Valores de resistencias para usar con LM317

Sé que la relación R1 a R2 determina el voltaje de salida de LM317. Por ejemplo, R1 = 200, R2 = 330 ohmios producirán aproximadamente 3.3V. Mi pregunta es, ¿qué pasa si uso 2K y 3.3K para R1 y R2? ¿Cuál es el impacto de aumentar los valores de las resistencias pero mantener la relación igual?

El voltaje de salida se determina no 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 fines ordinarios, el $I_{ADJ}R_2$ término puede ser descartado, porque $I_{ADJ}$ está en el orden de $100\mbox{ }{\mu}A$.

Has multiplicado tus 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 (vea el circuito de ejemplo a continuación).

Dos factores son potencialmente relevantes para Iadj: sus valores absolutos de 50 uA típicos, 100 uA máximos, y su variación en el rango de carga de 0.2 uA típicos, 5 uA máximos. Como otros han señalado, R2 debe ser lo suficientemente pequeño como para que se pueda ignorar la caída de voltaje Iadj en R2 o se debe permitir. 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, entonces probablemente no deberías estar usando un simple regulador de 3 terminales, pero esa es otra historia).

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

La hoja de datos LM317 especifica 10 mA máx., 3,5 mA típicos como la corriente de carga mínima (en la página 4 de la hoja de datos referenciada). (Un mínimo máximo es un buen concepto :-)). El diseño 'adecuado' requiere que se permita el peor caso 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 tiempo que proporciona un divisor muy "rígido". R1 siempre tendrá 1.25V a través de él en operación normal. El uso de R1 = 240 ohmios como se muestra en el ejemplo de la hoja de datos proporciona I = V / R = 1.25 / 240 = 5.2 mA, que es más de la carga mínima típica de 3.5 mA necesaria pero menos de la carga mínima necesaria de 10 mA en el peor de los casos. Si puede haber cero carga externa, entonces no necesita más que R = V / I = 1.25V / 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 ohmios mostrada para R1 no cumpliría con el requisito de carga mínima LM317 en el peor de los casos . Se debe usar un valor más bajo de R1 o una carga externa mínima adecuada para llevar el total hasta al menos 10 mA siempre debe estar presente.

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

Al "diseñar" un circuito (en lugar de simplemente "hacerlo funcionar") es esencial que se usen los parámetros del peor de los casos. Lo que constituye el "peor" variará con el parámetro y, en algunos casos, es posible que tenga que usar el mimimum 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 1.5V a 2V para la mayoría del rango de condiciones que normalmente se aplicarían. (25C, 20 mA a 1A.) La caída puede ser tan baja como 1V a 20 mA a 150 C (!!!) y tan alta como 2.5V a 1.5A a -50C o + 150C (!). 2V es un valor seguro para el abandono de los cálculos de alcance. El peor caso para su diseño debe establecerse al hacer el diseño final.

Con una salida de 5V, entonces 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 de salida = 1ma_load / 10_ x 71% = mA_min = 7.1%! :-) :-(.

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

La eficiencia máxima aumenta típicamente al 70% con cargas crecientes.

PERO todo lo anterior es lo que sucede cuando el regulador está justo en el punto de "deserción". Donde Vin está a más de 2V por encima de Vout, es tarea del regulador dejar caer el exceso de voltaje. Por lo tanto, la eficiencia debe ser inferior al máximo posible en la mayoría de los casos.

Otros ya han señalado 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 $V_{OUT}$ está en el orden de voltios (muy probablemente) y $R_2$ está en los cientos de $\Omega$ el termino $I_{ADJ} R_2 << V_{OUT}$ 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 el segundo nos da 300$\Omega$, un error de solo 0.3%.
Por otro lado, si quisieras elegir 10k$\Omega$ para $R_2$ obtendrías valores de 22k$\Omega$ y 30k$\Omega$resp. para$R_1$. Usando el 30k$\Omega$ daría como resultado 6 V en lugar de 5 V, ¡un error del 20%!

Hay otra buena razón para elegir valores bajos para $R_1$ y $R_2$. La hoja de datos menciona una carga mínima de 3.5mA típica, 10mA máxima. Es mejor elegir 10 mA, no solo porque siempre tiene que calcular para el peor de los casos, sino también porque los 10 mA se dan como condición mínima para los otros parámetros.
Para 5V, querrás$R_1$ + $R_2$ <500$\Omega$ entonces.

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

Por lo tanto, 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