Valores de resistencias para usar con LM317

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

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

Para efectos ordinarios, el$I_{ADJ}R_2$término puede ser descartado, porque$I_{ADJ}$esta a la orden de$100\mbox{ }{\mu}A$.

Ha multiplicado sus 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.

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 a continuación).

Dos factores son potencialmente relevantes para Iadj: sus valores absolutos de 50 uA típico, 100 uA máximo y su variación en el rango de carga de 0,2 uA típico, 5 uA máximo. Como otros han señalado, R2 debe ser lo suficientemente pequeño como para que la caída de voltaje Iadj en R2 pueda ignorarse o debe tenerse en cuenta. 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, probablemente no debería usar un regulador simple de 3 terminales, pero esa es otra historia).

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

La hoja de datos del LM317 especifica 10 mA máx., 3,5 mA típicos como corriente de carga mínima (en la página 4 de la hoja de datos a la que se hace referencia). (Un máximo mínimo es un buen concepto :-)). El diseño 'adecuado' requiere que se permita el peor de los casos 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 mismo tiempo que proporciona un divisor "rígido" agradable. R1 siempre tendrá 1,25 V en funcionamiento normal. El uso de R1 = 240 ohmios, como se muestra en el ejemplo de la hoja de datos, da como resultado I = V/R = 1,25/240 = 5,2 mA, que es más que la carga mínima típica de 3,5 mA necesaria, pero menor que la carga mínima necesaria de 10 mA en el peor de los casos. Si puede haber una carga externa cero, entonces no necesita más de R = V / I = 1,25 V / 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 ohm que se muestra para R1 no cumpliría con el requisito de carga mínima de LM317 en el peor de los casos . Debe usarse un valor más bajo de R1 o siempre debe estar presente una carga externa mínima adecuada para llevar el total hasta por lo menos 10 mA.

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

Al "diseñar" un circuito (en lugar de simplemente "hacer que funcione"), es esencial que se utilicen los parámetros del peor de los casos. Lo que constituye "peor" variará con el parámetro y, en algunos casos, es posible que tenga que utilizar el mínimo 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 1,5 V a 2 V para la mayoría de las condiciones que normalmente se aplicarían. (25C, 20 mA a 1A). La caída puede ser tan baja como 1 V a 20 mA a 150 C (!!!) y tan alta como 2,5 V a 1,5 A a -50 C o +150 C (!). 2V es un valor seguro para la deserción para los cálculos de alcance. El peor de los casos para su diseño debe establecerse al hacer el diseño final.

En 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 % ! :-) :-(.

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

La eficiencia máxima se eleva típicamente hacia el 70% con cargas crecientes.

PERO todo lo anterior es lo que sucede cuando el regulador está justo en el punto de "caída". Cuando Vin está más de 2 V por encima de Vout, el trabajo de los reguladores es reducir el exceso de voltaje. Por lo tanto, la eficiencia debe ser inferior al máximo posible en la mayoría de los casos.

Otros ya han apuntado a la ecuación.

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

que también se puede encontrar en la hoja de datos . reorganizando 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 voltios (lo más probable) y$R_2$está en los cientos de$\Omega$el término$I_{ADJ} R_2 << V_{OUT}$y puede ser ignorado, ya que$I_{ADJ}$es máximo 100$\mu$A. Obtenemos una ecuación simplificada entonces:

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

por ejemplo para$V_{OUT}$= 5V y$R_2$= 100$\Omega$la primera ecuación nos da un valor de 299.2$\Omega$, mientras que la segunda nos da 300$\Omega$, un error de sólo el 0,3%.
Por otro lado, si eliges 10k$\Omega$por$R_2$obtendrías valores de 22k$\Omega$y 30k$\Omega$resp. por$R_1$. Usando los 30k$\Omega$daría como resultado una salida de 6 V en lugar de 5 V, ¡un error del 20 %!

Hay otra buena razón para escoger valores bajos para$R_1$y$R_2$. La hoja de datos menciona una carga mínima de 3,5 mA típica, 10 mA como máximo. Es mejor elegir 10mA, no solo porque siempre hay que calcular para el peor de los casos, sino también porque los 10mA se dan como condición mínima para los demás parámetros.
Para 5V de salida querrás$R_1$+$R_2$< 500$\Omega$después.

También hay que tener en cuenta Iadj, que ronda los 100uA. Como esto permanece constante en todo momento, pero el I a R1 cambia según su resistencia, debe asegurarse de que los 100 uA no sean una gran parte de la corriente del programa.

Entonces, 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

Anteriormente se dijo que: "Entonces, la resistencia de 240 ohmios que se muestra para R1 no cumpliría con el requisito de carga mínima LM317 en el peor de los casos".

Pero estoy bastante seguro de que el "peor de los casos" sería sin carga, es decir, el 317 no suministraría corriente a un circuito posterior. Suponiendo al menos una carga de 10 mA proporcionada por la electrónica que se suministra, no estoy seguro de que importe mucho cuál es el valor de R1.

(Excepto por el término Iadj, que complica el cálculo del voltaje de salida esperado. Pero en mi humilde opinión, las tolerancias de resistencia complican aún más el cálculo).

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

Los voltajes con 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 "incorrecto".