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Realizzare uno Stabilizzatore di Tensione Variabile tra 1.25 e 20V con Corrente Massima di 3 Ampere

The Future Is Now

L’integrato LM317 è un regolatore di tensione positivo a tre PIN in grado di fornire diverse tensioni continue in uscita o anche correnti. In particolare le tensioni possono essere regolabili tra 1.25V e 37V  e l’integrato è in grado di fornire 1.5A.

Richiede solo alcuni componenti esterni per cambiare funzione , ad esempio servono solo due resistenze per ottenere un regolatore di tensione regolabile.  La regolazione di linea e di carico sono abbastanza buone e il circuito inoltre dispone di diverse protezioni, come la protezione termica, la protezione di corrente e la protezione da safe operating area. Queste protezioni bloccano la corrente di uscita quando la temperatura è troppo elevata, quando la corrente di uscita è troppo elevata oppure quando la tensione di ingresso è troppo elevata.

Il componente si presenta come in figura e può avere due diversi package, il primo il classico TO-220 viene usato nel montaggio attraverso i fori mentre il TO-263 viene usato per i circuiti SMD.

PIN E CARATTERISTICHE ELETTRICHE

L’integrato ha tre PIN, il primo è chiamato Adjust (o ADJ) ed è il pin di regolazione, poi vi è Vout che è il pin che fornisce la tensione in uscita mentre Vin è il pin della tensione di ingresso. Tra il pin di ingresso e di uscita vi sarà una tensione detta tensione di dropout (Vdrop), questa tensione serve per il funzionamento dei circuiti interni e inoltre è dovuta alla caduta di tensione sull’elemento serie. Lo schema a blocchi è il seguente:

L’elemento serie è formato da due transistor in configurazione darlington, inoltre vi è una resistenza per rilevare la corrente di uscita. In funzione della corrente in uscita e della temperatura agisce il blocco chiamato “Over temp & over Current Protection” che elimina in caso di problemi la polarizzazione del transistor darlington . La tensione di riferimento viene generata da un diodo Zener da 1.25V polarizzato da Iadj, una corrente di riferimento. L’operazionale, in configurazione di error amplifier fa si che tra il pin ADJ e Vout vi siano sempre 1.25V.

Le caratteristiche elettriche sono le seguenti:

  • Tensione massima tra Vout e Vin: 40V
  • Tensione minima tra Vout e Vin (Vdrop): 3V
  • Vout: da 1.25V a 37V
  • Corrente di uscita: da 10mA fino a 1.5A
  • Regolazione di linea: 0.01%/V
  • Regolazione di carico: 0.1%/V
  • Corrente pin ADJ: 50uA
  • Rumore RMS: 0.003%/Vout
  • Reiezione al ripple: 57dB

La tensione massima come detto prima è 40V, la minima invece sarà data dal dropout  più la minima tensione in uscita, ovvero 3+1.25=4.25V. Il dropout è 3V. La corrente va da 10mA fino a 1.5A, il regolatore non garantisce una tensione regolata secondo datasheet se la corrente è minore di 10mA, quindi si potrebbe usare una resistenza in uscita che garantisce una corrente di uscita di 10mA.

La regolazione di linea indica coma varia la Vout se varia la Vin ovvero se la Vout è 5V e la Vin varia da 10V a 11V allora vi sarà una variazione di 0.05% ovvero 2.5mV.

La load regulaztion invece indica che se il carico varia da 10mA a 1.5° allora l’uscita subirà una variazione di tensione pari allo 0.1% ogni volt, ovvero se l’uscita è 5V vi sarà una variazione di 50mV dell’uscita. Dal pin ADJ esce una corrente di 50uA generata dal generatore di corrente.

Il rumore RMS generato in uscita su un tensione di 10V è di 30uV essendo lo 0.003% di Vout. Il ripple in ingresso viene attenuato di circa 57dB senza utilizzare i condensatori di uscita.
 

SCHEMA DI UTILIZZO COME REGOLATORE DI TENSIONE

Lo schema classico di utilizzo, come regolatore di tensione, è il seguente:

La tensione di ingresso è la tensione di rete a 230Vrms che viene ridotta a una tensione di 20Vrms dal trasformatore T1. Il trasformatore T1 deve avere una potenza di almeno 60VA. D1 deve essere un ponte di diodi da almeno 50V 5Ampere, quello nello schema è da 25ampere 100V.
R1 e il LED formano una spia di presenza rete.
Q1, R4 e U1 formano il regolatore di tensione con corrente maggiorata e la tensione di uscita dipende da R1 e R2. R1 fa si che vi sia una corrente da 4.6mA (1.25/270) che scorre in R2, in modo tale da creare una caduta di tensione da 0V fino a circa 21V in modo tale da avere una tensione di 1.25V in uscita fino a 20V.
D2 è un diodo di protezione, C2 e C3 condensatori di filtraggio.
Q1 al massimo dissipa 23W mentre U1 18W per un totale di 41W considerando che sotto i 5v si assorbono solo correnti massime di 2A. Il dissipatore dove si connettono Q1 e U1 attraverso mica isolante deve avere un valore pari a:

R_termica_dissipatore = ((Tjmax-Tamb)/Pd – Rjc – Rcs) = ((160-30)/41 – 0.6 – 1) = 1.6°C/W

dove Tjmax è la temperatura massima della giunzione, Tamb è la temperatura ambiente massima, Pd è la potenza dissipata, Rjc la resistenza termica tra giunzione e case e Rcs la resistenza termica tra case e dissipatore. Quindi si usa un dissipatore di valore 1.6°C/W o minore.
Lo schema può essere montato su breadboard così possiamo testarlo.