LM317 Ayarlı Regülatör: Formül, Direnç ve Isı Hesabı

Bir projede 5V, 9V ya da 12V gibi hazır regülatörü olmayan bir gerilime ihtiyaç duyduğunuzda LM317 en sade çözümlerden biridir. İki direnç ve iki kondansatörle istediğiniz çıkış voltajını elde edersiniz. Bu yazıda LM317 formülünü, standart direnç değerleriyle örnek hesapları, bağlantıyı, ısı hesabını ve soğutucu seçimini anlatıyoruz. Genel regülatör türleri için voltaj regülatörü yazımıza bakabilirsiniz.

LM317 nedir?

LM317, çıkış voltajı iki dış dirençle 1,25V ile 37V arasında ayarlanabilen, üç bacaklı pozitif bir lineer voltaj regülatörüdür. Bacakları IN (giriş), OUT (çıkış) ve ADJ (ayar) olarak adlandırılır. Entegre, OUT ile ADJ arasında her zaman yaklaşık 1,25V'luk bir referans gerilimi tutar; çıkış voltajını bu referans ile direnç oranı belirler.

Lineer regülatör olduğu için giriş ile çıkış arasındaki fark ısıya dönüşür. Bu yüzden LM317 küçük ve orta akımlarda, gürültüsüz bir çıkış istendiğinde tercih edilir. Büyük gerilim farkı ve yüksek akım gereken işlerde LM2596 gibi anahtarlamalı bir modül daha verimlidir.

LM317 çıkış voltajı nasıl hesaplanır?

LM317 çıkış voltajı Vout = 1,25 × (1 + R2/R1) formülüyle hesaplanır. R1, OUT ile ADJ arasına; R2, ADJ ile GND arasına bağlanır. Veri sayfalarında R1 için sık kullanılan değer 240 Ω'dur. Bu değer R1 üzerinden yaklaşık 5,2 mA akıtır ve entegrenin çıkış yüksüzken bile düzgün çalışması için gereken en düşük yük akımını sağlar.

İstenen voltaj için R2 şöyle bulunur: R2 = R1 × (Vout / 1,25 − 1). Örneğin 5V için 240 × (4 − 1) = 720 Ω çıkar. 720 Ω standart bir değer olmadığından en yakın standart dirençler kullanılır ve çıkış biraz kayar. Aşağıdaki tabloda R1 = 240 Ω için hesaplanmış değerler var:

Tablodaki giriş değerleri, girişin çıkıştan en az 3V yüksek tutulması kuralına göre hesaplanmıştır; veri sayfasındaki değerler bu farkla verilir. ADJ bacağından ayrıca yaklaşık 50 µA akım çıkar ve R2 üzerinde küçük bir ek gerilim oluşturur; 750 Ω için bu yalnızca 0,04V kadardır. Tam değer gerekiyorsa R2 yerine 5K çok turlu 3296 trimpot kullanıp çıkışı multimetreyle ayarlayın.

LM317 nasıl bağlanır?

LM317 bağlantısında giriş IN bacağına, yük OUT bacağına gelir; ADJ bacağı iki direncin birleşim noktasına bağlanır. TO-220 kılıflı LM317T için bacak sırası, yazılı yüz size bakarken soldan sağa ADJ, OUT ve IN şeklindedir. Metal sırt OUT bacağına bağlıdır; soğutucuya takarken bunu unutmayın.

1. Giriş kaynağının artısını IN bacağına, eksisini devrenin ortak GND hattına bağlayın.
2. IN ile GND arasına, entegreye yakın olacak şekilde 0,1 µF kondansatör koyun.
3. OUT ile ADJ arasına R1 (240 Ω) direncini lehimleyin; direnci entegreye olabildiğince yakın tutun.
4. ADJ ile GND arasına R2'yi ya da ayarlı çıkış için trimpotu bağlayın.
5. OUT ile GND arasına 1 µF tantal ya da 10 µF elektrolitik kondansatör ekleyin.
6. Yükü bağlamadan önce çıkış voltajını multimetreyle ölçün, sonra yükü takın.

ADJ ile GND arasına 10 µF kondansatör eklemek çıkıştaki dalgalanmayı azaltır. Bu kondansatörü ya da büyük bir çıkış kondansatörünü kullanıyorsanız, giriş kısa devre olduğunda kondansatörlerin entegre üzerinden boşalmaması için veri sayfasında gösterilen koruma diyotlarını (örneğin 1N4002) da ekleyin.

LM317 ne kadar ısınır?

LM317'nin harcadığı güç P = (Vin − Vout) × I formülüyle bulunur; bu gücün tamamı ısıya dönüşür. Giriş ile çıkış arasındaki fark büyüdükçe ya da akım arttıkça ısı hızla yükselir. Aşağıdaki örnekler soğutucu gerekip gerekmediğini kabaca gösterir:

• 9V girişten 5V, 0,1A: (9 − 5) × 0,1 = 0,4 W. Soğutucu gerekmez.
• 9V girişten 5V, 0,3A: (9 − 5) × 0,3 = 1,2 W. Kılıf belirgin ısınır, küçük bir soğutucu önerilir.
• 12V girişten 5V, 0,5A: (12 − 5) × 0,5 = 3,5 W. Soğutucu şarttır.
• 24V girişten 5V, 1A: (24 − 5) × 1 = 19 W. Lineer regülatör için uygun değildir; anahtarlamalı dönüştürücü kullanın.

Pratik bir kural olarak soğutucusuz TO-220 kılıfta 1-2 W'ın üzerine çıkmayın. Entegrenin içinde ısıl koruma vardır; aşırı ısınınca çıkışı keser ve soğuyunca yeniden açar. Çıkışınız kendiliğinden kesilip geliyorsa ilk şüpheli budur.

Güvenlik uyarısı: Birkaç watt harcayan bir LM317 dokunulamayacak kadar ısınır ve yanığa yol açabilir. Çalışırken soğutucuya ya da entegreye dokunmayın; devreyi kapattıktan sonra da soğuması için bekleyin.

LM317 için soğutucu nasıl seçilir?

LM317 soğutucusu, harcanan güç ile izin verilen sıcaklık artışının oranına göre seçilir: θ toplam = (Tj − Tortam) / P. Örneğin 3,5 W harcayan bir regülatörde ortam 40 °C ve hedef eklem sıcaklığı 110 °C ise toplam ısıl direnç en fazla (110 − 40) / 3,5 = 20 °C/W olmalıdır. Bu değerden veri sayfasındaki kılıf ısıl direncini ve termal ped direncini çıkarırsanız soğutucunun sahip olması gereken en yüksek ısıl direnci bulursunuz.

1-2 W civarındaki kayıplar için TO-220 alüminyum soğutucu gibi küçük soğutucular iş görür. Daha yüksek güçte daha büyük kanatlı soğutucu ya da fan gerekir. Metal sırt OUT bacağına bağlı olduğundan, soğutucu başka bir devreye ya da kasaya değiyorsa termal ped ve yalıtkan burç kullanın. Hesabın ayrıntıları soğutucu seçimi yazımızda anlatılıyor.

Hangi LM317 kılıfını seçmeliyim?

LM317 kılıfı, ihtiyaç duyduğunuz akıma ve en yüksek giriş gerilimine göre seçilir. Aşağıdaki değerler ürün sayfalarından alınmıştır:

Düşük akımlı bir referans hattı için LM317LZ TO-92 yeterlidir. 37V'tan yüksek gerilimlerle çalışıyorsanız LM317HVT seçin. Tüm seçenekleri voltaj regülatörleri kategorisinde görebilirsiniz.

Sık sorulan sorular

LM317 ile 3,3V elde edilebilir mi?

Evet, LM317 ile 3,3V elde edilebilir. R1 = 240 Ω ve R2 = 390 Ω seçildiğinde formül 3,28V verir; bu değer çoğu 3,3V devre için yeterince yakındır. Girişin en az 6,3V civarında olması gerekir. 5V'tan 3,3V elde etmek istiyorsanız fark LM317 için yetersiz kalır; bu durumda AMS1117-3.3 gibi düşük düşümlü (LDO) bir regülatör daha uygundur.

LM317 en fazla kaç amper verir?

TO-220 kılıflı LM317T ürün bilgisine göre 1,5A'e kadar akım verebilir. Ancak bu değer yalnızca harcanan güç soğutucuyla dışarı atılabiliyorsa geçerlidir. Örneğin giriş ile çıkış arasında 7V fark varken 1,5A çekmek 10,5 W ısı demektir; bu küçük bir soğutucu için fazladır. Pratikte akım sınırını çoğu zaman ısı belirler, entegrenin etiket değeri değil.

R1 neden 240 Ω seçilir?

R1 için 240 Ω seçilmesinin nedeni, LM317'nin düzgün regüle edebilmesi için çıkıştan belirli bir en düşük akım çekilmesi gerekmesidir. 1,25V referans 240 Ω üzerinde yaklaşık 5,2 mA akıtır ve bu akım yük takılı değilken de entegrenin kararlı çalışmasını sağlar. Daha büyük R1 kullanırsanız yüksüz çalışmada çıkış voltajı yükselebilir.

LM317 neden ısınıyor?

LM317 ısınır, çünkü giriş ile çıkış arasındaki gerilim farkını ısıya çevirerek düşürür. Harcanan güç (Vin − Vout) × I kadardır. 12V'tan 5V'a 0,5A'de bu 3,5 W eder ve soğutucusuz bir TO-220 kılıf için fazladır. Isıyı azaltmak için giriş gerilimini çıkışa yaklaştırın, soğutucu ekleyin ya da anahtarlamalı bir dönüştürücüye geçin.

LM317 akım sınırlayıcı olarak kullanılabilir mi?

Evet, LM317 sabit akım kaynağı olarak da kullanılabilir. Bu bağlantıda OUT ile ADJ arasına tek bir direnç konur ve yük ADJ tarafına bağlanır. Akım I = 1,25 / R formülüyle bulunur; örneğin 12,5 Ω direnç yaklaşık 100 mA verir. Direncin gücü 1,25 × I kadardır. LED sürmek ve pil şarjı denemeleri için sık kullanılan bir yöntemdir.

Özet

• LM317 çıkış voltajı Vout = 1,25 × (1 + R2/R1) formülüyle hesaplanır; R1 genellikle 240 Ω seçilir.
• R1 = 240 Ω ile 390 Ω yaklaşık 3,28V, 750 Ω 5,16V, 2,2 kΩ 12,71V verir.
• Giriş, çıkıştan en az yaklaşık 3V yüksek olmalıdır.
• Harcanan güç P = (Vin − Vout) × I; 1-2 W'ın üzerinde soğutucu gerekir.
• TO-220 kılıfta metal sırt OUT bacağına bağlıdır; soğutucu başka devreye değiyorsa yalıtın.