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LM317 com circuito de reforço de corrente externo. (Driver de corrente)
O popular IC regulador de tensão LM317 é projetado para fornecer não mais do que 1,5 amperes, no entanto, adicionando um transistor de reforço de corrente externa ao circuito, torna-se possível atualizar o circuito regulador para lidar com correntes muito mais altas e até quaisquer níveis desejados.
Você já pode ter encontrado o circuito regulador de tensão fixa 78XX que é utilizado para lidar com correntes mais altas adicionando um transistor de potência externo a ele, o IC LM317 não é exceção e o mesmo pode ser aplicado a este versátil circuito regulador de tensão variável e também pode lidar com grandes quantidades de corrente empregando transistores ao circuito.
O circuito LM317 padrão
A imagem a seguir mostra o circuito regulador de tensão variável IC LM317 padrão , usando um mínimo de componentes na forma de um único resistor fixo e um potenciômetro de 10K.
Esta configuração deve oferecer uma faixa variável de zero a 24 V com uma alimentação de entrada de 30 V. No entanto, se considerarmos a faixa de corrente, não é mais do que 1,5 ampere, independentemente da corrente de alimentação de entrada, já que o chip é equipado internamente para permitir apenas até 1,5 ampere e inibir qualquer coisa que possa exigir acima deste limite.
O design mostrado acima, que é limitado a uma corrente máxima de 1,5 amp, pode ser atualizado com um transistor PNP externo para aumentar a corrente no mesmo nível da corrente de alimentação de entrada, o que significa que, uma vez que esta atualização seja implementada, o circuito acima manterá sua regulação de tensão variável ainda será capaz de oferecer a corrente de entrada de alimentação total para a carga, contornando o recurso de limitação de corrente interna do IC.
Calculando a tensão de saída
Para calcular a tensão de saída de um circuito de fonte de alimentação LM317, a seguinte fórmula pode ser usada
V O = V REF (1 + R2 / R1) + (I ADJ × R2)
onde é = V REF = 1,25
A corrente de ADJ pode ser realmente ignorada, pois geralmente é em torno de 50 µA e, portanto, é muito insignificante.
Adicionando um transistor Mosfet externo
Esta atualização de reforço atual pode ser implementada adicionando um transistor PNP externo que pode ser na forma de um BJT de potência ou um mosfet de canal P, como mostrado abaixo, aqui usamos um mosfet para manter as coisas compactas e permitir uma grande atualização de corrente no especificações.
No projeto acima, Rx se torna responsável por fornecer o gatilho de porta para o mosfet de forma que ele seja capaz de conduzir em conjunto com o IC LM317 e reforçar o dispositivo com a quantidade extra de corrente especificada pela fonte de entrada.
Inicialmente, quando a entrada de energia é alimentada para o circuito, a carga conectada que poderia ser classificada em muito mais do que 1,5 amperes tenta adquirir esta corrente através do LM317 IC, e no processo uma quantidade proporcional de voltagem negativa é desenvolvida em RX, causando o mosfet para responder e ligar.
Assim que o mosfet é acionado, toda a alimentação de entrada tende a fluir através da carga com a corrente excedente, mas como a tensão também começa a aumentar além da configuração do potenciômetro LM317, faz com que o LM317 seja polarizado reversamente.
No momento, essa ação desliga o LM317, que por sua vez desliga a tensão em Rx e o fornecimento de porta para o mosfet.
Portanto, o mosfet também tende a desligar por um instante até que o ciclo se perpetue novamente, permitindo que o processo seja sustentado infinitamente com a regulação de tensão pretendida e especificações de alta corrente.
Calculando o resistor Mosfet Gate
Rx pode ser calculado conforme indicado em:
Rx = 10 / 1A,
onde 10 é a tensão ideal de disparo do mosfet e 1 ampere é a corrente ótima através do IC antes que Rx desenvolva esta tensão.
Portanto, Rx pode ser um resistor de 10 ohms, com uma classificação de potência de 10 x 1 = 10 watt
Se um BJT de alimentação for usado, a figura 10 pode ser substituída por 0,7V
Embora o aplicativo de aumento de corrente acima usando o mosfet pareça interessante, ele tem uma séria desvantagem, pois o recurso retira completamente do LM317 seu recurso de limitação de corrente, o que pode causar o estouro do mosfet ou queimar caso a saída seja curto-circuitada.
Para combater esta vulnerabilidade de sobrecorrente ou curto-circuito, outro resistor na forma de Ry pode ser introduzido com o terminal de fonte do mosfet conforme indicado no diagrama a seguir.
O resistor Ry deve desenvolver uma tensão do gate (do mosfet) em si mesmo sempre que a corrente de saída é excedida acima de um determinado limite máximo, de modo que a tensão do gate na fonte do mosfet inibe a tensão de disparo do gate do mosfet, forçando um desligamento completo do mosfet , evitando que o mosfet seja queimado.
Usando um transistor BJT para controle de corrente
O projeto para fazer o projeto acima equipado com uma corrente de reforço e também uma proteção contra curto-circuito e sobrecarga pode ser visto abaixo:
Um par de resistores e um BJT BC547 é tudo o que pode ser necessário para inserir a proteção de curto-circuito desejada para o circuito de reforço de corrente modificado para o IC LM317.Agora o cálculo do Ry se torna extremamente fácil e pode ser avaliado com a seguinte fórmula:Ry = 0,7 / limite de corrente.Aqui, 0,7 é a tensão de disparo do BC547 e o "limite de corrente" é a corrente máxima válida que pode ser especificada para uma operação segura do mosfet, digamos que este limite seja especificado como 10 amperes, então Ry pode ser calculado como:Ry = 0,7 / 10 = 0,07 ohms.watts = 0,7 x 10 = 7 watts.Portanto, agora, sempre que a corrente tende a ultrapassar o limite acima, o BC547 conduz, aterrando o pino ADJ do IC e desligando o Vout do LM317.
Usando transistor BJTs para o driver de corrente.
Se você não estiver muito interessado em usar o mosfet, nesse caso você provavelmente poderia aplicar BJTs para o aumento de corrente necessário, conforme mostrado no diagrama a seguir:
Um regulador de tensão de três pinos tão popular como o LM317 é especificado para funcionar a um mínimo de 3 Volts no chip. Este humilde parâmetro nem mesmo está declarado diretamente na folha de dados: eu encontrei apenas especificado como "condições de medições" para a tensão de referência Min / Typ / Max. O resto do documento assume uma tensão perdida ainda maior: " A menos que especificado de outra forma, VIN - VOUT = 5V ". Algo dentro de mim protesta contra a perda de mais de 3 Volts em um transistor idiota que faz apenas isso: esquenta todo o design. A solução popular para este problema - fontes de alimentação comutadas - não consideramos aqui devido ao ruído que elas produzem. Claro que existem técnicas para reduzir o ruído. Mas ... como diz a antiga sabedoria: " Ele não luta , portanto é imbatível no mundo." Raízes da ideia A ideia principal do layout discutido neste artigo foi inspirada por um de muitos está em TL431. Veja como a National Semiconductor / TI sugere que usemos essas joias minúsculas:
Vo ~ = Vref * (1 + R1 / R2)
Na minha humilde opinião, o layout sugerido não tem vantagens reais em relação a peças comuns como 7805 ou LM317. A queda de tensão mínima aqui dificilmente poderia ser inferior a 2 Volts. Além disso, não há proteção contra sobrecorrente ou superaquecimento. O único benefício imaginável em relação aos reguladores de 3 pinos é: a corrente máxima pode ser bombeada tão alta quanto se desejar. Evolução da ideia Recentemente, enfrentei a necessidade de estabilizar 12,6 V em 2 A do secundário do transformador de 12 V 5 A. Em termos de poder, era um bom ajuste. O único problema era que a ondulação da tensão junto com as perdas nos retificadores me deixaram dizer um Volt ou dois máximos para a perda no regulador. Qual componente ativo pode atuar como um regulador com dropout sub-volt? MOSFET: dispositivos de potência modernos vêm com R dsON de alguns miliOhms máx. Com apenas alguns Amperes de corrente - estamos perdendo apenas alguns miliVolts no dispositivo. Uma substituição direta do Darlington do esquema citado acima não faria nenhum bem para nós. A tensão limite dos MOSFETs de potência pode ser de 3 a 5 Volts com dispositivos "normais" e ainda acima de 1 Volt para aqueles "lógicos". Essa tensão ditaria a menor queda possível em nosso regulador. Teria sido muito interessante tentar o DEPLETION MOSFET ou o J-FET em um layout semelhante. Infelizmente, dispositivos de energia decentes desses tipos não estão disponíveis. Nada que eu saiba, pelo menos. ( Por favor, corrija-me e diga-me que estou errado! ) A solução Uma fonte de alimentação adicional de baixa corrente vem para o resgate. Ele deve fornecer o potencial de alguns Volts acima do trilho positivo de entrada: isso seria apenas o suficiente para puxar a porta do MOSFET para cima e abrir o dispositivo. Uma vez que virtualmente não há corrente na porta do MOSFET - a fonte de alimentação adicional precisa fornecer apenas alguns miliamperes de corrente no resistor pull-up.
Regulador Extreme LDO - esqueleto sch.
Quando o potencial no pino de detecção do TL431 fica mais baixo do que seu limite de 2,5 Volts devido a qualquer razão que reduza a tensão de saída - o chip conduz menos corrente. Assim, ele "afrouxa" a porta do MOSFET que é puxada para cima pela corrente que passa pelo resistor de pull-up. O FET começa a conduzir mais corrente e aumenta a saída - fazendo isso efetivamente restaurando o equilíbrio. Em um cenário oposto, quando por qualquer motivo a saída (e sua derivada direta - pino de controle TL431) fica maior do que o necessário - o layout funciona da mesma forma bem. O TL431 começa a conduzir mais corrente, puxa a porta do MOSFET para baixo, reduzindo assim a corrente através de seu canal. A saída fica menor. Observe que, apesar de algumas pessoas tenderem a usar o TL431 como um comparador - é o dispositivo verdadeiramente linear.
TL / LM431 - diagrama de blocos equivalente
A realidade Em um dispositivo real, eu queria ter alguma proteção além do fusível de queima lenta no primário do transformador. Portanto, decidi sacrificar cerca de 0,5 Volts caídos no regulador nas condições normais de operação - e ganhar SEGURANÇA. A propósito, poderia ser muito menos uma queda de tensão, mesmo com a proteção de sobrecorrente. Mas esse circuito de proteção de precisão torna-se um pouco mais complicado. No entanto, se você precisar de uma solução desse tipo:
MOSFET + TL431 = Regulador Linear de Tensão LDO de alto grau
Com os valores R5-R6-R7 desenhados - a tensão de saída pode ser regulada entre 9 e 16 Volts. Claro que o máximo real é ditado pelos secundários do transformador. Certifique-se de que R4 pode suportar a corrente de carga total: P maxR4 ~ = 0,5 / R. Para essas especificações particulares, eu escolheria R4 classificado em 2W.
Por que você construiria isso Por exemplo: em um projeto baseado em tubo de vácuo para alimentar os filamentos de tubos com o CD. Por que DC para aquecedores burros? Ainda mais: tal corrente contínua precisamente estabilizada?
Os aquecedores de alimentação por CC reduzem o vazamento da frequência da rede ou de seu segundo harmônico no caminho do sinal. Existem várias maneiras de o zumbido entrar no sinal através dos aquecedores de tubo. Na verdade, este tópico merece outro artigo completo ...
Queremos que a tensão aplicada aos aquecedores permaneça dentro de tolerâncias restritas. Há dados que mostram que exceder a voltagem especificada dos aquecedores em 10% pode reduzir a vida útil da válvula em dez vezes. Considere alguns desvios de 5% permitidos na tensão da rede elétrica mais algumas tolerâncias de 5% a 10% nos transformadores e sua variação de saída em design particular, dependendo da carga real ...
A propósito, o mesmo esquema poderia ser usado para alimentar filamentos de 6,3 V. Desde que o transformador coloque nosso valor de pelo menos 6V AC (RMS) e R5 diminua para 5,6KOhm. Possíveis melhorias Considere que este regulador de tensão LDO é usado para fornecer CC para o filamento da válvula termiônica. Em tal aplicação, a partida suave seria desejável. A mudança necessária para obter uma curva de inicialização suave seria extremamente simples: use 1000uF no lugar de C4 e adicione 1 KOhm de resistência entre a saída positiva da ponte do dobrador e o terminal C4 "+".
Com correntes de carga superiores a 2A, os retificadores de potência devem ser conectados a algum dissipador de calor. R8 = 0; C7 = 0,1 ... 10uF de cerâmica ou filme.
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