Valori dei resistori da utilizzare con LM317

So che il rapporto da R1 a R2 determina la tensione di uscita di LM317. Ad esempio R1 = 200, R2 = 330 ohm produrrà circa 3,3 V. La mia domanda è: cosa succede se uso 2K e 3.3K per R1 e R2? Qual è l'impatto dell'aumento dei valori dei resistori ma mantenendo lo stesso rapporto?

La tensione di uscita non è determinata dal rapporto tra R1 e R2. È dato dalla seguente equazione:

$V_{OUT} = 1.25 \left(1+\frac{R_1}{R_2}\right) + I_{ADJ}R_2$

Per scopi ordinari, il $I_{ADJ}R_2$ il termine può essere scartato, perché $I_{ADJ}$ è nell'ordine di $100\mbox{ }{\mu}A$.

Hai moltiplicato i resistori per 10, quindi anche questo termine di errore verrà moltiplicato per 10, passando da 33 mV a 330 mV o 0,33 V.

Diverse persone hanno giustamente sottolineato che la tensione di uscita LM317 è influenzata dalla corrente di Iadj che scorre in R2 (vedi esempio circuito sotto).

Due fattori sono potenzialmente rilevanti per Iadj: i suoi valori assoluti di 50 uA tipici, 100 uA massimo e la sua variazione nell'intervallo di carico di 0,2 uA tipico, 5 uA massimo. Come altri hanno già notato, R2 deve essere abbastanza piccolo da poter ignorare la caduta di tensione Iadj in R2 o consentire. Se R2 è grande, la modifica da Iadj a R2 sotto carico può essere significativa. Ad esempio, se Iadj fosse cambiato del suo valore massimo di 5 uA in tutto il carico e se R2 fosse 100k ( molto più grande del solito), la modifica in Vout sarebbe V = IR = 5 uA.100k = 0.5Volt! Anche un 20k qui causerebbe un cambiamento di 0,1 Volt, che può essere fonte di preoccupazione in alcuni casi. (Se lo fosse, probabilmente non dovresti usare un semplice regolatore a 3 terminali, ma questa è un'altra storia).

Problema meno sottile: esiste un secondo fattore meno sottile ma a volte trascurato. L'elettronica interna LM317 è "gestita" dalla tensione di interruzione attraverso il regolatore e una corrente minima DEVE fluire attraverso il regolatore per ottenere la regolazione.

Il foglio dati LM317 specifica 10 mA max, 3,5 mA tipico come corrente di carico minima (a pagina 4 del foglio dati di riferimento). (Un minimo massimo è un bel concetto :-)). Il design "corretto" richiede che il caso peggiore di 10 mA sia consentito. Se il carico esterno assorbe sempre 10 mA o più, tutto va bene. Tuttavia, se la corrente di carico esterna può scendere al di sotto di 10 mA, il design devefornire un carico per fornire questo 10 mA. Nel peggiore dei casi, senza carico, R1 offre un modo conveniente per fornire i 10 mA fornendo anche un divisore piacevolmente "rigido". R1 avrà sempre 1,25 V attraverso di esso durante il normale funzionamento. L'utilizzo di R1 = 240 ohm come mostrato nell'esempio del foglio dati fornisce I = V / R = 1,25 / 240 = 5,2 mA, che è superiore al carico minimo tipico di 3,5 mA necessario ma inferiore al carico minimo del caso peggiore di 10 mA necessario. Se può esserci un carico esterno pari a zero, non è necessario più di R = V / I = 1,25 V / 10 mA = 125 ohm per R1 se è così che si ottiene la corrente di carico minima. Quindi la resistenza da 240 ohm mostrata per R1 non soddisferebbe il caso peggiore del requisito di carico minimo LM317 . È necessario utilizzare un valore inferiore di R1 o deve essere sempre presente un carico esterno minimo idoneo a portare il totale fino ad almeno 10 mA.

Con R1 impostato, R2 può ora essere dimensionato per ottenere la tensione di uscita desiderata. Con 10 mA che scorre in R1 + R2, Iadj è insignificantemente piccolo in tutti, tranne i casi critici.

Quando si "progetta" un circuito (anziché limitarsi a "farlo funzionare") è essenziale utilizzare i parametri del caso peggiore. Ciò che costituisce il "peggiore" varierà con il parametro e, in alcuni casi, potrebbe essere necessario utilizzare il mimimum valore di un parametro per un calcolo del progetto e valore massimo dello stesso parametro per un altro calcolo.

Problemi di efficienza:

"Per interesse" - LM317 ha una tensione di interruzione minima da circa 1,5 V a 2 V per la maggior parte della gamma di condizioni che si applicherebbero normalmente. (25C, 20 mA a 1A.) Il dropout può essere compreso tra 1 V a 20 mA a 150 C (!!!) e fino a 2,5 V a 1,5 A a -50 ° C o + 150 ° C! 2V è un valore sicuro per dropout per i calcoli di scoping. Il caso peggiore per la progettazione deve essere stabilito quando si esegue la progettazione finale.

A dire 5 V fuori quindi efficienza = <= Vout / Vin = 5 / (5 + 2) = ~ 71%.

A correnti molto basse la corrente di carico minima di 10 mA può essere significativa. ad es. a 1 mA uscita efficienza = 1ma_load / 10_ x 71% = mA_min = 7,1%! :-) :-(.

A 5 mA in uscita è 5/10 x 71% = ~ 35%.

La massima efficienza sale in genere al 70% con carichi crescenti.

MA tutto quanto sopra è ciò che accade quando il regolatore è proprio nel punto di "abbandono". Dove Vin è più di circa 2 V sopra Vout, è compito dei regolatori far cadere la tensione in eccesso. Pertanto, nella maggior parte dei casi l'efficienza deve essere inferiore al massimo possibile.

Altri hanno già indicato l'equazione

$V_{OUT} = 1.25V \left(1+\dfrac{R_1}{R_2}\right) + I_{ADJ}R_2$

che può anche essere trovato nel foglio dati . Riordino per$R_1$ ci da

$R_1 = R_2 \left( \dfrac{V_{OUT} - I_{ADJ} R_2}{1.25V} - 1\right)$

Se $V_{OUT}$ è nell'ordine dei volt (molto probabilmente) e $R_2$ è nelle centinaia di $\Omega$ il termine $I_{ADJ} R_2 << V_{OUT}$ e può essere ignorato, da allora $I_{ADJ}$ è massimo 100$\mu$A. Otteniamo quindi un'equazione semplificata:

$R_1 = R_2 \left( \dfrac{V_{OUT}}{1.25V} - 1\right)$

Ad esempio per $V_{OUT}$ = 5 V e $R_2$ = 100$\Omega$ la prima equazione ci dà un valore di 299.2$\Omega$, mentre il secondo ci dà 300$\Omega$, un errore solo dello 0,3%.
D'altra parte, se scegliessi 10k$\Omega$ per $R_2$ otterresti valori di 22k$\Omega$ e 30k$\Omega$resp. per$R_1$. Usando il 30k$\Omega$ si tradurrebbe in 6 V fuori invece di 5 V, un errore del 20%!

C'è un'altra buona ragione per scegliere valori bassi per $R_1$ e $R_2$. Il foglio dati menziona un carico minimo di 3,5 mA tipico, massimo 10 mA. È meglio scegliere 10 mA, non solo perché è sempre necessario calcolare il caso peggiore, ma anche perché il 10 mA è indicato come condizione minima per gli altri parametri.
Per 5V fuori che vorrai$R_1$ + $R_2$ <500$\Omega$ poi.

Devi anche prendere in considerazione Iadj, che è di circa 100uA. Poiché questo rimane costante in ogni momento, ma da I a R1 cambia in base alla sua resistenza, è necessario assicurarsi che 100uA non costituisca una grande parte della corrente del programma.

Quindi più alto hai R1, più "errore" causerà Iadj, poiché inizia a diventare una parte significativa della corrente complessiva.

Con il tuo esempio:

(1,25 * (1 + (330/200))) + (100e-6 * 330) = 3.3455V

Con resistenza x10:

(1,25 * (1 + (3300/2000))) + (100e-6 * 3300) = 3.6425 V