Kalkulator regulatora prądu LM317
Oblicz prąd wyjściowy źródła stałego prądu na LM317 na podstawie wartości jednego rezystora. Wystarczy podać rezystancję między pinem wyjściowym a pinem regulacyjnym, aby otrzymać prąd w amperach.
Stały prąd wyjściowy LM317
Wzór na regulator prądu LM317
Gdzie:
- \(I\) — prąd wyjściowy (A)
- \(V_{ref}\) — napięcie odniesienia LM317, nominalnie \(1.25\text{ V}\)
- \(R\) — rezystor podłączony między pinem wyjściowym a pinem regulacyjnym (Ω)
LM317 utrzymuje stałe \(1.25\text{ V}\) na rezystorze, więc płynący przezeń prąd — a wraz z nim prąd przez obciążenie — zależy wyłącznie od wartości rezystora.
Regulator prądu LM317 – przykład obliczenia
Przykład: między pinem wyjściowym a pinem regulacyjnym LM317 pracującego jako źródło stałego prądu podłączono rezystor 10 Ω.
\[ I = \frac{V_{ref}}{R} = \frac{1.25}{10} = 0.125\text{ A} \]
Wynik: regulator dostarcza do obciążenia stały prąd o wartości 0,125 A (125 mA).
Jak korzystać z kalkulatora
- Wprowadź Wartość rezystora w omach (Ω). Jest to rezystor podłączony między pinem wyjściowym LM317 a pinem regulacyjnym.
- Prąd wyjściowy w amperach (A) zostanie natychmiast wyświetlony na podstawie napięcia odniesienia LM317 wynoszącego 1,25 V.
- Jeśli zależy Ci na konkretnym prądzie, przekształć wzór do postaci \( R = \frac{1.25}{I} \), oblicz wymaganą rezystancję i wpisz ją, aby sprawdzić wynik.
Co to jest regulator prądu LM317?
LM317 to regulowany liniowy stabilizator napięcia, ale przy użyciu zaledwie jednego zewnętrznego rezystora staje się prostym i niezawodnym źródłem stałego prądu. Rezystor łączy się między pinem wyjściowym (OUT) a pinem regulacyjnym (ADJ), a obciążenie podłącza między pin regulacyjny a masę. Ponieważ LM317 zawsze utrzymuje 1,25 V między pinem wyjściowym a regulacyjnym, prąd płynący przez rezystor jest stały i wynosi \( I = 1.25/R \) — a ponieważ pin regulacyjny pobiera tylko znikomy prąd (około 50–100 µA), przez obciążenie płynie praktycznie ten sam prąd.
Taka konfiguracja jest popularna w układach zasilania diod LED, którym potrzebny jest stały prąd, a nie stałe napięcie, oraz w ładowarkach do akumulatorów i zasilaczach testowych z ograniczeniem prądowym, gdzie przekroczenie zadanego prądu mogłoby uszkodzić zasilane urządzenie. Układ wymaga tylko dwóch elementów dodatkowych poza samym LM317 (rezystora nastawczego i opcjonalnie kondensatora na wejściu), co czyni go jednym z najtańszych rozwiązań źródeł stałego prądu.
Ponieważ prąd zależy tylko od stałego napięcia odniesienia i rezystora — obu stabilnych w czasie i temperaturze — prąd wyjściowy pozostaje stały nawet przy zmianach napięcia zasilania czy rezystancji obciążenia, o ile LM317 ma wystarczający zapas napięciowy do pracy (patrz ograniczenia poniżej).
Wartości rezystorów dla typowych prądów
| Żądany prąd | Wartość rezystora (Ω) | Wymagana moc rezystora |
|---|---|---|
| 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 |
Moc wydzielana na rezystorze to \( P = I^2 R = 1.25 \times I \); zawsze wybieraj rezystor o mocy z wyraźnym zapasem ponad tę wartość.
Ograniczenia i wskazówki praktyczne
- Zapas napięciowy: LM317 wymaga, aby napięcie wejściowe przewyższało napięcie wyjściowe co najmniej o 3 V (napięcie podtrzymania) plus 1,25 V na rezystorze nastawczym — w tej konfiguracji około 4,25 V łącznie. Poniżej tej wartości prąd spadnie.
- Wydzielana moc: LM317 wydziela moc \( P = (V_{in} - V_{load}) \times I \). Przy dużych prądach lub dużej różnicy napięć wejście–wyjście zastosuj radiator. Obudowa TO-220 przy odpowiednim chłodzeniu może typowo rozproszyć kilka watów.
- Wartości maksymalne: standardowy LM317 jest ograniczony do około 1,5 A prądu wyjściowego i różnicy napięć wejście–wyjście 37 V. Przy większych prądach użyj LM338 (5 A) lub LM350 (3 A), które działają według tego samego wzoru.
- Tolerancja rezystora: dokładność prądu wyjściowego jest bezpośrednio ograniczona tolerancją rezystora oraz napięcia odniesienia 1,25 V (które nieznacznie się różni, typowo 1,20–1,30 V między egzemplarzami). Do precyzyjnych prądów użyj rezystora 1%.
- Sprawność: jako regulator liniowy zamienia nadwyżkę napięcia w ciepło. W zastosowaniach bateryjnych lub przy dużej mocy LED sprawniejszy może być impulsowy sterownik prądowy.
Wybierając przewody do swojego układu, sprawdź za pomocą naszego kalkulatora przekroju przewodu, czy dane przekroje wytrzymą dany prąd. Jeśli musisz złożyć rezystor nastawczy z dostępnych elementów, kalkulator rezystancji równoległej pomoże połączyć rezystory tak, aby uzyskać dokładną wartość. Do zastosowań stabilizacji napięcia o podobnej budowie dyskretnej zajrzyj do kalkulatora rezystora diody Zenera.
Najczęściej zadawane pytania
Dlaczego zmierzony prąd nieznacznie różni się od wartości obliczonej?
Małe odchyłki mają dwie przyczyny. Po pierwsze, napięcie odniesienia LM317 nie wynosi dokładnie 1,25 V — w zależności od konkretnego egzemplarza może mieścić się w zakresie od około 1,20 V do 1,30 V. Po drugie, tolerancja rezystora (5% dla standardowych) bezpośrednio przesuwa wartość prądu. Pin regulacyjny pochłania dodatkowo 50–100 µA, co wnosi znikomy błąd. Dla dokładniejszych wyników użyj rezystora o tolerancji 1% i zmierz rzeczywiste napięcie odniesienia swojego układu.
Jaki rezystor jest potrzebny do uzyskania konkretnego prądu?
Przekształć wzór do postaci \(R = 1.25 / I\). Na przykład do zasilania diody LED prądem 350 mA: \(R = 1.25 / 0.35 = 3.57\ \Omega\). Ponieważ standardowe rezystory występują w typowych wartościach, wybierz najbliższą i sprawdź kalkulatorem wynikowy prąd. Jeśli potrzebujesz nietypowej wartości, połącz rezystory szeregowo lub równolegle, aby ją precyzyjniej osiągnąć.
Czy mogę użyć standardowych wartości rezystorów, np. 68 Ω lub 12 Ω, zamiast dokładnych?
Tak. Rezystor 12 Ω daje \(1.25/12 \approx 104\) mA zamiast dokładnie 100 mA — zwykle jest to dopuszczalne dla diod LED i ładowania akumulatorów. Jeśli ten mały błąd ma znaczenie, połącz rezystory: na przykład 12 Ω szeregowo z 0,5 Ω daje 12,5 Ω, czyli dokładnie 100 mA. Przed zbudowaniem układu zawsze sprawdź końcową rezystancję kalkulatorem.
Jaką moc wydzieli rezystor nastawczy i jaką moc powinienem wybrać?
Moc rezystora wynosi \(P = I^2 R = 1.25 \times I\). Przy 500 mA jest to 0,625 W — za dużo dla małego rezystora 1/4 W. Wybierz moc co najmniej dwukrotnie większą od obliczonej straty mocy, czyli 2 W przy prądach rzędu 1 A. Przy dużych prądach dobrym wyborem jest rezystor drutowy, ponieważ znosi ciepło lepiej niż rezystory węglowe lub metalizowane.
Jakiego napięcia wejściowego potrzebuje źródło prądowe na LM317?
Zsumuj napięcie przewodzenia obciążenia i około 4,25 V zapasu: 3 V napięcia podtrzymania samego LM317 plus 1,25 V na rezystorze nastawczym. Na przykład ciąg białych diod LED o spadku 9 V wymaga co najmniej 13,25 V na wejściu. Jeśli napięcie wejściowe jest zbyt niskie, prąd po prostu spadnie poniżej wartości zadanej — regulator nie może podwyższyć napięcia, a jedynie je obniżyć.
Jak zasilać diody LED dużej mocy albo uzyskać więcej niż 1,5 A?
Standardowy LM317 ma limit około 1,5 A. Przy większych prądach zastąp go układem LM350 (3 A) lub LM338 (5 A) — obowiązuje ten sam układ z jednym rezystorem i ten sam wzór \(I = 1.25/R\). Przy takich prądach głównym problemem jest ciepło: oblicz \(P = (V_{in} - V_{load}) \times I\) i zamontuj odpowiednio dobrany radiator albo rozważ impulsowy sterownik LED o lepszej sprawności.
Czy jedno źródło prądowe na LM317 może zasilać kilka diod LED szeregowo?
Tak, to popularna konfiguracja zasilania diod LED. Połącz diody szeregowo między pin regulacyjny a masę, a przez każdą z nich popłynie ten sam stabilizowany prąd. Sprawdź tylko budżet napięciowy: napięcie zasilania musi przewyższać sumę napięć przewodzenia wszystkich diod plus około 4,25 V zapasu. Połączenie szeregowe jest lepsze niż równoległe, ponieważ gwarantuje identyczny prąd przez każdą diodę.