Autor: Dondu
Artykuł ten jest częścią cyklu: Regulatory napięcia
W tym celu można budować mniej lub bardziej skomplikowane układy lub wykorzystać dostępne i tanie regulatory napięcia (stabilizatory), które przy odpowiednim podłączeniu świetnie nadają się do takich celów, a przy tym kosztują niewiele.
Podstawową funkcjonalnością regulatora napięcia jest jak sama nazwa wskazuje utrzymywanie na jego wyjściu stabilnej wartości napięcia niezależnie od wartości pobieranego z niego prądu. W przypadku źródła prądowego regulator zmienia swoją funkcjonalność i dba o to, by dostarczać jednakową ustaloną wartość prądu do podłączonego do niego odbiornika.
Zobaczmy jak łatwo można wykorzystać niektóre z nich.
Regulator napięcia LM317 jako źródło prądowe
LM317, to bardzo popularny i tani regulator napięcia. Tani, bo jego wersja o prądzie maksymalnym do 100mA kosztuje zaledwie 0,60zł, a wersja 1,5A około 0,80zł (ceny koniec 2013r.). W rodzinie tej znajdują się także regulatory LM117 i LM217.
Można także użyć popularnych z serii 78xx np. L78xx lub µA7800, itp.
W dokumentacji LM317 znajdujemy w jaki sposób utworzyć z niego źródło prądowe o stałej wartości prądu:
W przypadku innych regulatorów także w ich datasheet znajdziesz odpowiednie schematy, wzory i informacje.
Jak widać na schemacie, aby utworzyć takie źródło wystarczy nam zaledwie jeden dodatkowy rezystor.
Na schemacie mamy także podane wzory pokazujące zależności panujące w takim źródle prądowym oraz zakres prądów jakie możemy w ten sposób uzyskać. Po przekształceniu wzoru możemy więc ustalić wartość rezystora dla oczekiwanego przez nas prądu:
Co to za napięcie, to 1,25V?
To napięcie referencyjne oznaczone jako Vref, które jest utrzymywane przez regulator pomiędzy wyjściem Vout, a pinem Adjust i pokazane jest w dokumentacji na innym schemacie:
W przypadku naszego schematu źródła prądowego ponieważ rezystor R1 jest podłączony pomiędzy w/w pinami oznacza to, że napięcie Vref to jest nic innego jak spadek napięcia na rezystorze R1:
Zadaniem LM317 jest utrzymanie za wszelką cenę napięcia Vref na poziomie 1,25V zgodnie z datasheet:
możemy więc wywnioskować, że:
Skoro regulator dąży do tego, aby na rezystorze R1 zawsze występował spadek napięcia równy 1,25V, a rezystor ma jakąś stałą wartość rezystancji, to oznacza, że prąd wyjściowy także będzie stały.
co wynika bezpośrednio z Prawa Ohma:
czyli w naszym przypadku:
to zależność tę (nasz wniosek) opiszemy tak:
Pomijamy zmiany rezystancji rezystora pod wpływem ciepła.
Ot i cała zasada wykorzystania regulatora napięcia pracującego jako źródło prądowe, o stałej wartości prądu :-)
Pozostaje nam ustalić, czy Vref zawsze wynosi 1,25V. Zerkamy więc do tabel LM317, gdzie okazuje się, że:
może ono wynosić pomiędzy 1,2V, a 1,3V.
R1 vs prąd
Aby nie było tak cudownie należy wziąć pod uwagę, że cały prąd uzyskany z takiego źródła płynie przez rezystor R1. Należy więc obliczyć, jaka moc na nim zostanie wydzielona (w postaci ciepła), by zastosować odpowiedni rezystor. W przeciwnym wypadku rezystor może ulec uszkodzeniu.
Moc liczymy oczywiście za pomocą wzoru:
co w naszym przypadku oznaczać będzie:
Przykład
Załóżmy, że z wykorzystaniem regulatora LM317 chcemy uzyskać źródło prądowe o stałym prądzie wyjściowym wynoszącym 230mA. Obliczamy wartość rezystora:
nasz układ wyglądać będzie więc następująco:
Obliczamy moc, która wydzieli się na rezystorze:
w związku z czym musimy zastosować rezystor o mocy 1/2W (500mW), ponieważ rezystor 1/4W (250mW) będzie zbyt słaby. Możesz także połączyć równolegle dwa rezystory o mocy 1/4W i rezystancji dwa razy większej, czyli 10,8Ω - to często stosowany sposób zwiększania mocy rezystora.
Rezystor o wartości 5,4Ω nie występuje w żadnym z szeregów wartości, stąd:
- należałoby zastosować potencjometr,
- lub wykorzystać połączone szeregowo rezystory,
- lub zastosować zbliżoną wartość, która występuje w szeregach. Są nimi np. 5,42Ω lub 5,36Ω, o ile znajdziesz taki o odpowiedniej mocy. W tym przypadku prąd oczywiście będzie się nieznacznie różnił od zakładanego, co możesz obliczyć z powyższych wzorów.
Zasady dot. płytki PCB
Ponieważ rezystor R1 pełni tutaj rolę czujnika prądu i jest "obserwowany" przez regulator LM317, stąd jak w większości tego typu przypadków, powinien on znajdować się możliwie najbliżej pinów regulatora, o czym wspomina producent:
Symbole
Na koniec warto jeszcze poznać symbole źródeł prądowych, które możesz spotkać na schematach:
 |
| Źródło Wikipedia. |
Dziekuje Dondu (Jarku jak dobrze pamiętam) za świetny artykuł.
OdpowiedzUsuńhaha, chyba Jacek :)
OdpowiedzUsuńOwszem :-)
OdpowiedzUsuńSkoro poprzednim artykułem był wprowadzający w temat LED, a teraz omawiasz źródła prądowe, to zapewne następny będzie o sterowaniu LEDami? :)
OdpowiedzUsuńPrzede wszystkim o łączeniu :)
UsuńJak do takiego źródła dodać kompensację temperaturową aby niezależnie od temperatury LM podawał taki sam prąd?
OdpowiedzUsuńW dokumentacji znajdziesz parametr pokazujący stabilność napięcia wyjściowego względem temperatury - Temperature Stability. Parametr ten jest określany na 0,7%Vo (napięcia wyjściowego) przy pełnym zakresie temperatur czyli np. od 0 do 125°C. Oznacza to, że np. dla 5V jest on w stanie utrzymać napięcie z dokładnością 5V * 0,7% = 0,035V. Jak to się przekłada na zmianę prądu (przy stałym rezystorze R1) możesz już policzyć we własnym zakresie. Na tej podstawie okaże się zapewne, że nie ma to znaczenia dla większości projektów.
UsuńA czy przy prądach rzędu 350mA taki stabilizator będzie się mocno grzał?
OdpowiedzUsuńSam możesz ustalić temperaturę na bazie tego artykułu: Regulatory napięcia vs wydzielane ciepło, czyli: Grzeje się!
UsuńWielkie podziękowania dla autora. Wreszcie zrozumiałem jak to działa. Hejka!
OdpowiedzUsuńDzięki wielkie, bardzo pomocny artykuł, wszystko juz jasne. Biorę się za lutownicę.
OdpowiedzUsuńNiestety w takim układzie LM317 potrafi się wzbudzać, szczególnie gdy zasilany jest z przetwornicy ,a nie zasilacza liniowego. Lepiej sprawdza się LM 1084 adj.
OdpowiedzUsuńWitam.
OdpowiedzUsuńMam pytanie.
Czy jeśli steruje napięciem źródła zasilania napięcie na oporniku R1 powinno się zmieniać? Czy powinno równać się napięciu referencyjnemu. U mnie zmienia się "liniowo" w zależności od napięcia źródła zasilania.
Witam.
Usuńcyt. "Zadaniem LM317 jest utrzymanie za wszelką cenę napięcia Vref na poziomie 1,25V ..."
Innymi słowy, jego rola polega na utrzymaniu napięcia na poziomie 1,25V pomiędzy Vout i ADJ (czyli na rezystorze R1), co przy stałej rezystancji R1 oznacza, że prąd jest także stały, czyli źródło prądowe pracuje prawidłowo utrzymując stały prąd.
Nie może więc się zmieniać jak to jest u Ciebie.
1. W jakim zakresie się zmienia?
2. Jakie napięcia wejściowe testujesz?
Być może przekraczasz minimalne i maksymalne napięcie wejściowe.
Witam,
OdpowiedzUsuńCzy można zaprezentowany w artykule układ uzupełniając jakimiś elementami zewnętrznymi, zwiększyć zakres dopuszczalnych napięć i prądów? A może jakiś odpowiednik tego układu, który sprostałby wyższym wymaganiom w tym zakresie?
Niestety nie jestem zbyt biegły w analogu, stąd może dla wielu banalne pytania, ale akurat mam potrzebę znalezienia rozwiązania, które pozwoliłoby mi uzyskać z kondensatora (10mF/80V) naładowanego do napięcia 70V stałą wartość prądu na poziomie 2-3A i napięciu 60-65V, w dość krótkim czasie 2-3 sek. Kluczową w tym rozwiązaniu jest właśnie dla mnie wartość prądu, która musi być możliwie stała i niezależna (w rozsądnych granicach) od rezystancji podłączonego układu rozładowującego. Z góry dziękuję za wszelkie podpowiedzi :)
Przy okazji dziękuję za fajnie napisany artykuł i bardzo ciekawie prowadzonego bloga :)
Co się stanie jak na regulator napięcia LM7812 na wejściu zostanie podane napięcie poniżej 12V? Pytam ponieważ chce wysterować czymś cewkę przekaźnika, a moim źródłem zasilania jest ściemniacz 0V-12V. Chciałbym znaleźć element, który przepuści prąd po osiągnięciu odpowiedniego napięcia.
OdpowiedzUsuń