LM317-Stromregler-Rechner
Berechnen Sie den Ausgangsstrom eines LM317-Konstantstromreglers anhand eines einzigen Widerstandswerts. Geben Sie einfach den Widerstand zwischen Ausgangs- und Adjust-Pin ein, um den Strom in Ampere zu erhalten.
Konstantstromausgang des LM317
Formel des LM317-Stromreglers
Wobei gilt:
- \(I\) — Ausgangsstrom (A)
- \(V_{ref}\) — Referenzspannung des LM317, nominal \(1.25\text{ V}\)
- \(R\) — Widerstand zwischen Ausgangs- und Adjust-Pin (Ω)
Der LM317 hält über den Widerstand eine konstante Spannung von \(1.25\text{ V}\) aufrecht, sodass der durch ihn fließende Strom — und damit auch der Strom durch die Last — vollständig durch den Widerstandswert bestimmt wird.
LM317-Stromregler – Rechenbeispiel
Beispiel: Ein 10-Ω-Widerstand ist zwischen Ausgangs- und Adjust-Pin eines LM317 angeschlossen, der als Konstantstromquelle arbeitet.
\[ I = \frac{V_{ref}}{R} = \frac{1.25}{10} = 0.125\text{ A} \]
Ergebnis: Der Regler liefert der Last einen konstanten Strom von 0,125 A (125 mA).
So benutzen Sie den Rechner
- Geben Sie den Widerstandswert in Ohm (Ω) ein. Dabei handelt es sich um den Widerstand, der zwischen dem Ausgangspin und dem Adjust-Pin des LM317 angeschlossen ist.
- Der Ausgangsstrom in Ampere (A) wird sofort angezeigt, basierend auf der Referenzspannung des LM317 von 1,25 V.
- Wenn Sie stattdessen einen bestimmten Strom benötigen, stellen Sie die Formel um zu \( R = \frac{1.25}{I} \), berechnen Sie den erforderlichen Widerstand und geben Sie ihn zur Überprüfung ein.
Was ist ein LM317-Stromregler?
Der LM317 ist ein einstellbarer linearer Spannungsregler, doch mit nur einem externen Widerstand wird er zu einer einfachen und zuverlässigen Konstantstromquelle. Der Widerstand wird zwischen den Ausgangspin (OUT) und den Adjust-Pin (ADJ) angeschlossen, und die Last liegt zwischen dem Adjust-Pin und Masse. Da der LM317 zwischen Ausgangs- und Adjust-Pin stets 1,25 V hält, ist der Strom durch den Widerstand auf \( I = 1.25/R \) festgelegt — und da der Adjust-Pin nur einen winzigen Strom aufnimmt (etwa 50–100 µA), fließt im Wesentlichen derselbe Strom durch die Last.
Diese Schaltung ist beliebt in LED-Treibern, bei denen LEDs einen geregelten Strom statt einer geregelten Spannung benötigen, sowie in Akkuladegeräten und strombegrenzten Prüfnetzteilen, bei denen das Überschreiten eines festgelegten Stroms das versorgte Gerät beschädigen könnte. Die Schaltung benötigt nur zwei Bauteile zusätzlich zum LM317 selbst (den Einstellwiderstand und optional einen Eingangskondensator), was sie zu einer der günstigsten Konstantstrom-Lösungen überhaupt macht.
Da der Strom nur von einer festen Referenzspannung und einem Widerstand abhängt — beide zeitlich und thermisch stabil — bleibt der Ausgangsstrom konstant, auch wenn sich die Versorgungsspannung oder der Lastwiderstand ändert, sofern der LM317 über ausreichende Spannungsreserve verfügt (siehe Einschränkungen weiter unten).
Widerstandswerte für gängige Ströme
| Gewünschter Strom | Widerstandswert (Ω) | Erforderliche Belastbarkeit des Widerstands |
|---|---|---|
| 20 mA | 62,5 | ≥ 0,05 W |
| 50 mA | 25 | ≥ 0,125 W |
| 100 mA | 12,5 | ≥ 0,25 W |
| 250 mA | 5 | ≥ 0,5 W |
| 500 mA | 2,5 | ≥ 1 W |
| 1 A | 1,25 | ≥ 2 W |
Die im Widerstand umgesetzte Leistung beträgt \( P = I^2 R = 1.25 \times I \); wählen Sie stets einen Widerstand, dessen Belastbarkeit deutlich über diesem Wert liegt.
Einschränkungen und praktische Hinweise
- Spannungsreserve: Der LM317 benötigt eine Eingangsspannung, die die Ausgangsspannung um mindestens 3 V übersteigt (die Drop-out-Spannung), zuzüglich der 1,25 V am Einstellwiderstand — in dieser Schaltung insgesamt etwa 4,25 V. Darunter sinkt der Strom ab.
- Verlustleistung: Der LM317 setzt \( P = (V_{in} - V_{load}) \times I \) in Wärme um. Bei hohen Strömen oder großen Eingangs-Ausgangs-Differenzen verwenden Sie einen Kühlkörper. Das TO-220-Gehäuse kann mit ausreichender Kühlung typischerweise einige Watt abführen.
- Maximalwerte: Der Standard-LM317 ist auf etwa 1,5 A Ausgangsstrom und eine Eingangs-Ausgangs-Differenz von 37 V begrenzt. Für höhere Ströme verwenden Sie einen LM338 (5 A) oder LM350 (3 A), die mit derselben Formel funktionieren.
- Widerstandstoleranz: Die Genauigkeit des Ausgangsstroms wird direkt durch die Toleranz des Widerstands und die 1,25-V-Referenz begrenzt (die je nach Exemplar leicht variiert, typischerweise 1,20–1,30 V). Verwenden Sie für präzise Ströme einen 1-%-Widerstand.
- Wirkungsgrad: Als linearer Regler wird überschüssige Spannung in Wärme umgewandelt. Für batteriebetriebene oder leistungsstarke LED-Anwendungen kann ein schaltender Konstantstromtreiber effizienter sein.
Wenn Sie die Verdrahtung Ihrer Schaltung auswählen, prüfen Sie mit unserem Leiterquerschnitts-Rechner, ob die Leitungsdimensionierung den Strom bewältigen kann. Wenn Sie den Einstellwiderstand aus verfügbaren Bauteilen aufbauen müssen, hilft der Rechner für Parallelschaltung von Widerständen, Widerstände zu kombinieren, um den exakten Wert zu erreichen. Für Spannungsregelungs-Anwendungen mit einem ähnlichen diskreten Aufbau siehe den Rechner für Z-Dioden-Widerstände.
Häufig gestellte Fragen
Warum weicht mein gemessener Strom leicht vom berechneten Wert ab?
Zwei Dinge verursachen kleine Abweichungen. Erstens ist die Referenzspannung des LM317 nicht exakt 1,25 V — sie kann je nach individuellem Chip irgendwo zwischen etwa 1,20 V und 1,30 V liegen. Zweitens verschiebt die Widerstandstoleranz (5 % bei Standardwiderständen) den Strom direkt. Der Adjust-Pin nimmt zudem 50–100 µA auf, was einen winzigen Fehler verursacht. Für genauere Ergebnisse verwenden Sie einen Widerstand mit 1 % Toleranz und messen Sie die tatsächliche Referenzspannung Ihres Chips.
Welchen Widerstandswert brauche ich für einen bestimmten Strom?
Stellen Sie die Formel um zu \(R = 1.25 / I\). Um beispielsweise eine LED mit 350 mA zu betreiben: \(R = 1.25 / 0.35 = 3.57\ \Omega\). Da Standardwiderstände in gängigen Werten erhältlich sind, wählen Sie den nächstliegenden und prüfen Sie mit dem Rechner den resultierenden Strom. Wenn Sie einen ungewöhnlichen Wert benötigen, kombinieren Sie Widerstände in Reihe oder parallel, um ihn genauer zu treffen.
Kann ich Standard-Widerstandswerte wie 68 Ω oder 12 Ω statt exakter Werte verwenden?
Ja. Ein 12-Ω-Widerstand liefert \(1.25/12 \approx 104\) mA statt exakt 100 mA — für LEDs und das Laden von Akkus meist unkritisch. Wenn der kleine Fehler wichtig ist, kombinieren Sie Widerstände: Beispielsweise ergeben 12 Ω in Reihe mit 0,5 Ω genau 12,5 Ω für präzise 100 mA. Überprüfen Sie den endgültigen Widerstandswert immer mit dem Rechner, bevor Sie die Schaltung aufbauen.
Wie viel Leistung wird im Einstellwiderstand umgesetzt und welche Belastbarkeit sollte ich wählen?
Die Widerstandsleistung beträgt \(P = I^2 R = 1.25 \times I\). Bei 500 mA sind das 0,625 W — zu viel für einen kleinen 1/4-W-Widerstand. Wählen Sie eine Belastbarkeit von mindestens dem Doppelten der berechneten Verlustleistung, also 2 W für Ströme um 1 A. Ein Drahtwiderstand ist bei hohen Strömen eine gute Wahl, da er Wärme besser verkraftet als Kohleschicht- oder Metallschichtwiderstände.
Welche Eingangsspannung benötigt eine LM317-Stromquelle?
Addieren Sie die Durchlassspannung Ihrer Last plus etwa 4,25 V Reserve: 3 V Drop-out für den LM317 selbst plus die 1,25 V am Einstellwiderstand. Eine weiße LED-Kette mit 9 V Spannungsabfall benötigt beispielsweise mindestens 13,25 V Eingangsspannung. Wenn die Eingangsspannung zu niedrig ist, sinkt der Strom einfach unter den eingestellten Wert — der Regler kann die Spannung nicht erhöhen, sondern nur reduzieren.
Wie treibe ich Hochleistungs-LEDs an oder erhalte ich mehr als 1,5 A?
Der Standard-LM317 erreicht maximal etwa 1,5 A. Für höhere Ströme ersetzen Sie ihn durch einen LM350 (3 A) oder LM338 (5 A) — dieselbe Ein-Widerstands-Schaltung und dieselbe Formel \(I = 1.25/R\) gelten. Bei diesen Strömen ist Wärme das Hauptproblem: Berechnen Sie \(P = (V_{in} - V_{load}) \times I\) und montieren Sie einen ausreichend dimensionierten Kühlkörper oder ziehen Sie für bessere Effizienz einen schaltenden LED-Treiber in Betracht.
Kann eine LM317-Stromquelle mehrere LEDs in Reihe betreiben?
Ja, das ist eine übliche LED-Treiber-Anordnung. Schließen Sie die LEDs in Reihe zwischen den Adjust-Pin und Masse an, und derselbe geregelte Strom fließt durch jede einzelne. Achten Sie nur auf das Spannungsbudget: Die Versorgung muss die Summe aller LED-Durchlassspannungen plus die ca. 4,25 V Reserve übersteigen. Die Reihenschaltung ist der Parallelschaltung vorzuziehen, da sie garantiert, dass durch jede LED derselbe Strom fließt.