LM350 to regulowany, trójkońcówkowy stabilizator napięcia dodatniego o prądzie wyjściowym do 3 A (wg karty — sprawdź wydanie), który może też pracować jako źródło prądowe. Napięcie ustala dzielnik rezystorowy, a układ utrzymuje między OUT i ADJ około 1,25 V (wg karty — sprawdź wydanie). Dostępny prąd zależy od różnicy napięć wejścia i wyjścia oraz chłodzenia.
W artykule omawiamy budowę LM350, funkcje jego wyprowadzeń, najważniejsze parametry, sposób regulacji, zamienniki i typowe zastosowania.
Co to jest LM350?
Rys. 1: Precyzyjny zasilacz regulowany
LM350 jest regulowanym, trójkońcówkowym stabilizatorem napięcia dodatniego.
Układ aplikacyjny LM350 jest prosty: do ustawienia napięcia wyjściowego wystarczą dwa zewnętrzne rezystory.
LM350 ma wewnętrzne ograniczenie prądu i zabezpieczenie termiczne. Może służyć do budowy regulowanego zasilacza liniowego lub źródła prądowego; zabezpieczenia nie zastępują prawidłowego doboru radiatora.
Układ wyprowadzeń LM350
Rys. 2: Schemat konfiguracji pinów regulatora napięcia LM350
Poniższy układ wyprowadzeń dotyczy obudowy TO-220 (wg karty — sprawdź wydanie i orientację obudowy).
Pin 1 — ADJ: wejście regulacji napięcia. Bezpośrednie połączenie ADJ z masą daje na wyjściu około 1,25 V, czyli dolną granicę regulacji (wg karty — sprawdź wydanie), a nie wyłączenie zasilania.
Pin 2 — OUT: wyjście regulowanego napięcia. Metalowa podstawka jest połączona z OUT (wg karty — sprawdź wydanie); jeśli radiator ma inny potencjał, zastosuj izolację elektryczną, aby uniknąć zwarcia wyjścia.
Pin 3 — IN: wejście napięcia przeznaczonego do stabilizacji.
Właściwości LM350
Najważniejsze dane zestawiono poniżej. Dokładne wartości i warunki pracy zależą od producenta oraz wersji układu — sprawdź kartę katalogową właściwego elementu.
| Parametr | Wartość katalogowa |
|---|---|
| Prąd wyjściowy | Do 3 A przy odpowiednich warunkach pracy (wg karty — sprawdź wydanie) |
| Zakres napięcia wyjściowego | Około 1,2–33 V (wg karty — sprawdź wydanie) |
| Napięcie referencyjne OUT–ADJ | Około 1,25 V (wg karty — sprawdź wydanie) |
| Prąd I_adj | Typowo około 50 µA, do około 100 µA (wg karty — sprawdź wydanie) |
| Maksymalna różnica Vin − Vout | 35 V (wg karty — sprawdź wydanie) |
| Minimalna różnica Vin − Vout przy pełnym prądzie | Typowo rzędu 3 V (wg karty — sprawdź wydanie) |
Moc strat wynika z różnicy napięć i prądu obciążenia: P = (Vin − Vout) · Iout. Dopuszczalne obciążenie ograniczają również warunki odprowadzania ciepła.
Napięcie referencyjne ma wąską tolerancję wg karty — sprawdź wydanie. Dokładność napięcia wyjściowego zależy także od tolerancji rezystorów R1 i R2 oraz prądu I_adj.
Dobieraj różnicę Vin − Vout możliwie małą, ale większą od minimum wymaganego do stabilizacji. Nadmiar napięcia zamienia się w ciepło; przy zbyt małej różnicy układ nie utrzyma zadanego napięcia wyjściowego.
Zabezpieczenie termiczne ogranicza skutki przegrzania. Nie należy jednak projektować zasilacza tak, aby jego normalna praca wymagała zadziałania tego zabezpieczenia.
Do oceny dokładności całego zasilacza uwzględnij tolerancję napięcia referencyjnego i elementów dzielnika, zamiast przypisywać wyjściu jedną uniwersalną tolerancję.
Wbudowane ograniczenie prądowe chroni element po przekroczeniu jego prądu znamionowego.
Jak używać LM350?
Aby ustawić napięcie LM350, należy dobrać wartości rezystorów połączonych z pinami wyjściowym i regulacyjnym.
LM350 pracuje podobnie do innych stabilizatorów liniowych. W typowej aplikacji stosuje się kondensatory po stronie wejściowej i wyjściowej.
Kondensator wyjściowy poprawia odpowiedź na nagłe zmiany obciążenia oraz stabilność regulacji, co jest ważne w układach zasilania i sterowania.
Najlepszą dokładność regulacji uzyskuje się, podłączając rezystor R1 bezpośrednio do wyjścia stabilizatora.
Połączenie dzielnika regulacyjnego LM350
Podstawowa aplikacja wykorzystuje rezystor między OUT i ADJ oraz drugi rezystor między ADJ i masą.
Rys. 3: Schemat obwodu regulatora napięcia LM350
Rezystor R1 połącz między OUT i ADJ, a R2 między ADJ i masą. Standardowa wartość R1 to 240 Ω (wg karty — sprawdź wydanie); rezystor ten zapewnia wstępne obciążenie wyjścia. Wymagany minimalny prąd obciążenia należy sprawdzić dla wybranej wersji układu.
Układ utrzymuje napięcie referencyjne na R1, natomiast wartość R2 wyznacza poziom napięcia ADJ względem masy.
Zastąpienie R2 potencjometrem umożliwia płynną regulację napięcia wyjściowego.
Dla R2 = 0, czyli ADJ zwartego z masą, wyjście pozostaje na poziomie około 1,25 V (wg karty — sprawdź wydanie). Tego połączenia nie traktuj jako elektronicznego wyłącznika.
Dobór rezystorów i obliczanie napięcia wyjściowego
Zależność napięcia od dzielnika opisuje wzór: Vout = 1,25 V · (1 + R2/R1) + I_adj · R2. Przyjęte napięcie referencyjne i typowy I_adj = 50 µA są wartościami wg karty — sprawdź wydanie. Iloczyn prądu w amperach i rezystancji w omach daje napięcie w woltach. Pominięcie I_adj upraszcza obliczenia, lecz przy większym R2 zwiększa błąd.
Wstępnie dobierz R2 = R1 · (Vout/1,25 V − 1). Tabela zawiera przykłady obliczone dla R1 = 240 Ω i rezystorów R2 z szeregu E24. Ostatnia kolumna zakłada I_adj = 50 µA; są to obliczenia, nie wyniki pomiarów ani gwarantowane napięcia gotowego układu.
| Vout docelowe | R2 idealny bez I_adj | R2 E24 | Vout bez I_adj | Vout z I_adj = 50 µA |
|---|---|---|---|---|
| 3,3 V | 394 Ω | 390 Ω | 3,28 V | 3,30 V |
| 5,0 V | 720 Ω | 750 Ω | 5,16 V | 5,19 V |
| 9,0 V | 1488 Ω | 1500 Ω | 9,06 V | 9,14 V |
| 12,0 V | 2064 Ω | 2000 Ω | 11,67 V | 11,77 V |
Na przykład dla celu 5,0 V: R2 = 240 Ω · (5,0 V/1,25 V − 1) = 720 Ω. Wybranie 750 Ω daje po uwzględnieniu I_adj około 5,19 V. Taki rezystor nie zapewni więc dokładnie napięcia docelowego; dobór elementów i ich tolerancji musi odpowiadać wymaganiom zasilanego obwodu.
Moc strat i dobór radiatora
Dla Vin = 12 V, Vout = 5 V oraz Iout = 1,5 A otrzymujemy P = (12 V − 5 V) · 1,5 A = 10,5 W. Tę moc trzeba odprowadzić radiatorem. Samo spełnienie limitu prądu nie oznacza, że układ będzie pracował bez przegrzewania.
Wymaganą rezystancję cieplną radiatora oszacuj z warunku Rθ,sa ≤ (Tj − Ta)/P − Rθ,jc − Rθ,cs. Tj oznacza przyjętą temperaturę złącza, Ta temperaturę otoczenia, Rθ,jc opór cieplny złącze–obudowa, a Rθ,cs opór cieplny połączenia obudowy z radiatorem. Rezystancje cieplne podawaj w °C/W, moc w W, a temperatury w °C.
Parametry obudowy i dopuszczalną temperaturę złącza dobierz wg karty — sprawdź wydanie. Uwzględnij także podkładkę izolacyjną i warunki chłodzenia. Bez tych danych nie można rzetelnie wskazać radiatora; zwiększanie Vin przy niezmienionych Vout i Iout tylko podnosi moc strat.
Kondensatory i diody ochronne
Gdy stabilizator jest oddalony od filtra zasilacza, przy wejściu stosuje się przykładowo 0,1 µF, a na wyjściu kilka–kilkadziesiąt µF (wartości aplikacyjne wg karty — sprawdź wydanie). Kondensator przy ADJ poprawia tłumienie tętnień. Jego zastosowanie wymaga uwzględnienia diod ochronnych, przykładowo z rodziny 1N400x, zgodnie ze schematem katalogowym.
Przy zwarciu wejścia lub wyjścia naładowane kondensatory mogą rozładowywać się przez struktury stabilizatora i je uszkodzić. Diody zapewniają drogę rozładowania; ich kierunek oraz połączenia odwzoruj z właściwej karty. Zabezpieczenie termiczne i ograniczenie prądu nie zastępują tej ochrony.
LM350 jako źródło prądowe
W tej konfiguracji rezystor umieszcza się między OUT i ADJ, a obciążenie w torze prądu za rezystorem. Przybliżona zależność to I = 1,25 V/R, przy napięciu referencyjnym wg karty — sprawdź wydanie. Dla założonego prądu 0,5 A otrzymujemy R = 1,25 V/0,5 A = 2,50 Ω.
Moc wydzielana w rezystorze wynosi P = I²R = (0,5 A)² · 2,50 Ω = 0,625 W, dlatego w tym przykładzie dobierz rezystor o mocy co najmniej 1 W. Osobno oblicz straty w stabilizatorze i zapewnij wymagany zapas napięcia — rezystor ustalający prąd nie rozwiązuje problemu chłodzenia LM350.
Alternatywy LM350
Rys. 4: Stabilizator stałonapięciowy LM7805
Do tej samej rodziny należą regulowany stabilizator LM317 o prądzie do 1,5 A oraz LM338 o prądzie do 5 A (wg karty — sprawdź wydanie). Wybór zależy od wymaganego prądu i warunków cieplnych; przed zamianą sprawdź kartę konkretnego elementu.
Stabilizator LM7805 ma stałe napięcie wyjściowe i nie oferuje regulacji dzielnikiem jak LM350.
Zastosowania LM350
Rys. 5: Ładowarka akumulatorów samochodowych
Stabilizator LM350 jest powszechnie stosowany w następujących układach:
- Regulowane zasilacze laboratoryjne.
- Źródła prądowe z rezystorem ustalającym prąd.
- Ładowarki prostych ogniw z odpowiednio dobranym ograniczeniem prądu.
- Zasilanie obwodów z jednego wyższego napięcia.
Podsumowanie
Projekt z LM350 wymaga poprawnego doboru dzielnika, zapasu napięcia i chłodzenia. Przed uruchomieniem sprawdź połączenia OUT i ADJ, izolację radiatora oraz diody ochronne przewidziane dla zastosowanych kondensatorów.
