Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350

_tad_ 26 Sep 2016 20:16 8916 17
e-mierniki
  • Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350

    Po przejrzeniu wielu wątków dotyczących wykorzystania trójkońcówkowych stabilizatorów nigdzie nie znalazłem zalecanego projektu płytki drukowanej.
    Trochę mnie to zdziwiło, bo nawet w notach aplikacyjnych podano kilka reguł pozwalających na uzyskanie wysokich parametrów stabilizatora.

    Poniżej przedstawiam swój projekt rozmieszczenia elementów, prototyp zmontowany na płytce uniwersalnej i wyniki pomiarów.
    Mam nadzieję, że przyda się nie tylko początkującym :)
    Wydaje mi się, że wyniki mogą być interesujące.


    I. Wstęp

    Problem jest następujący - potrzebny stabilizator liniowy dostarczający napięcia symetrycznego +- 5V przy prądzie rzędu 2-3A do zasilania części analogowej.
    Na wejściu stabilizatora użyto dwóch tanich zasilaczy impulsowych 9V 3,66 A - używane można kupić za 2-3 złote (słownie dwa/trzy złote) na allegro.
    Niestety, napięcia wyjściowe zasilaczy impulsowych zawierają spore tętnienia - dla obciążenia 2.3 A napięcie międzyszczytowe tętnień to ok. 0.1V.
    Poniżej oscylogram mierzony zdezelowanym (błędy mogą być rzędu kilkudziesięciu procent) oscyloskopem ST-315A (Y: 50 mV/cm, X: 10 us/cm):

    Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350


    II. Rozwiązanie

    Stabilizator liniowy to standardowa aplikacja LM350T:

    Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350


    Aby uzyskać jak najlepsze parametry należy stosować się do kilku zaleceń wymienionych w notach aplikacyjnych:
    - podłączanie górnego rezystora dzielnika napięciowego jak najbliżej układu scalonego,
    - podłączanie dolnego rezystora dzielnika napięciowego jak najbliżej odbiornika,
    - wymagane stosowanie kondensatora odsprzęgającego 100nF na wejściu,
    - zalecane stosowanie kondensatora odsprzęgającego >= 1uF na wyjściu,
    - zalecane stosowanie kondensatora filtrującego na dolnym rezystorze dzielnika napięciowego (i odpowiedniej diody zabezpieczającej).
    Niestety, nie udało mi się znaleźć żadnej płytki drukowanej zgodnej z tymi zaleceniami, dlatego pokazuję własną propozycję. Przy wykorzystaniu do własnych potrzeb należy oczywiście dostosować wymiary elementów.

    Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350
    Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350 Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350 Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350

    Na co zwrócić uwagę:
    1. Dzięki zastosowaniu kondensatorów ceramicznych SMD możliwe jest ich umieszczenie bardzo blisko wyprowadzeń układu LM3xx (kondensatory C2 i C4 w obudowach 0805 można przylutować nawet bezpośrednio na polach lutowniczych stabilizatora.
    2. Elementy R2 i D2 należy umieścić właśnie w takiej kolejności (R2 bliżej U1). W niektórych projektach widywałem odwrotne ułożenie, nie rozumiem dlaczego.
    3. Dolne wyprowadzenie rezystora R1 nie jest podłączone bezpośrednio do masy, tylko kończy się polem lutowniczym. Należy je podłączyć jak najbliżej masy odbiornika, wtedy zostaną skompensowane spadki napięcia na przewodach masy. Jako ciekawostkę podam, że dla prądu 2.3 A spadki na dwóch przewodach odciętych od zasilacza ATX wyniosły prawie 50 mV.
    4. Jako diody D1 i D3 może warto zastosować kilkuamperowe diody Schottky'ego, zamiast D6 można też rozważyć użycie transila.


    III. Wyniki :)

    Nie udało mi się zaobserwować ŻADNYCH TĘTNIEŃ na wyjściu dla prądu obciążenia 2,3 A (poprawka: na zakresie 50 mV/cm, lepszego oscyloskopu nie mam).
    Napięcie wyjściowe na zaciskach spadło może o 1 mV - poprawka: pojedyncze miliwolty - mierzone miernikiem 3 1/2 cyfry na zakresie 20 V (rozdzielczość 10 mV), nie zaobserwowałem różnic z obciążeniem i bez.

    Pomiarów odpowiedzi impulsowej na razie brak, może jeszcze się skuszę...


    Zapraszam do dyskusji :)))

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    _tad_
    Level 11  
    Offline 
    _tad_ wrote 56 posts with rating 14, helped 0 times. Been with us since 2006 year.
  • e-mierniki
  • #2
    satanistik
    Level 27  
    Przy stabilizatorach liniowych problemem zwykle nie są tętnienia ale wzbudzanie się układu. Z tego co czytałem to bardziej podatne na ten problem są układy LDO. Badając takie układy poza statycznym obciążeniem warto sprawdzić jak układ reaguje na skokowe zmiany prądu.
  • e-mierniki
  • #4
    leonow32

    Level 30  
    Bardzo duży wpływ na wzbudzanie się ma zbyt duży kondensator na wyjściu. Wieść ludowa niesie, by ładować na wyjście monstrualne kondensatory. W jakimś datasheecie było, że na wyjściu może być max 10uF low ESR, najlepiej tantalowy. Kiedyś sam o tym się przekonałem, kiedy LM317 pracował jako źródło prądowe. Napięcie wyjściowe skakało jak szalone od zera do max. Zmniejszenie pojemności na wyjściu do 10uF skutecznie wyeliminowało ten efekt.
  • #5
    Q-mac
    Level 25  
    Myślę, że uzyskanie braku tętnień, przy stabilizatorze tego typu to "żaden wyczyn". Z podłączeniem jak najbliżej masy odbiornika może być kłopot, aczkolwiek warto o tym wspomnieć. Zastanawia mnie po co aż taka wielka dioda D3, nie wystarczyła by zwykła 1n4007 ?
  • #6
    leonow32

    Level 30  
    leonow32 wrote:
    Bardzo duży wpływ na wzbudzanie się ma zbyt duży kondensator na wyjściu. Wieść ludowa niesie, by ładować na wyjście monstrualne kondensatory. W jakimś datasheecie było, że na wyjściu może być max 10uF low ESR, najlepiej tantalowy. Kiedyś sam o tym się przekonałem, kiedy LM317 pracował jako źródło prądowe. Napięcie wyjściowe skakało jak szalone od zera do max. Zmniejszenie pojemności na wyjściu do 10uF skutecznie wyeliminowało ten efekt.

    Mam. Tak piszą w datasheecie:
    Quote:
    Although the LM317-N is stable with no output capacitors, like any feedback circuit, certain values of external capacitance can cause excessive ringing. This occurs with values between 500 pF and 5000 pF. A 1-μF solid
    tantalum (or 25-μF aluminum electrolytic) on the output swamps this effect and insures stability. Any increase of the load capacitance larger than 10 μF will merely improve the loop stability and output impedance.

    Czyli temat jasny - dawanie kilku elektrolitów 4700uF tylko męczy ten stabilizator. A jest to bardzo popularny błąd
  • #7
    _tad_
    Level 11  
    Jacekser wrote:
    W nocie aplikacyjnej dla LM317 (LM350 to wersja LM317o wyższym prądzie ) podane są zalecane PCB dla tych scalaczków.
    http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/lm117.pdf



    O, dziękuję bardzo :)
    Akurat tego nie widziałem, może dlatego, że szukałem dla LM317, a nie 117 :)

    Dla leniwych załączam wycinek z dokumentacji:

    Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350

    Mimo wszystko moja wersja może być w niektórych zastosowaniach lepsza, bo:

    - rozmiar mojego prototypu idealnie pasuje pomiędzy żeberka radiatora wyciągniętego ze wzmacniacza Eltron 30W (to jest chyba profil A4129):

    Optymalne rozmieszczenie elementów dla stablilizatorów LM317/LM337/LM350

    - w wersji TI dolny koniec dzielnika (R2 i C3) jest "na sztywno" podłączony do płaszczyzny masy, co nie pozwala na kompensację spadku napięcia na ścieżce/przewodach.

    - rezystor R1 mam bliżej wyprowadzenia VOUT - dla LM350 prądy są 3x większe, co powoduje 3x większe spadki napięć na ścieżkach. Oczywiście zdaję sobie sprawę, że tu chodzi co najwyżej o pojedyncze miliwolty na wyjściu (może nawet mniej), ale zawsze. Niestety, nie mam wystarczająco dobrego miernika, żeby zmierzyć i porównać spadki dla obu wersji płytki - standardowe mierniki 3 1/2 cyfry mierzą z rozdzielczością 10 mV na zakresie 20V.

    - "obsługuje" elementy przewlekane. Głownie chodzi o diodę D1, która w wersjach kilkuamperowych będzie dość duża. To akurat jest argument trochę naciągany, ale zawsze ;-)

    leonow32 wrote:
    Bardzo duży wpływ na wzbudzanie się ma zbyt duży...


    Przy stabilizacji napięcia niekoniecznie - kondensator pozwala "utrzymać" napięcie przy zmianach obciążenia, stabilizator ma wtedy więcej czasu na korektę napięcia, poza tym "wachnięcie" napięcia jest mniejsze z większym kondensatorem (oczywiście zależy też od ESR). Jednak zgodnie z dokumentacją zwiększanie pojemności ponad 10 uF daje już niewiele ("merely improve").
    Poza tym duży kondensator na wyjściu może powodować duże udary prądowe w obciążeniu, gdy coś pójdzie nie tak.
    Z drugiej strony brak kondensatora powoduje większe przerzuty napięcia na wyjściu przy skokowych zmianach prądu obciążenia.

    Zupełnie inna sytuacja jest przy pracy jako źródło prądowe - tu kondensator stanowi dodatkowe obciążenie dla stabilizatora (szczegółów nie potrafię podać, nie znam się na stabilności). Myślę, że chodzi o to, że przy skokowych zmianach rezystancji obciążenia źródło prądowe musi skokowo zmieniać napięcie na wyjściu, a kondensator to mocno utrudnia.

    Przy okazji - zastosowałem kondensatory ceramiczne 10 uF, bo takie miałem, ale w dokumentacji zalecają tantalowe, bo ceramiczne mają podobno wysoką impedancję dla częstotliwości > 0.5 MHz. Jakiś czas temu zresztą widziałem artykuł, w którym porównano parametry i obszary zastosowań kondensatorów ceramicznych i tantalowych.

    Q-mac wrote:
    Myślę, że uzyskanie braku tętnień, przy stabilizatorze tego typu to "żaden wyczyn".


    Oczywiście, zgadzam się w 110% :)
    Wystarczy stosować się do zaleceń z dokumentacji.
    Po prostu byłem zdziwiony, że nigdzie nie znalazłem gotowej, ładnej płytki, dlatego dodałem ten wątek na forum.
    Mam nadzieję, że niektórym się przyda, być może nawet nie tylko początkującym - zawsze łatwiej wziąć gotowe niż wymyślać samemu :)

    Q-mac wrote:
    Z podłączeniem jak najbliżej masy odbiornika może być kłopot, aczkolwiek warto o tym wspomnieć. Zastanawia mnie po co aż taka wielka dioda D3, nie wystarczyła by zwykła 1n4007 ?


    Masę po prostu można podłączyć jak najbliżej odbiornika LUB zastosować zworkę (zielona ścieżka na projekcie płytki).

    Diodę D3 dałem na 6A, bo gdyby ten moduł miał być stosowany przez kogoś w jakiejś wersji zasilacza uniwersalnego, to w razie odwrotnego podłączenia np. akumulatora lub przy zabawach z większym silnikiem powinna wytrzymać więcej, niż maksymalny prąd wyjściowy zasilacza (3A dla LM350).
  • #8
    Q-mac
    Level 25  
    Leonow32, właśnie pisze, że zwiększenie pojemności na wyjściu poprawia stabilność aplikacji i zmniejsza impedancję wyjściową. Proszę nie wprowadzać innych w błąd. Inna sprawa że danie tak wysokich wartości jest zbędne i spokojnie wystarczy 10uF. Dioda D3 na schemacie zabezpiecza przed sytuacją kiedy na wyjściu stabilizatora jest większe napięcie niż na wejściu. I spokojnie wystarczy taka 1A. Co do D1 pasowało by poza nią dać coś więcej (bezpiecznik), bo przy samej diodzie i wspomnianym akumulatorze błyskawicznie się uszkodzi.

    Edit: pomyliłem diody D1 i D3, chodziło mi o dlaczego D1 taka duża, a D3 dlaczego bez bezpiecznika.
  • #9
    _tad_
    Level 11  
    Q-mac wrote:
    Edit: pomyliłem diody D1 i D3, chodziło mi o dlaczego D1 taka duża, a D3 dlaczego bez bezpiecznika.


    Jeśli zadaniem diody D1 jest jedynie rozładowanie kondensatora wyjściowego w sytuacji, gdy napięcie za LM3xx jest wyższe niż przed (np. podczas regulacji), to rzeczywiście w dokumentacji podają, że wystarczy mniejsza.
    Ja jednak zacząłem się zastanawiać, co by się stało, gdyby ktoś podłączył na wyjściu stabilizatora wielką baterię kondensatorów z niskim ESR albo nawet akumulator.
    Wydaje mi się, że wtedy dioda D1 powinna być odpowiednio większa (np. gdy na wyjściu jest akumulator 12V, a napięcie wyjściowe stabilizatora zostało zmniejszone).

    W przypadku, gdyby ten modulik był używany jako zasilacz warsztatowy, to bezpiecznik w jakiejś formie oczywiście musi (a przynajmniej powinien) być, ale nie chciałem go umieszczać na płytce drukowanej.
    Powinien być dostępny bez otwierania obudowy, chyba że będzie samoczynnie odnawialny :).
    Poza tym po prostu nie wiem, w którym miejscu powinien być zamontowany.
    Jeśli będzie za zasilaczem, to spadki napięcia na nim pogorszą współczynnik stabilizacji. To oczywiście w większości zastosowań nie ma znaczenia, bo chodzi pewnie o jakieś pojedyncze miliwolty, chyba że oprawka będzie bardzo kiepska.
    Zamontowanie go przed zasilaczem albo na ujemnej linii tak, żeby dało się skompensować spadek napięcia na nim, spowoduje że bezpiecznik nie wszystko będzie zabezpieczał.

    Jeszcze jedna ważna sprawa - w porządnie zaprojektowanym zasilaczu diody D1 i D3 powinny być dobrane odpowiednio do bezpiecznika tak, żeby to bezpiecznik się przepalił, a nie one.
    Najprościej po prostu zamontować jak największe :)
    Ja założyłem, że przy diodach 6A iskra na przewodach będzie już na tyle duża, że potencjalny użytkownik się wystraszy i puści ;-)
  • #10
    Q-mac
    Level 25  
    Nawet bateria akumulatorów nie wymusi stosowania większej diody D1. I chodzi tu o różnice Vin i Vout, gdzie zawsze Vout powinno być niższe od Vin. W sytuacji kiedy podłączymy pod wyjście akumulator, a na wejściu nic nie ma, stabilizator mógłby sie uszkodzić, zapobiega temu dioda D1 ładująca kondensator wejściowy. Co do Twojej wypowiedzi, jeśli będziesz miał ten akumulator na wyjściu, to jak ta dioda rozładuje kondensator wyjściowy (równolegle połączony z akumulatorem przypominam)? Co do D3, to przy odwrotnym podlączeniu akumulatora wytrzyma może kilkanaście-kilkadziesiąt msec. Użytkownik nie zdąży rozłączyć obwodu. Co do bezpiecznika i miejscem jego zastosowania, zawsze jest to kompromis na który musi udać się konstruktor. Dlatego pisałem, że dolny rezystor nie zawsze da się umiejscowić najbliżej obciążenia.
  • #11
    zbigniewsk
    Level 16  
    Witam
    Ponieważ ostatnio musiałem użyć do budowy stabilizatorów LM 350 a w moim magazynku już ich nie było zostałem zmuszony do zakupu nowych. I tu zaskoczenie coś mi nie pasowało ale nie wiedziałem co. Po oględzinach w domu okazało się iż producenci w ramach oszczędności materiałów zmniejszyli grubość części radiatorowej z 1,27 mm na 0,45 mm. Poszukiwania datasheetów wykazały iż rzeczywiście nastąpiła zmiana rzeczonego wymiaru. Ale okazało się , że można nabyć dobre jakościowo stabilizatory oczywiście za wyższą cenę ( dwukrotnie wyższa). Zmiana tego wymiaru pociąga za sobą konieczność zastosowania innego mocowania stabilizatora do radiatora, poprzenio można było przykręcić śrubą a w nowym wykonaniu z uwagi na bardzo małą sztywniść należy dociskać sprężyną cały stabilizator co mocno komplikuje konstrukcję lub stosować nakładkę zwiększającą sztywność obudowy. Ta informacja może się komuś przydać przy projektowaniu urządzeń z zastosowaniem układów w obudowie TO 220 bo znając życie niezadługo to samo będzie i z innymi elementami w tych obudowach.
  • #12
    brofran
    Level 39  
    zbigniewsk wrote:
    producenci w ramach oszczędności materiałów zmniejszyli grubość części radiatorowej z 1,27 mm na 0,45 mm

    Czyli było lepiej , jest gorzej . Dla seryjnej produkcji zapewne nieistotne , dla amatorów- konstruktorów to jednak utrudnienie . Nawiercić otwór wiertarką - kwestia kilku sekund, zamocować sprężynę dociskową do radiatora - to już nie takie proste .
  • #13
    Jacekser
    Level 22  
    zbigniewsk wrote:
    ...zmniejszyli grubość części radiatorowej z 1,27 mm na 0,45 mm. ...

    Ciekawi mnie który to producent "ścienił" radiator TO220?Kiedyś tranzystory mocy w stopniach wizyjnych TV/CRT miały taki blaszany radiator.

    Fakt,nawet nowe wykonanie elementów o długim stażu rynkowym potrafią nie pasować w miejsce starszych.Ostatnio tak miałem z tranzystorami BDV65B(-obecnie BG).Wprawdzie nowe wykonanie jest lepsze do mocowania-nie trza izolowanej tulejki w otworze TO-247 ale wyprowadzenia są...szersze!Pozostaje nóż i struganie(bo to serwis).
  • #14
    398216 Usunięty
    Level 43  
    Z tą grubością wkładki radiatorowej stabilizatorów jest tak, że zależy to od producenta (może robić inną wersję i jest to zaznaczone w rysunkach technicznych danego stabilizatora - producenta). Nie jest to oszczędność, a po prostu inna wersja wykonania.
  • #15
    timo66
    Level 23  
    A C1 na płytce i tak jest żałośnie podłączony.
  • #16
    _tad_
    Level 11  
    timo66 wrote:
    A C1 na płytce i tak jest żałośnie podłączony.

    A czy mógłbym prosić o jakieś wytyczne jak to poprawić?

    Przyznaję, że do C1 niezbyt się przyłożyłem, jeśli będę wiedział co, to spróbuję zmienić tak, żeby było nieco lepiej :)
  • #17
    398216 Usunięty
    Level 43  
    _tad_ wrote:

    A czy mógłbym prosić o jakieś wytyczne jak to poprawić?
    Ścieżki jak włoski... pogrubić?
  • #18
    timo66
    Level 23  
    Pogrubienie nic nie da. Zobacz sobie w którym miejscu jest umieszczony ten kondensator na płytce z noty katalogowej.
    Problem jest taki że pierw prąd płynie do kondensatora (gdy go ładuje), a następnie tą samą ścieżką prąd płynie w drugą stronę. Idealnie zaprojektowane ścieżki to takie w których jest uwzględniony kierunek przepływu prądu. Gdy byś umieścił zasilanie po prawej stronie kondensatora to będzie to zdecydowanie lepiej. Z prawej do lewej przepływał by wtedy prąd.