Valores de las resistencias para usar con el LM317

Question

Sé que la relación R1 a R2 determina el voltaje de salida del LM317. Por ejemplo, R1 = 200, R2 = 330 ohmios producirá unos 3,3V. Mi pregunta es, ¿qué pasa si utilizo 2K y 3,3K para R1 y R2? ¿Cuál es el impacto de aumentar los valores de las resistencias pero manteniendo la misma proporción?

Answer 1

Varias personas han señalado correctamente que el voltaje de salida del LM317 se ve afectado por la corriente Iadj que fluye en R2 (ver el circuito de ejemplo más abajo).

Dos factores son potencialmente relevantes para Iadj: sus valores absolutos de 50 uA típicos, 100 uA máximos, y su variación a través del rango de carga de 0,2 uA típicos, 5 uA máximos. Como otros han señalado, R2 tiene que ser lo suficientemente pequeño como para que la caída de tensión de Iadj en R2 pueda ser ignorada o hay que permitirlo. Si R2 es grande, el cambio en Iadj a través de R2 bajo carga puede ser significativo. Por ejemplo, si Iadj cambió por su valor máximo de 5 uA a través de la carga y si R2 era 100k ( mucho más grande de lo habitual) entonces el cambio en Vout sería V=I.R = 5 uA.100k = ¡0,5Volt! Incluso un 20k aquí causaría un cambio de 0,1 voltios, que puede ser preocupante en algunos casos. (Si fuera así, probablemente no deberías usar un simple regulador de 3 terminales, pero esa es otra historia).

Una cuestión menos sutil: Hay una segunda menos factor sutil pero que a veces se pasa por alto. La electrónica interna del LM317 es "operada" por el voltaje de caída a través del regulador y una corriente mínima DEBE flujo a través del regulador para lograr la regulación.

El Hoja de datos del LM317 especifica 10 mA máximo, 3,5 mA típico como el mínimo corriente de carga (en la página 4 de la hoja de datos referenciada). (Un mínimo máximo es un bonito concepto :-)). Un diseño "adecuado" requiere que se permita 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 diseño debe proporcionar una carga para proporcionar estos 10 mA. En el peor de los casos, sin carga, R1 proporciona una manera conveniente de proporcionar los 10 mA mientras que también proporciona un divisor bien "rígido". R1 siempre tendrá 1,25V a través de él en funcionamiento normal. Usando R1 = 240 ohmios como se muestra en el ejemplo de la hoja de datos da I = V/R = 1,25/240 = 5,2 mA que es más que la carga mínima típica de 3,5 mA necesaria pero menos que la carga mínima de 10 mA en el peor de los casos. Si puede haber una carga externa nula, entonces no necesita más que R=V/I = 1,25V/10 mA = 125 ohmios para R1 si esta es la forma de obtener su corriente de carga mínima. SO la resistencia de 240 ohmios mostrada para R1 no cumpliría el requisito de carga mínima del LM317 en el peor de los casos . Debe utilizarse un valor inferior de R1 o bien debe haber siempre una carga externa mínima adecuada para que el total alcance al menos 10 mA.

Con R1 ajustado, R2 puede ahora dimensionarse para conseguir la tensión de salida deseada. Con 10 mA fluyendo en R1 + R2, Iadj es insignificantemente pequeña en todos los casos, excepto en los críticos.

Cuando se "diseña" un circuito (en lugar de simplemente "hacerlo funcionar") es esencial que se utilicen los parámetros del peor caso. Lo que constituye el "peor" variará según el parámetro y, en algunos casos, puede que haya que utilizar el valor mínimo 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 alrededor de 1,5V a 2V para la mayor parte de la gama de condiciones que normalmente se aplican. (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 la caída de los cálculos. El peor caso para su diseño necesita ser establecido cuando se hace el diseño final.

A digamos 5V de salida entonces la 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 = 1ma_load /10_ x 71% = mA_min = 7,1% ! :-) :-(.

Con 5 mA de salida, son 5/10 x 71% =~ 35%.

La eficiencia máxima aumenta hacia el 70% con el aumento de la carga.

PERO todo lo anterior es lo que ocurre cuando el regulador está justo en el punto de "dropout". Cuando Vin está más de unos 2V por encima de Vout, el trabajo del regulador es dejar caer el exceso de voltaje. Así que la eficiencia debe ser menor que el máximo posible en la mayoría de los casos.

Answer 2

Otros ya han señalado la ecuación

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

que también se puede encontrar en el hoja de datos . Reorganización para \$R_1\$ nos da

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

Si \$V_{OUT}\$ es del orden de los voltios (lo más probable) y \$R_2\$ está en los cientos de \$\Omega\$ el término \$I_{ADJ} R_2 << V_{OUT}\$ y se puede ignorar, ya que \$I_{ADJ}\$ es como máximo el 100 \$\mu\$ A. Obtenemos entonces una ecuación simplificada:

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

Por ejemplo, para \$V_{OUT}\$ = 5V y \$R_2\$ = 100 \$\Omega\$ la primera ecuación nos da un valor de 299,2 \$\Omega\$ mientras que el segundo nos da 300 \$\Omega\$ un error de sólo el 0,3%.
Por otro lado, si eliges 10k \$\Omega\$ para \$R_2\$ se obtendrían valores de 22k \$\Omega\$ y 30k \$\Omega\$ para \$R_1\$ . Usando el 30k \$\Omega\$ resultaría en 6V de salida en lugar de 5V, ¡un error del 20%!

Hay otra buena razón para elegir valores bajos para \$R_1\$ y \$R_2\$ . La hoja de datos menciona un carga mínima de 3,5mA típico, 10mA máximo. Es mejor elegir 10mA, no sólo porque siempre hay que calcular para el peor caso, sino también porque los 10mA se dan como condición mínima para los otros parámetros.
Para la salida de 5V querrás \$R_1\$ + \$R_2\$ < 500 \$\Omega\$ entonces.

Answer 3

La tensión de salida no viene determinada por la relación entre R1 y R2. Viene dada por la siguiente ecuación:

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

A efectos ordinarios, el \$I_{ADJ}R_2\$ se puede descartar el término, porque \$I_{ADJ}\$ es del orden de \$100\mbox{ }{\mu}A\$ .

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

Answer 4

También hay que tener en cuenta Iadj, que es de unos 100uA. Como esta permanece constante en todo momento, pero la I a través de R1 cambia dependiendo de su resistencia, tienes que asegurarte de que los 100uA no son una gran parte de la corriente del programa.

Así que cuanto más alto tengas R1, más "error" causará Iadj, ya que empieza a ser una parte significativa de la corriente total.

Con su ejemplo:

(1.25 * (1 + (330/200))) + (100e-6 * 330) = 3,3455V

Con resistencia x10:

(1.25 * (1 + (3300/2000))) + (100e-6 * 3300) = 3,6425V

Answer 5

Ya se dijo que: "Así que la resistencia de 240 ohmios mostrada para R1 no cumpliría el requisito de carga mínima del LM317 en el peor de los casos".

Pero estoy bastante seguro de que el "peor caso" sería sin carga, es decir, que el 317 no suministrara corriente a un circuito posterior. Asumiendo al menos una carga de 10 mA proporcionada por la electrónica que se alimenta, no estoy seguro de que importe mucho el valor de R1.

(Excepto el término Iadj, que complica el cálculo de la tensión de salida prevista. Pero, en mi opinión, las tolerancias de las resistencias complican aún más el cálculo).

Mi proyecto actual utiliza una 317 para suministrar B+ a un preamplificador de válvulas. R2 se sustituye por una pila completa de zeners. R1 está ajustado a 470 Ω, para permitir ALGO de corriente a través de la 317 mientras se mantiene la disipación en los zeners a un nivel "feliz".

Las tensiones en carga/sin carga son 276 y 277. Sin embargo, como el circuito es esencialmente un amplificador de clase A, puedo contar con un flujo de corriente más o menos constante de 20 mA, fuera del mínimo de 10 mA en el peor de los casos, por lo que el circuito parece funcionar bien para mí, incluso con la resistencia de valor "equivocado".