato předzátěž další odpadní teplo, ale je to daň za to, že je zdroj pro další součástky bezpečný. Pokud se jako předzátěž použije naznačený odpor 220 ohmů, tak při napětí 1,25 voltu je ztráta na odporu jen 0,007 wattu, při napětí 25 voltů jsou to již téměř 3 watty a při napětí 37 voltů je to více jak 6,2 wattu.

     Elegantním řešením by bylo na výstup zapojit zdroj proudu, v tomto případě vlastně proudovou noru, který by zajistil trvalý malý a konstantní odběr, ale při vyšších napětích by nedocházelo k takové výkonové ztrátě. Případně malou žárovičku, protože má značně nelineární závislost proudu na napětí. Proudová nora je ale určitě výhodnější.

     Nové zapojení stabilizátoru jsem si pochopitelně vyzkoušela a mohu konstatovat, že funguje dobře. Až budu příště něco s tímto stabilizátorem dělat, tak jej zcela jednoznačně zapojím takto. Nové zapojení není složitější, není finančně náročnější a nezhoršuje parametry stabilizátoru. Řešit minimální odběr je nutné jen v případě odpojitelné zátěže a tehdy, pokud by nedefinované napětí na výstupu vadilo.

     Udivuje mne ale jedna věc, že na tuto jednoduchou fintu nikdo nepřišel dříve, ale tak už to prostě bývá. Svět zkrátka čekal na to, až přijde Lindsay Robert Wilson, B.Sc., Ph.D. a vymyslí to. Věřím, že se vám toto zapojení také líbí a že přesvědčí i zapřísáhlé odpůrce obvodů LM317 o tom, že to nejsou špatné obvody

Použitá literatura:
Katalogový list LM317,
webová stránka http://www.imajeenyus.com/electronics ... eter_feedback/index.shtml
Hodnocení: 9,00 (4 hlasy) - Ohodnotit -
Formátovat pro tisk Poslat známému Vytvořit z článku PDF
Komentář je vlastnictvím svého autora. Vyjadřuje jeho názory, ne názory redakce nebo provozovatele webu či serveru.
Napsal/a Vlákno
EKKAR
Publikováno dne: 1.7.2019. 21:12  
Přispěvatel
Datum registrace: 07.12.2008
Bydliště: v České Třebové
Počet komentářů: 165
 Odp: Vylepšení zdroje s obvodem LM317
Máš 10 bodů za slídivost, Saško. Opravdu dobrá vychytávka, jediná nevýhoda je nelineárnost závislosti výstupního napětí stabce na úhlu natočení potenciometru - ale to se dá zhryznout, s dnešní dostupností digitálních "měřáčků za stovku" (i kdyby za dvě nebo tři, nešť) to je fakt minimální problém.

A znáš napěťovej kaskádovej násobič od Villarda? Člověk by řek, že na něm není co vylepšit - a přeci už někdy v roce 1990-1991 se našel nějakej pan Gisper, netuším jestli to je(byl) frantík, skopčák nebo švajcík, ale ten tenhle násobič "zmostíkoval" - a výsledkem jsou 3- a vícestupňový násobiče napětí se skoro dvojnásobným výstupním proudem proti Villardovu zapojení ...
Žirafka
Publikováno dne: 1.7.2019. 21:26  
Administrátorka
Datum registrace: 04.05.2008
Bydliště: Ústecký kraj
Počet komentářů: 1084
 Odp: Vylepšení zdroje s obvodem LM317
Citát:
nelineárnost závislosti výstupního napětí stabce na úhlu natočení potenciometru


A na to jsi přišel jak?

Ty můstkové násobiče znám, vím i o tom, že se moc nepoužívají, protože vazební kondenzátory mezi jednotlivými můstky musejí mít větší kapacitu než kondenzátory každého můstku. Pokud tedy mluvíme o tom stejném zapojení.
bernard
Publikováno dne: 2.7.2019. 10:42  
Redaktor
Datum registrace: 07.02.2009
Bydliště:
Počet komentářů: 69
 Odp: Vylepšení zdroje s obvodem LM317
Pokud jde o ty stabilizátory, různé prameny různě označují ty odpory děliče, a potom výsledné vzorce můžou mást. Trochu bych to shrnul.

Odporový dělič má jeden "horní" odpor, připojený k výstupu Uvýst, a jeden "dolní" odpor, připojený na zem, 0 V. Budu je značit Rh a Rd. Na jejich spoji vzniká to zpětnovazební napětí, Ufb, pro které platí:

Ufb = Uvýst/(1+Rh/Rd)

U stabilizátorů, do kterých je přivedena zem (např. uvedený MC34063, nebo L200 ap., je velikost referenčního napětí vztáhnuta k té zemi, a na regulačním vstupu se vlivem zpětné vazby udržuje napětí Ufb = Uref. Potom ten vzoreček vypadá

Uref = Uvýst/(1+Rh/Rd) ; a tedy

Uvýst = Uref*(1+Rh/Rd) ;

Aby závislost výstupu na natočení potenciometru byla lineární, musí se nastavovat odpor v čitateli, tedy Rh:

Uvýst = Uref*(1+x*Rh/Rd) ; kde 0<x<1

Jiná situace je u trojsvorkových stabilizátorů, třeba ten LM317, které nemají připojenou zem, a tak vnitřní zdroj referenčního napětí není vztažen k 0 V, ale k výstupnímu napětí Uvýst. Takže tady neplatí, že Ufb = Uref, ale Ufb = Uvýst - Uref! A tím se mění závislost výstupu:

Uvýst = (Uvýst - Uref)*(1+Rh/Rd) ; což dává výsledek:

Uvýst = Uref*(1+Rd/Rh) ;

Aby zůstala lineární závislost v nastavování výstupu, je třeba měnit odpor v čitateli, kterým je teď Rd:

Uvýst = Uref*(1+x*Rd/Rh) ; kde 0<x<1

A to je všechno. Děkuji za trpělivost.
Žirafka
Publikováno dne: 2.7.2019. 11:35  
Administrátorka
Datum registrace: 04.05.2008
Bydliště: Ústecký kraj
Počet komentářů: 1084
 Odp: Vylepšení zdroje s obvodem LM317
Však o tom je také ten původní článek. Píše se tam o tom, jak zajistit, aby výstupní napětí bylo lineárně závislé na úhlu natočení potenciometru (pokud je použitý lineární potenciometr ).

No a měření i výpočty ukazují, že LM317 má lineární závislost na úhlu natočení potenciometru jak v klasickém zapojení, tak v zapojení upraveném.

Proto jsem se Ekkara ptala, kde přišel k tomu, že výstupní napětí je závislé nelineárně.
bernard
Publikováno dne: 2.7.2019. 15:47  
Redaktor
Datum registrace: 07.02.2009
Bydliště:
Počet komentářů: 69
 Odp: Vylepšení zdroje s obvodem LM317
Vždyť jo, Ekkar se spletl, a mohl se. Píšeš:
Citát:
Odpor společně s potenciometrem tvoří proměnný dělič napětí, kterým se určuje napětí na výstupu. To je dáno vzorečkem Uvýs = Uref x (1 + R1/R2) + Iadj x R2 přičemž většinou se tento používá ve tvaru Uvýs = 1,25 x (1 + R1/R2),

Když tam je Iadj x R2, tak z toho plyne, že spodním odporem je R2, a ten je ve jmenovateli, což by vedlo k hyperbolické závislosti. Správně by bylo Uvýs = Uref x (1 + R1/R2) + Iadj x R1.

Proto jsem přispěl s tou propagací Rh a Rd, aby v tom bylo víc jasno. On je v tom trochu chaos i v jiných zdrojích.
Žirafka
Publikováno dne: 2.7.2019. 16:18   Aktualizováno dne:2.7.2019. 16:27
Administrátorka
Datum registrace: 04.05.2008
Bydliště: Ústecký kraj
Počet komentářů: 1084
 Odp: Vylepšení zdroje s obvodem LM317
No jo, chybička se vloudila. Už jsem to opravila a raději tak, že jsem vypustila čísla a dala jsem tam rovnou indexy dolní a horní. Ono je to takové srozumitelnější.

Děkuji za upozornění, chybička se vloudí tak maximálně jednou za... no jen občas

A to si články po sobě čtu a přesto mi to uteklo. Šlaka. Ještě že máme obětavé redaktory
EKKAR
Publikováno dne: 3.7.2019. 17:28  
Přispěvatel
Datum registrace: 07.12.2008
Bydliště: v České Třebové
Počet komentářů: 165
 Odp: Vylepšení zdroje s obvodem LM317
Bernarde dík za upřesnění - největší pravda je v tom, že v popisech v nejrůznějších pramenech panuje DĚSNEJ CHAOS a bohužel odchylky jsou i mezi různýma vydáníma jednoho a toho samýho datasheetu i od totožnýho výrobce ....
host
Publikováno dne: 11.7.2019. 10:56  
 Dalsi zajimavy obvod
Toto vylepseni se mi libi. Jako zatez pouzivam odpor a LEDku - zaroven slouzi jako kontrolka.

V posledni dobe ale mnohem vic, nez LM317 pouzivam LM2576-ADJ, na ktery jsem narazil tady: http://atrey.karlin.mff.cuni.cz/~meta ... =electronics&spage=lm2576

Oproti LM317 ma o dve nozicky vic, potrebuje zpetnou diodu a civku, zvladne 3A, prezije zkrat na vystupu, daji se s nim primo nabijet baterky, bezi na 52kHz a samozrejme z principu funkce mnohem mene topi.

Pokud nevadi ruseni spinanym zdrojem, a do zateze tece vic, nez par set mA, tak je jednodussi pridat civku a diodu, nez resit velikansky chladic.

Klasicka varianta za 40Kc zvlada vstupni napeti do 40V, HVT (asi 3x drazsi) pak do 63V.
Žirafka
Publikováno dne: 11.7.2019. 15:28  
Administrátorka
Datum registrace: 04.05.2008
Bydliště: Ústecký kraj
Počet komentářů: 1084
 Odp: Dalsi zajimavy obvod
Zajímavý brouček, ale bude mít stejný problém jako LM317, při rozpojení zpětné vazby vyletí napětí na maximum. Ale dala by se použít stejná finta a pak už napětí nahoru nepoletí.

Obrázek Obrázek
ObrázekObrázekObrázekObrázekObrázek
Obrázek
Redakční systém XOOPS 2.5.10
Obsah © 2008-2019 Žirafoviny