LM317 mit Außenborder-Stromverstärkungsschaltung

Der beliebte Spannungsregler-IC LM317 liefert nicht mehr als 1,5 Ampere. Durch Hinzufügen eines externen Stromverstärkungstransistors zur Schaltung kann die Reglerschaltung jedoch auf viel höhere Ströme und auf beliebige Pegel aufgerüstet werden.

Möglicherweise sind Sie bereits auf die gestoßen 78XX Festspannungsreglerschaltung Der IC LM317, der durch Hinzufügen eines externen Leistungstransistors für höhere Ströme aufgerüstet wird, ist keine Ausnahme. Dasselbe gilt für diesen vielseitigen Reglerkreis mit variabler Spannung, um seine Spezifikationen für den Umgang mit großen Strommengen zu verbessern.

Die Standard-LM317-Schaltung

Das folgende Bild zeigt Standard IC LM317 Reglerkreis mit variabler Spannung mit einem Minimum an Komponenten in Form eines einzelnen Festwiderstands und eines 10K-Topfes.

Dieser Aufbau soll einen variablen Bereich von Null bis 24 V bei einer Eingangsversorgung von 30 V bieten. Wenn wir jedoch den Strombereich berücksichtigen, beträgt er unabhängig vom Eingangsversorgungsstrom nicht mehr als 1,5 Ampere, da der Chip intern so ausgestattet ist, dass er nur bis zu 1,5 Ampere zulässt und alles verhindert, was über diesem Grenzwert liegt.

Das oben gezeigte Design, das auf einen maximalen Strom von 1,5 Ampere begrenzt ist, kann mit einem externen PNP-Transistor aufgerüstet werden, um den Strom auf dem Niveau des Eingangsversorgungsstroms zu erhöhen, was bedeutet, dass die obige Schaltung nach der Durchführung dieser Aufrüstung ihre variable Spannungsregelung beibehält Diese Funktion kann der Last jedoch den vollen Eingangsstrom zur Verfügung stellen, wobei die interne Strombegrenzungsfunktion des IC umgangen wird.

Berechnung der Ausgangsspannung

Zur Berechnung der Ausgangsspannung eines LM317-Stromversorgungskreises kann die folgende Formel verwendet werden

V.ODER= V.REF(1 + R2 / R1) + (I.ADJ× R2)

wo ist = V.REF = 1,25

Der aktuelle ADJ kann tatsächlich ignoriert werden, da er normalerweise bei etwa 50 µA liegt und daher zu vernachlässigbar ist.

Hinzufügen eines Außenborder-Mosfet-Boosters

Dieses Stromverstärkungs-Upgrade kann implementiert werden, indem ein externer PNP-Transistor hinzugefügt wird, der in Form eines Leistungs-BJT oder eines P-Kanal-Mosfets vorliegen kann, wie unten gezeigt. Hier verwenden wir einen Mosfet, der die Dinge kompakt hält und ein großes Strom-Upgrade ermöglicht Spezifikationen.

In der obigen Ausführung ist Rx dafür verantwortlich, den Gate-Trigger für den Mosfet bereitzustellen, damit dieser zusammen mit dem LM317-IC leiten und das Gerät mit der zusätzlichen Strommenge verstärken kann, die von der Eingangsversorgung angegeben wird.

Wenn der Stromkreis mit Strom versorgt wird, versucht die angeschlossene Last, die für eine Nennleistung von viel mehr als 1,5 Ampere ausgelegt sein könnte, diesen Strom über den LM317-IC zu erfassen. Dabei wird an RX eine proportionale negative Spannung erzeugt, die die Spannung verursacht Mosfet zu reagieren und einzuschalten.

Sobald der Mosfet ausgelöst wird, neigt die gesamte Eingangsversorgung dazu, mit dem überschüssigen Strom über die Last zu fließen. Da die Spannung jedoch auch über die Topfeinstellung des LM317 hinaus ansteigt, wird der LM317 in Sperrrichtung vorgespannt.

Diese Aktion schaltet momentan den LM317 aus, wodurch wiederum die Spannung über Rx und die Gate-Versorgung für den Mosfet abgeschaltet wird.

Daher neigt auch der Mosfet dazu, für den Moment auszuschalten, bis der Zyklus wieder andauert, so dass der Prozess mit der beabsichtigten Spannungsregelung und den Hochstromspezifikationen unendlich lange aufrechterhalten kann.

Berechnung des Mosfet-Gate-Widerstands

Rx kann wie folgt berechnet werden:

Rx = 10 / 1A,

Dabei ist 10 die optimale Mosfet-Triggerspannung und 1 Ampere der optimale Strom durch den IC, bevor Rx diese Spannung entwickelt.

Daher könnte Rx ein 10-Ohm-Widerstand mit einer Nennleistung von 10 x 1 = 10 Watt sein

Wenn ein Leistungs-BJT verwendet wird, kann die Abbildung 10 durch 0,7 V ersetzt werden

Obwohl die obige Stromverstärkungsanwendung unter Verwendung des Mosfets interessant aussieht, hat sie einen schwerwiegenden Nachteil, da die Funktion den IC vollständig von seiner Strombegrenzungsfunktion befreit, was dazu führen kann, dass der Mosfet abbläst oder sich verbrennt, wenn der Ausgang kurz ist geschaltet.

Um dieser Überstrom- oder Kurzschlussanfälligkeit entgegenzuwirken, kann ein weiterer Widerstand in Form von Ry mit dem Quellenanschluss des Mosfets eingeführt werden, wie in der folgenden Abbildung angegeben.

Der Widerstand Ry soll eine Gegenspannung über sich selbst entwickeln, wenn der Ausgangsstrom über eine gegebene maximale Grenze hinausgeht, so dass die Gegenspannung an der Quelle des Mosfets die Gate-Auslösespannung des Mosfets hemmt und eine vollständige Abschaltung für den Mosfet erzwingt und verhindert so, dass der Mosfet verbrannt wird.

Diese Modifikation sieht ziemlich einfach aus, aber die Berechnung von Ry könnte etwas verwirrend sein, und ich möchte sie nicht genauer untersuchen, da ich eine anständigere und zuverlässigere Idee habe, von der auch erwartet werden kann, dass sie eine vollständige Stromregelung für den diskutierten LM317-Außenborder-Boost-Transistor ausführt Anwendungsschaltung.

Verwenden eines BJT zur Stromregelung

Das Design zur Herstellung des obigen Designs mit einem Boost-Strom sowie einem Kurzschluss- und Überlastschutz ist nachstehend aufgeführt:

Ein paar Widerstände und ein BC547 BJT sind alles, was zum Einsetzen des gewünschten erforderlich sein kann Kurzschlussschutz für die modifizierte Stromverstärkungsschaltung für den LM317-IC.

Die Berechnung von Ry wird jetzt extrem einfach und kann mit der folgenden Formel bewertet werden:

Ry = 0,7 / Strombegrenzung.

Hier ist 0,7 die Auslösespannung des BC547 und die 'Strombegrenzung' ist der maximal gültige Strom, der für einen sicheren Betrieb des Mosfets angegeben werden kann. Nehmen wir an, diese Grenze ist auf 10 Ampere festgelegt, dann kann Ry wie folgt berechnet werden:

Ry = 0,7 / 10 = 0,07 Ohm.

Watt = 0,7 x 10 = 7 Watt.

Immer wenn der Strom dazu neigt, die oben genannte Grenze zu überschreiten, leitet der BC547, erdet den ADJ-Pin des IC und schaltet den Vout für den LM317 aus

Verwenden von BJTs für den aktuellen Boost

Wenn Sie Mosfet nicht besonders gern verwenden, können Sie in diesem Fall wahrscheinlich BJTs für die erforderliche Stromverstärkung anwenden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Höflichkeit: Texas Instruments

Einstellbare Spannung / Strom LM317 Hochstromregler

Die folgende Schaltung zeigt ein stark geregeltes Hochstromnetzteil auf LM317-Basis, das einen Ausgangsstrom von über 5 Ampere und eine variable Spannung von 1,2 V bis 30 V liefert.

In der obigen Abbildung sehen wir, dass die Spannungsregelung in der Standardkonfiguration LM317 über den R6-Poti implementiert ist, der mit dem ADJ-Pin des LM317 verbunden ist.

Die Konfiguration des Operationsverstärkers ist jedoch speziell enthalten, um die nützliche Hochstromeinstellung in vollem Umfang zu ermöglichen, die von der minimalen bis zur maximalen 5-Ampere-Steuerung reicht.

Der durch dieses Design verfügbare 5-Ampere-Hochstrom-Boost kann durch geeignete Aufrüstung des MJ4502 PNP-Außenbordtransistors weiter auf 10 Ampere erhöht werden.

Der invertierende Eingangspin Nr. 2 des Operationsverstärkers wird als Referenzeingang verwendet, der vom Poti R2 eingestellt wird. Der andere nicht invertierende Eingang wird als Stromsensor verwendet. Die über R6 durch den Strombegrenzungswiderstand R3 entwickelte Spannung wird mit der R2-Referenz verglichen, die es ermöglicht, dass der Ausgang des Operationsverstärkers niedrig wird, sobald der maximal eingestellte Strom überschritten wird.

Der niedrige Ausgang des Operationsverstärkers erdet den ADJ-Pin des LM317, der ihn abschaltet, und auch die Ausgangsversorgung, wodurch der Ausgangsstrom schnell reduziert und die Arbeit des LM317 wiederhergestellt wird. Der kontinuierliche EIN / AUS-Betrieb stellt sicher, dass der Strom niemals über den durch R2 eingestellten Schwellenwert hinausgehen darf.

Der maximale Strompegel kann auch durch Ändern des Werts des Strombegrenzungswiderstands R3 geändert werden.