Valores de resistencias para usar con LM317

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Sé que la relación R1 a R2 determina el voltaje de salida de LM317. Por ejemplo, R1 = 200, R2 = 330 ohmios producirán aproximadamente 3.3V. Mi pregunta es, ¿qué pasa si uso 2K y 3.3K para R1 y R2? ¿Cuál es el impacto de aumentar los valores de las resistencias pero mantener la relación igual?

lyassa
fuente
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para reducir el error debido a una búsqueda incorrecta de la hoja de datos, ¿puede darnos un enlace a la hoja de datos de su chip?
Kortuk
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La hoja de datos de National LM317 se encuentra en national.com/ds/LM/LM117.pdf . La corriente del pin de ajuste tiene un máximo de 100 uA.
Kevin Vermeer
@JGord: ¿Tu comentario terminó en la publicación incorrecta? Esto no tiene mucho que ver con un amplificador operacional. Si esto fue un error, marque los comentarios para que un mod pueda eliminar ambos.
Kevin Vermeer

Respuestas:

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El voltaje de salida se determina no por la relación de R1 a R2. Está dada por la siguiente ecuación:

VOUT=1.25(1+R1R2)+IADJR2

Para fines ordinarios, el IADJR2 término puede ser descartado, porque IADJ está en el orden de 100 μA.

Has multiplicado tus resistencias por 10, por lo que este término de error también se multiplicará por 10, pasando de 33 mV a 330 mV, o 0,33 V.

Kevin Vermeer
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Gracias Kevin ¿Pero I_adj tampoco bajaría por un factor de 10, compensando así en la ecuación anterior?
lyassa
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@lyassa - No, IADJes una función de los componentes internos del dispositivo y es en gran medida independiente de las resistencias.
Kevin Vermeer
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Varias personas han señalado correctamente que el voltaje de salida del LM317 se ve afectado por la corriente Iadj que fluye en R2 (vea el circuito de ejemplo a continuación).

Dos factores son potencialmente relevantes para Iadj: sus valores absolutos de 50 uA típicos, 100 uA máximos, y su variación en el rango de carga de 0.2 uA típicos, 5 uA máximos. Como otros han señalado, R2 debe ser lo suficientemente pequeño como para que se pueda ignorar la caída de voltaje Iadj en R2 o se debe permitir. Si R2 es grande, entonces el cambio en Iadj a través de R2 bajo carga puede ser significativo. Por ejemplo, si Iadj cambiara por su valor máximo de 5 uA a través de la carga y si R2 fuera 100k ( mucho más grande de lo habitual), entonces el cambio en Vout sería V = IR = 5 uA.100k = 0.5Volt! Incluso un 20k aquí causaría un cambio de 0.1 voltios, lo que puede ser motivo de preocupación en algunos casos. (Si lo fuera, entonces probablemente no deberías estar usando un simple regulador de 3 terminales, pero esa es otra historia).

Típico regulador de voltaje LM317

Problema menos sutil: hay un segundo factor menos sutil pero a veces pasado por alto. Los componentes electrónicos internos del LM317 son "operados" por el voltaje de caída a través del regulador y una corriente mínima DEBE fluir a través del regulador para lograr la regulación.

La hoja de datos LM317 especifica 10 mA máx., 3,5 mA típicos como la corriente de carga mínima (en la página 4 de la hoja de datos referenciada). (Un mínimo máximo es un buen concepto :-)). El diseño 'adecuado' requiere que se permita el peor caso de 10 mA. SI la carga externa siempre consume 10 mA o más, entonces todo está bien. Sin embargo, si la corriente de carga externa puede caer por debajo de 10 mA, entonces el diseño debeproporcionar una carga para proporcionar estos 10 mA. En el peor de los casos, sin carga, R1 proporciona una forma conveniente de proporcionar los 10 mA al tiempo que proporciona un divisor muy "rígido". R1 siempre tendrá 1.25V a través de él en operación normal. El uso de R1 = 240 ohmios como se muestra en el ejemplo de la hoja de datos proporciona I = V / R = 1.25 / 240 = 5.2 mA, que es más de la carga mínima típica de 3.5 mA necesaria pero menos de la carga mínima necesaria de 10 mA en el peor de los casos. Si puede haber cero carga externa, entonces no necesita más que R = V / I = 1.25V / 10 mA = 125 ohmios para R1 si esta es la forma en que obtiene su corriente de carga mínima. Por lo tanto, la resistencia de 240 ohmios mostrada para R1 no cumpliría con el requisito de carga mínima LM317 en el peor de los casos . Se debe usar un valor más bajo de R1 o una carga externa mínima adecuada para llevar el total hasta al menos 10 mA siempre debe estar presente.

Con R1 configurado, R2 ahora puede dimensionarse para lograr el voltaje de salida deseado. Con 10 mA fluyendo en R1 + R2, Iadj es insignificantemente pequeño en todos, excepto en los casos críticos.

Al "diseñar" un circuito (en lugar de simplemente "hacerlo funcionar") es esencial que se usen los parámetros del peor de los casos. Lo que constituye el "peor" variará con el parámetro y, en algunos casos, es posible que tenga que usar el mimimum valor de un parámetro para un cálculo de diseño y el valor máximo del mismo parámetro para otro cálculo.

Problemas de eficiencia:

"Por interés": el LM317 tiene un voltaje de caída mínimo de aproximadamente 1.5V a 2V para la mayoría del rango de condiciones que normalmente se aplicarían. (25C, 20 mA a 1A.) La caída puede ser tan baja como 1V a 20 mA a 150 C (!!!) y tan alta como 2.5V a 1.5A a -50C o + 150C (!). 2V es un valor seguro para el abandono de los cálculos de alcance. El peor caso para su diseño debe establecerse al hacer el diseño final.

Con una salida de 5V, entonces eficiencia = <= Vout / Vin = 5 / (5 + 2) = ~ 71%.

A corrientes muy bajas, la corriente de carga mínima de 10 mA puede ser significativa. por ejemplo, a 1 mA de eficiencia de salida = 1ma_load / 10_ x 71% = mA_min = 7.1%! :-) :-(.

A 5 mA, su 5/10 x 71% = ~ 35%.

La eficiencia máxima aumenta típicamente al 70% con cargas crecientes.

PERO todo lo anterior es lo que sucede cuando el regulador está justo en el punto de "deserción". Donde Vin está a más de 2V por encima de Vout, es tarea del regulador dejar caer el exceso de voltaje. Por lo tanto, la eficiencia debe ser inferior al máximo posible en la mayoría de los casos.

Russell McMahon
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Esta es una gran descripción detallada. +1
Al Kepp
"V = IR = 5 uA.100k = 0.5Volt" ¿Por qué 5uA? ¿No es 100uA?
Adrian Maire
@AdrianMaire 5 uA es correcto en este contexto. Lo que digo es que la especificación permite un cambio máximo de 5 uA en Iadj para cambios de carga de mínimo a máximo. Si las resistencias establecen el voltaje correctamente cuando no hay carga, entonces cambiar la carga PUEDE causar que Iadj varíe en hasta 5 uA y SI R2 fuera 100k, entonces la caída de voltaje a través de R2 variaría en 0.5V. En la práctica, el cambio en Iadj suele ser mucho más pequeño. y R2 ​​no puede ser tan grande como 100k debido a los otros puntos discutidos.
Russell McMahon el
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Otros ya han señalado la ecuación

VOUT=1.25V(1+R1R2)+IADJR2

que también se puede encontrar en la hoja de datos . Reorganizando paraR1 Nos da

R1=R2(VOUTIADJR21.25V1)

Si VOUT está en el orden de voltios (muy probablemente) y R2 está en los cientos de Ω el termino IADJR2<<VOUT y puede ser ignorado, ya que IADJ es máximo 100μA. Obtenemos una ecuación simplificada entonces:

R1=R2(VOUT1.25V1)

Por ejemplo para VOUT = 5V y R2 = 100Ω la primera ecuación nos da un valor de 299.2Ω, mientras que el segundo nos da 300Ω, un error de solo 0.3%.
Por otro lado, si quisieras elegir 10kΩ para R2 obtendrías valores de 22kΩ y 30kΩresp. paraR1. Usando el 30kΩ daría como resultado 6 V en lugar de 5 V, ¡un error del 20%!

Hay otra buena razón para elegir valores bajos para R1 y R2. La hoja de datos menciona una carga mínima de 3.5mA típica, 10mA máxima. Es mejor elegir 10 mA, no solo porque siempre tiene que calcular para el peor de los casos, sino también porque los 10 mA se dan como condición mínima para los otros parámetros.
Para 5V, querrásR1 + R2 <500Ω entonces.

stevenvh
fuente
@stevenh: señaló que dijiste que Imin_max era de 10 mA. Recordé que había dicho 5 mA. Miré la hoja de datos, estabas en lo correcto :-). Cambié mi respuesta para complacer. No hay diferencias reales de nota, excepto que el valor típico dado para R1 en casi todos los circuitos de ejemplo que he visto viola las especificaciones de la hoja de datos para la corriente mínima sin carga. Interesante.
Russell McMahon el
@Russell - Personalmente, solo dejaría que el flujo de 10 mA a través de R1 + R2 si se trata de una aplicación de muy baja potencia, pero también podría usar un regulador de corriente de baja tierra, como el Seiko S-812C (1μ¡UNA!). En otras situaciones, su carga puede incluir un LED más o menos que ya consume el doble de la corriente requerida.
stevenvh
En efecto. es decir, ambos estamos de acuerdo en que "el diseño 'adecuado' requiere que se permitan 10 mA en el peor de los casos. SI la carga externa siempre consume 10 mA o más, entonces todo está bien. Sin embargo, si la corriente de carga externa puede caer por debajo de 10 mA, entonces el el diseño debe proporcionar una carga para proporcionar estos 10 mA. En el peor de los casos, sin carga, R1 proporciona una forma conveniente de proporcionar los 10 mA al tiempo que proporciona un divisor muy "rígido". deja vu :-)
Russell McMahon
No entendí cómo
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También debe tener en cuenta Iadj, que es de alrededor de 100uA. Como esto permanece constante en todo momento, pero el I a R1 cambia según su resistencia, debe asegurarse de que el 100uA no sea una gran parte de la corriente del programa.

Por lo tanto, cuanto más alto tenga R1, más "error" causará Iadj, ya que comienza a convertirse en una parte importante de la corriente general.

Con tu ejemplo:

(1.25 * (1 + (330/200))) + (100e-6 * 330) = 3.3455V

Con resistencia x10:

(1.25 * (1 + (3300/2000))) + (100e-6 * 3300) = 3.6425V

Oli Glaser
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