LM317 可調穩壓器規格書與應用指南

　　LM317 是一款應用極為廣泛的可調三端正壓穩壓器，自問世以來，憑借其卓越的性能、易用性和高可靠性，在各種電子電路中占據了不可替代的地位。本規格書旨在全面、深入地介紹 LM317 的特性、工作原理、參數、典型應用電路以及設計考量，以期為工程師和愛好者提供一份詳盡的參考指南。

　　1. 概述與簡介

　　LM317 是國家半導體（National Semiconductor，現已被德州儀器 TI 收購）于 20 世紀 70 年代初推出的一款開創性的可調三端正壓穩壓器。它的出現極大地簡化了電源設計的復雜性，使得工程師能夠方便地構建各種電壓輸出的穩壓電源。在此之前，設計可調電源通常需要復雜的離散元件組合，或者使用較為昂貴和復雜的集成穩壓器。LM317 的核心優勢在于其內部集成的基準電壓源、誤差放大器以及功率晶體管，使其在僅需要兩個外部電阻的情況下即可實現 1.25V 至 37V 的寬范圍輸出電壓調節，并提供高達 1.5A 的輸出電流能力。

　　LM317 的封裝形式多樣，最常見的是 TO-220 封裝，這種封裝散熱良好，適合中等功率應用。此外，還有 TO-3、SOT-223、TO-263 等多種封裝，以適應不同的功率和空間需求。其內部包含過熱保護和短路電流限制電路，進一步增強了器件的魯棒性和可靠性，使其能夠承受異常工作條件下的應力。由于其卓越的通用性和成本效益，LM317 被廣泛應用于實驗室電源、汽車電子、工業控制、消費電子以及各種電池充電器等領域。理解 LM317 的基本原理和應用技巧，對于任何從事電子設計的人員來說，都是一項重要的基礎技能。

　　2. 主要特性與優勢

　　LM317 的成功并非偶然，其一系列獨特而實用的特性使其在眾多穩壓器中脫穎而出。深入理解這些特性對于充分發揮 LM317 的潛力至關重要。

　　2.1. 可調輸出電壓范圍

　　LM317 最顯著的特點是其寬廣的可調輸出電壓范圍。通過簡單地改變兩個外部電阻的比例，輸出電壓可以在 1.25V 到 37V 之間任意設定。這個范圍涵蓋了絕大多數低壓和中壓應用的需求，從微控制器供電的 3.3V/5V，到需要較高電壓的模擬電路或電機驅動，LM317 都能勝任。這種靈活性使得它成為通用電源設計的理想選擇，無需為每種特定的電壓需求都設計獨立的穩壓電路。

　　2.2. 高輸出電流能力

　　標準 LM317 提供高達 1.5A 的輸出電流能力。對于許多中小型電子設備而言，這個電流足以滿足其功耗需求。例如，為小型嵌入式系統、傳感器節點、LED 照明驅動或音頻前置放大器供電，1.5A 的電流裕量通常是足夠的。對于需要更高電流的應用，可以通過并聯多個 LM317 或使用外部功率晶體管進行電流擴展，但通常情況下，單個 LM317 已能滿足大部分需求。

　　2.3. 卓越的線路調整率

　　線路調整率（Line Regulation）衡量的是輸出電壓在輸入電壓變化時的穩定性。LM317 具有非常出色的線路調整率，這意味著即使輸入電壓在一定范圍內波動，輸出電壓也能保持非常穩定。典型的線路調整率為 0.01%/V，這對于那些輸入電源可能不穩定的應用（如電池供電系統或使用未經穩壓的變壓器輸出）來說至關重要，它能確保下游電路的穩定運行。

　　2.4. 優異的負載調整率

　　負載調整率（Load Regulation）衡量的是輸出電壓在負載電流變化時的穩定性。LM317 的負載調整率同樣優秀，通常在 0.1% 的水平。這意味著當負載電流從最小變化到最大時，輸出電壓的變化非常小。這對于動態負載的應用（如 CPU 或 DSP 供電，其電流需求會隨處理任務動態變化）是至關重要的，它保證了在各種工作條件下，為負載提供恒定的電壓。

　　2.5. 內置保護功能

　　為了提高器件的可靠性和魯棒性，LM317 內部集成了多種保護電路。

　　過熱保護（Thermal Overload Protection）： 當芯片內部溫度超過預設閾值（通常在 175°C 左右）時，過熱保護電路會自動降低輸出電流，甚至關斷輸出，以防止器件因過熱而損壞。這在散熱不良或瞬態過載情況下尤為重要。

　　短路電流限制（Short-Circuit Current Limit）： 當輸出端意外短路時，內部短路電流限制電路會限制流經器件的電流，防止器件損壞。這對于在電路調試或實際應用中可能發生的意外短路情況提供了重要的保護。

　　這些內置保護功能大大降低了設計風險，并提高了最終產品的可靠性。

　　2.6. 標準三端封裝

　　LM317 采用標準的 TO-220、TO-3、SOT-223 等三端封裝，引腳定義清晰，易于安裝和布局。TO-220 封裝是業界標準的通孔封裝，可以方便地與散熱片配合使用，以應對大電流應用時的散熱需求。這種標準化使得 LM317 能夠快速集成到各種 PCB 設計中。

　　2.7. 浮動操作

　　LM317 是一種浮動穩壓器，這意味著它不直接參考地線，而是參考其輸出端。這種特性使得 LM317 可以應用于各種配置，包括高電壓應用中的浮動穩壓器，以及某些電流源應用。它提供了更大的設計靈活性。

　　3. 工作原理

　　理解 LM317 的內部工作原理是正確應用和優化其性能的基礎。LM317 的核心是一個反饋控制系統，旨在維持其輸出電壓與內部基準電壓之間的恒定關系。

　　3.1. 內部結構框圖

　　LM317 的內部結構可以簡化為一個包含以下主要模塊的框圖：

　　基準電壓源（Voltage Reference）： 這是一個高精度、溫度穩定的電壓源，通常產生一個 1.25V 的基準電壓 V_REF。這個電壓是整個穩壓器工作的基石。

　　誤差放大器（Error Amplifier）： 這是一個高增益的差分放大器，其一個輸入端連接到基準電壓源，另一個輸入端連接到輸出電壓的分壓點（通過外部電阻實現）。誤差放大器比較這兩個電壓，并產生一個誤差信號。

　　串聯調整管（Series Pass Transistor）： 通常是一個 NPN 功率晶體管（或達林頓對），它串聯在輸入和輸出之間。誤差放大器的輸出會控制這個晶體管的基極（或柵極），從而調節其集電極-發射極之間的壓降，進而調節輸出電壓。

　　保護電路（Protection Circuits）： 包括過熱保護和短路電流限制電路，用于在異常工作條件下保護器件。

　　3.2. 穩壓原理

　　LM317 的穩壓原理基于負反饋機制。其內部誤差放大器會持續監測輸出電壓，并將其與內部精確的 1.25V 基準電壓進行比較。具體來說，輸出電壓通過兩個外部電阻 R_1 和 R_2 進行分壓，分壓后的電壓反饋到誤差放大器的一個輸入端（通常是 ADJUST 端）。誤差放大器的另一個輸入端連接到內部的 1.25V 基準電壓。

　　當輸出電壓發生變化時（例如，由于輸入電壓波動或負載電流變化），經過分壓后的反饋電壓也會隨之變化。誤差放大器檢測到這個變化后，會產生一個與誤差成比例的控制信號。這個控制信號隨后驅動串聯調整管，調整其導通程度。

　　如果輸出電壓偏高，反饋電壓也會偏高，誤差放大器會減小對串聯調整管的驅動，使其導通程度降低，從而增加其壓降，進而降低輸出電壓，使其回到設定值。

　　如果輸出電壓偏低，反饋電壓也會偏低，誤差放大器會增加對串聯調整管的驅動，使其導通程度增加，從而減小其壓降，進而提高輸出電壓，使其回到設定值。

　　通過這種實時的負反饋調節，LM317 能夠將輸出電壓精確地穩定在由 R_1 和 R_2 設定的目標值上。

　　3.3. 輸出電壓計算公式

　　LM317 的輸出電壓 V_OUT 由以下公式決定：

　　V_OUT=V_REFtimes(1+fracR_2R_1)+I_ADJtimesR_2

　　其中：

　　V_REF 是 LM317 內部的基準電壓，典型值為 1.25V。

　　R_1 和 R_2 是外部設置輸出電壓的分壓電阻。R_1 連接在 ADJUST 端和輸出端之間，R_2 連接在 ADJUST 端和地之間。

　　I_ADJ 是流經 ADJUST 引腳的靜態電流，通常為 50μA 至 100μA。在大多數應用中，I_ADJtimesR_2 這一項相對于 V_REFtimes(1+fracR_2R_1) 而言非常小，因此在工程計算中常常被忽略。

　　因此，簡化后的輸出電壓計算公式為：

　　V_OUTapproxV_REFtimes(1+fracR_2R_1)

　　為了保證穩壓器的穩定工作和最小輸出電壓為 1.25V，R_1 的選擇通常在 120Ω 到 240Ω 之間。當 R_2 為 0 時，輸出電壓為 1.25V。

　　4. 電氣特性參數

　　LM317 的電氣特性參數是評估其性能和進行電路設計的關鍵依據。以下列舉了一些重要的參數及其典型值和意義。

　　4.1. 輸出電壓范圍

　　V_OUT (Min): 1.25V (ADJUST 和 OUTPUT 之間壓差)

　　V_OUT (Max): 37V

　　這個范圍代表了 LM317 能夠提供的最小和最大可調輸出電壓。

　　4.2. 輸入-輸出電壓差

　　壓差（Dropout Voltage）： LM317 能夠正常工作的最小輸入-輸出電壓差。典型值約為 2V 至 3V。

　　例如，如果要輸出 5V，輸入電壓至少需要 5V + 2V = 7V。

　　壓差越小，穩壓器在低輸入電壓下的工作能力越強，效率也越高（尤其是在電池供電應用中）。LM317 屬于非低壓差（Non-LDO）穩壓器，其壓差相對較高。

　　4.3. 輸出電流

　　I_OUT (Max): 1.5A

　　這是 LM317 在正常散熱條件下能夠提供的最大連續輸出電流。需要注意的是，實際可提供的電流會受到封裝類型、環境溫度和散熱條件的影響。在電流較大時，必須配備足夠的散熱片以防止過熱。

　　4.4. 線路調整率

　　Line Regulation (Typical): 0.01%/V

　　Line Regulation (Max): 0.04%/V (對于 1.5A 版本)

　　表示輸入電壓每變化 1V，輸出電壓的變化百分比。數值越小，表示穩壓器對輸入電壓波動的抑制能力越強。

　　4.5. 負載調整率

　　Load Regulation (Typical): 0.1%

　　Load Regulation (Max): 0.3% (對于 1.5A 版本)

　　表示負載電流從最小到最大變化時，輸出電壓的變化百分比。數值越小，表示穩壓器對負載電流變化的抑制能力越強。

　　4.6. 靜態電流（Quiescent Current）

　　I_Q (Typical): 5mA

　　I_Q (Max): 10mA

　　這是 LM317 在空載時流經器件的電流，即自身消耗的電流。在電池供電或低功耗應用中，需要關注這個參數。

　　4.7. ADJUST 引腳電流

　　I_ADJ (Typical): 50μA

　　I_ADJ (Max): 100μA

　　流經 ADJUST 引腳的電流。雖然通常很小，但在高精度應用中，特別是在 R_2 阻值非常大的情況下，需要將其考慮進輸出電壓的計算。

　　4.8. 紋波抑制比（Ripple Rejection）

　　Ripple Rejection (Typical): 80dB

　　衡量穩壓器抑制輸入端交流紋波的能力。80dB 的紋波抑制比意味著輸入端的交流紋波電壓被衰減了 1080/20=104=10000 倍。這對于需要低噪聲電源的敏感電路非常重要。

　　4.9. 溫度范圍

　　工作結溫范圍： -40°C 至 +125°C

　　這是器件能夠安全工作的內部芯片結溫范圍。在實際應用中，必須確保結溫在此范圍內，通常通過散熱設計來實現。

　　5. 典型應用電路

　　LM317 的靈活性使其能夠應用于多種電源配置。以下是一些最常見的典型應用電路。

　　5.1. 基本可調穩壓器電路

　　這是 LM317 最常見也是最基本的應用。它只需要兩個外部電阻 R_1 和 R_2 即可設定輸出電壓。

　　5.1.1. 電路圖

　　VIN ------+          |          |         LM317         VIN (Pin 3)          |         VOUT (Pin 2) -----+---- VOUT (regulated output)          |                |          |                R2          |                |         ADJ (Pin 1) ------+          |                |          R1               |          |                GND          |         GND

　　5.1.2. 元件選擇與計算

　　輸入電容 C_IN： 通常為 0.1μF 至 1μF 的陶瓷電容或電解電容。放置在 LM317 的 VIN 引腳附近，用于濾除輸入端的瞬態噪聲和紋波，提高穩壓器穩定性。如果輸入電源距離 LM317 較遠（超過 15cm），建議使用更大的電解電容（如 10μF 或 100μF）與小陶瓷電容并聯。

　　輸出電容 C_OUT： 通常為 1μF 至 10μF 的鉭電容或鋁電解電容。放置在 LM317 的 VOUT 引腳附近，用于改善瞬態響應、降低輸出紋波，并確保穩壓器在負載變化時保持穩定。如果負載電流變化較大，可能需要更大的輸出電容。ESR (等效串聯電阻) 較低的電容通常對穩定性更有利。

　　R_1： 通常選擇 120Ω 到 240Ω 之間。一個常見的選擇是 240Ω。這個電阻決定了流過 ADJUST 引腳的最小電流，對于維持穩壓器的穩定性至關重要。

　　R_2： 根據所需的輸出電壓和 R_1 的值計算。

　　R_2=R_1times(fracV_OUT1.25V?1)

　　例如，如果 R_1=240Ω，要得到 5V 輸出： R_2=240Ωtimes(frac5V1.25V?1)=240Ωtimes(4?1)=240Ωtimes3=720Ω

　　5.1.3. 設計考量

　　最小負載電流： LM317 需要一個最小負載電流（通常為 3.5mA 到 10mA）才能正常穩壓。如果負載電流可能低于此值，可以通過在輸出端并聯一個電阻來提供最小負載，例如 R_MINLOAD=fracV_OUTI_MIN。然而，由于 R_1 本身就提供了一個最小電流路徑，通常不需要額外的最小負載電阻，除非 R_1 的選擇導致電流過小。流過 R_1 和 R_2 的電流為 I_Q+V_REF/R_1。

　　旁路電容： 為了提高紋波抑制和防止自激振蕩，在 ADJ 引腳和地之間放置一個 10μF 的電容 C_ADJ (可選，但推薦)。這個電容可以顯著提高紋波抑制比，尤其是在高頻時，并且有助于改善瞬態響應。

　　5.2. LM317 作為恒流源

　　LM317 不僅可以作為穩壓器，還可以通過其內部 1.25V 基準電壓的特性，方便地構建恒流源。

　　5.2.1. 電路圖

　　VIN ------+          |          |         LM317         VIN (Pin 3)          |         VOUT (Pin 2) -----+---- Load (e.g., LED string)          |                |          |                R_SENSE (Current Sense Resistor)          |                |         ADJ (Pin 1) ------+          |         GND

　　5.2.2. 工作原理與計算

　　在這種配置中，LM317 會嘗試保持其 ADJUST 引腳和 VOUT 引腳之間的電壓差為 1.25V（即內部基準電壓）。因此，流過串聯電阻 R_SENSE 的電流將是：

　　I_OUT=fracV_REFR_SENSE+I_ADJ

　　同樣地，由于 I_ADJ 較小，可以近似為：

　　I_OUTapproxfrac1.25VR_SENSE

　　通過選擇合適的 R_SENSE 值，可以設定輸出的恒定電流。這種電路常用于驅動 LED 串，確保 LED 在不同電源電壓下亮度一致，并保護 LED 不受過電流損害。

　　5.2.3. 設計考量

　　最小壓降： LM317 在恒流模式下也需要保持一個最小的輸入-輸出壓差（通常在 2V 到 3V 之間），以確保正常工作。因此，電源電壓 V_IN 必須高于負載兩端電壓之和加上 LM317 的最小壓差。

　　R_SENSE 的功率： R_SENSE 上會產生功率損耗 P=I_OUT2timesR_SENSE。在選擇電阻時，需要確保其額定功率足夠。

　　LM317 的功率耗散： LM317 本身的功率耗散為 P_LM317=(V_IN?V_OUT)timesI_OUT。這里的 V_OUT 是指 LM317 VOUT 引腳的電壓，即負載電壓加上 R_SENSE 上的壓降。同樣需要注意散熱。

　　5.3. 帶有過載指示的電源

　　通過一些額外的元件，可以為 LM317 電源增加過載指示功能，提高電源的實用性。

　　5.3.1. 電路原理

　　利用一個電流檢測電阻和一個比較器（或運放），監測輸出電流。當電流超過設定閾值時，點亮一個 LED 進行指示。

　　5.4. 高電流可調電源（帶外部功率晶體管）

　　當需要輸出電流超過 1.5A 時，可以使用 LM317 結合外部功率晶體管（通常是 PNP 晶體管或達林頓管）來擴展電流能力。

　　5.4.1. 電路原理

　　LM317 作為預穩壓和基準，驅動外部功率晶體管。功率晶體管承載大部分的負載電流。

　　5.4.2. 設計考量

　　功率晶體管的選擇： 需要選擇具有足夠集電極電流 (I_C)、集電極-發射極擊穿電壓 (V_CEO) 和功率耗散 (P_D) 的功率晶體管。

　　散熱： 外部功率晶體管將耗散大部分的功率，因此需要對其進行充分的散熱設計。

　　反饋回路： 確保反饋回路仍然作用在 LM317 的 ADJUST 端，以保持穩壓器的精確控制。

　　6. 設計考量與注意事項

　　成功地將 LM317 應用于實際電路中，需要考慮除了基本接線之外的諸多因素。

　　6.1. 散熱

　　散熱是 LM317 應用中最關鍵的考量之一，尤其是在大電流或高輸入-輸出壓差的應用中。LM317 內部的功率耗散 P_D 由以下公式計算：

　　P_D=(V_IN?V_OUT)timesI_OUT

　　這些功率以熱量的形式散發出去，如果不能有效散熱，芯片結溫會迅速升高，達到過熱保護閾值，導致輸出電流減小甚至關斷。

　　TO-220 封裝： TO-220 封裝的 LM317 的典型熱阻（結到環境）在無散熱片時約為 50-60°C/W。這意味著每耗散 1W 功率，結溫將升高 50-60°C。在實際應用中，如果功耗超過 1W-2W，通常就需要搭配散熱片。

　　散熱片選擇： 散熱片的尺寸和類型取決于預計的功耗和環境溫度。可以通過計算所需的散熱片熱阻來選擇合適的散熱片： R_SA=fracT_J_MAX?T_A_MAXP_D?R_JC?R_CS 其中：

　　T_J_MAX 是芯片最大允許結溫（通常 125°C）。

　　T_A_MAX 是最高環境溫度。

　　R_JC 是結到殼的熱阻（由數據手冊提供，TO-220 典型值約 3-5°C/W）。

　　R_CS 是殼到散熱片的熱阻（取決于接觸面處理，通常 0.1-1°C/W，使用導熱硅脂可降低）。

　　導熱硅脂/絕緣墊片： 為了提高散熱效率，通常在 LM317 的金屬背板和散熱片之間涂抹導熱硅脂。如果 LM317 需要與散熱片絕緣（例如散熱片接地而 LM317 的背板與 VOUT 相連），則需要使用絕緣墊片（如硅膠墊片或云母片）。

　　6.2. 電容選擇與放置

　　正確的電容選擇和布局對于 LM317 的穩定工作至關重要。

　　輸入旁路電容 (C_IN): 靠近 LM317 的 VIN 引腳放置一個 0.1μF 至 1μF 的陶瓷電容，以濾除高頻噪聲。如果輸入電源距離較遠或包含大量低頻紋波，則需要并聯一個大容量的電解電容（10μF 到 1000μF）。

　　輸出旁路電容 (C_OUT): 靠近 LM317 的 VOUT 引腳放置一個 1μF 到 10μF 的鉭電容或電解電容。它能夠改善瞬態響應，減少輸出紋波，并有助于防止自激振蕩。較大容量的電容可以提供更好的瞬態負載響應。

　　ADJUST 端電容 (C_ADJ): 在 ADJUST 引腳和地之間放置一個 10μF 的電解電容，可以顯著提高穩壓器的紋波抑制比（特別是在 120Hz 交流紋波抑制方面）和瞬態響應。這個電容對穩定性也有積極作用，但不是強制性的。

　　所有旁路電容都應盡可能靠近穩壓器引腳放置，以最大限度地減少寄生電感和電阻的影響。

　　6.3. 接地與布線

　　良好的接地和布線實踐對于任何電源電路都至關重要。

　　單點接地： 盡量采用單點接地技術，避免地環路噪聲。將輸入電容、輸出電容、分壓電阻 R_2 和負載的接地端都連接到一個共同的星形接地點。

　　粗短走線： 大電流路徑（輸入電源線、LM317 VOUT 到負載）應使用寬而短的銅箔走線，以減小電壓降和寄生電阻。

　　ADJUST 引腳布線： 連接 R_1 和 R_2 的 ADJUST 引腳走線應遠離噪聲源，并盡可能短。

　　6.4. 最小負載電流

　　如前所述，LM317 需要一個最小負載電流（通常在 3.5mA 到 10mA 之間）才能正常穩壓。如果電路的正常負載在某些情況下可能低于此值，應在輸出端并聯一個電阻來提供這個最小電流。計算公式為 R_MINLOAD=V_OUT/I_MIN。在多數情況下，R_1 和 R_2 形成的分壓器本身就能提供一個足夠的靜態電流，因此不一定需要額外的最小負載電阻。流過分壓器的電流為 I_DIV=V_OUT/(R_1+R_2)。確保 I_DIV+I_LOAD_MINgeI_MIN_REQUIRED。

　　6.5. 輸入電壓波動

　　LM317 對輸入電壓的波動具有良好的抑制能力，但這并不意味著可以忽略輸入電壓的范圍。

　　最大輸入電壓： 確保輸入電壓不超過 LM317 的最大額定輸入電壓（通常為 40V）。過高的輸入電壓會損壞器件。

　　最小輸入電壓： 確保輸入電壓始終高于輸出電壓加上 LM317 的最小壓差。否則，LM317 將無法正常穩壓，輸出電壓會下降。

　　輸入紋波： 雖然 LM317 具有良好的紋波抑制比，但過大的輸入紋波仍然可能影響輸出電壓的質量。必要時，在 LM317 前級增加更強大的濾波或預穩壓電路。

　　6.6. 反向偏壓保護

　　在某些應用中，例如電池充電器，如果輸入端斷開而輸出端仍連接著電池，電池的電壓可能會反向加到 LM317 的輸出端，導致其損壞。為了防止這種情況，可以在 LM317 的輸出端和輸入端之間并聯一個肖特基二極管（如 1N5819），其負極接輸入，正極接輸出。當輸入電壓低于輸出電壓時，二極管會導通，為電流提供一個旁路路徑，從而保護 LM317。類似地，在 ADJUST 引腳和 VOUT 引腳之間也可以并聯一個二極管，以保護 ADJUST 引腳。

　　6.7. 輸出短路保護

　　LM317 內置了短路電流限制功能，但在某些極端情況下，為了進一步提高可靠性，可以在輸出端串聯一個自恢復保險絲（Polyfuse）或普通保險絲。

　　6.8. 高精度應用

　　對于要求更高輸出電壓精度的應用：

　　低 I_ADJ 的影響： 盡管 I_ADJ 很小，但在 R_2 阻值非常大的情況下，其對輸出電壓的影響會變得明顯。在這種情況下，需要將 I_ADJtimesR_2 項納入計算。

　　電阻精度： 使用精度更高的分壓電阻（例如 1% 或 0.1% 精度的金屬膜電阻）可以提高輸出電壓的準確性。

　　校準： 如果需要非常高的精度，可以考慮在 R_2 電路中加入一個可調電位器進行微調。

　　7. 進階應用與技巧

　　LM317 的多功能性使其能夠實現除了基本穩壓和恒流之外的更復雜應用。

　　7.1. 多路輸出電源

　　通過使用多個 LM317 并分別設置其輸出電壓，可以構建多路輸出的穩壓電源，為不同電壓需求的電路提供獨立供電。

　　7.2. 電池充電器

　　LM317 是設計鋰離子電池或鉛酸電池充電器的理想選擇。

　　7.2.1. 恒壓充電器

　　通過將 LM317 配置為固定電壓輸出（例如 4.2V 用于單節鋰離子電池），并在輸出端串聯一個限流電阻，可以實現基本的恒壓充電。

　　7.2.2. 恒流/恒壓（CC/CV）充電器

　　結合 LM317 的恒流模式和恒壓模式，可以構建一個簡易的 CC/CV 充電器。在充電初期，電池電壓較低，LM317 工作在恒流模式，提供設定的充電電流。當電池電壓升高到預設的充電終止電壓時，LM317 轉換為恒壓模式，保持輸出電壓不變，充電電流逐漸減小，直至電池充滿。這通常需要一些額外的比較器和開關電路來在兩種模式之間切換。

　　7.3. 線性電源的預穩壓

　　在需要極低噪聲和極高穩定性的應用中，可以將 LM317 作為開關電源的后級或作為另一個線性穩壓器的預穩壓器。例如，LM317 可以先將較高的、波動的輸入電壓降低到一個相對穩定的中間電壓，然后再由一個低壓差（LDO）穩壓器對該中間電壓進行進一步穩壓，以獲得極低的噪聲輸出。這種級聯結構可以充分利用 LM317 的大壓差能力和 LDO 的低噪聲特性。

　　7.4. 軟啟動電路

　　通過在 ADJUST 引腳和地之間連接一個電容和一個開關，可以實現穩壓器的軟啟動功能。在電源開啟時，電容緩慢充電，導致輸出電壓逐漸升高，而不是瞬間達到設定值。這有助于抑制浪涌電流，保護下游敏感電路。

　　7.5. 電壓跟蹤器

　　LM317 也可以配置成電壓跟蹤器，即輸出電壓隨一個外部參考電壓的變化而變化。這通常需要使用運算放大器來提供跟蹤功能，LM317 則負責提供穩定的電流和功率處理。

　　7.6. 精密電流源

　　雖然 LM317 可以作為基本恒流源，但通過額外的運算放大器和精密電阻，可以構建更精確、更穩定的恒流源，其性能超越了僅用 LM317 實現的簡單恒流電路。

　　8. 封裝信息與引腳定義

　　LM317 有多種封裝形式，每種封裝的引腳排列和散熱能力都有所不同。

　　8.1. TO-220 封裝

　　特點： 最常見的封裝，帶金屬背板，便于安裝散熱片。適用于中等功率應用。

　　引腳定義（從左到右，面對型號絲印面）：

　　ADJ (Adjust): 調節端

　　VOUT (Output): 穩壓輸出端

　　VIN (Input): 未穩壓輸入端

　　背板： 通常與 VOUT 引腳內部連接，因此在安裝散熱片時需要注意絕緣問題，除非散熱片也連接到 VOUT。

　　8.2. SOT-223 封裝

　　特點： 表面貼裝封裝，體積小，適用于空間受限的應用。散熱能力弱于 TO-220，適合小電流應用。

　　引腳定義（通常，具體請參考數據手冊）：

　　ADJ

　　VOUT

　　VIN

　　GND (通常是散熱焊盤)

　　8.3. TO-3 封裝

　　特點： 較老的重型金屬封裝，散熱能力極強，適用于大功率應用。現在較少使用。

　　引腳定義： 通常是兩個引腳（ADJ 和 VIN）和一個金屬殼（VOUT），具體請查閱數據手冊。

　　8.4. TO-263 (D2PAK) 封裝

　　特點： 表面貼裝的功率封裝，帶大型散熱焊盤，散熱能力介于 TO-220 和 SOT-223 之間。

　　引腳定義： 類似于 TO-220，但為表面貼裝形式。

　　在任何設計中，務必參考具體制造商提供的 LM317 數據手冊，以獲取精確的封裝信息、引腳定義和電氣參數。不同制造商的 LM317 在細節上可能存在微小差異。

　　9. 故障排除與常見問題

　　在使用 LM317 時，可能會遇到一些問題。以下是一些常見的故障排除技巧和解決方案。

　　9.1. 輸出電壓不穩或振蕩

　　原因：

　　電容選擇不當或放置位置不正確： 輸入/輸出旁路電容太小、ESR 過高或距離芯片太遠。

　　最小負載電流不足： LM317 需要一個最小負載才能穩定工作。

　　地線不良： 接地不良或存在地環路。

　　寄生電感/電容： PCB 布局中的不當走線引入了寄生效應。

　　解決方案：

　　確保輸入和輸出電容的選擇符合數據手冊建議，并盡可能靠近芯片引腳放置。

　　如果負載電流可能很小，考慮在輸出端并聯一個適當的電阻以提供最小負載。

　　檢查接地連接，確保所有相關接地點都匯聚到單一星形接地點。

　　優化 PCB 布局，減小大電流回路面積，避免長而細的走線。

　　嘗試在 ADJUST 引腳和地之間增加一個 10μF 的電容 (C_ADJ)，這通常能有效改善穩定性。

　　9.2. 輸出電壓過低或沒有輸出

　　原因：

　　輸入電壓不足： 輸入電壓低于輸出電壓加上最小壓差。

　　過載或短路： 輸出電流超過 LM317 的額定電流，導致過流保護或過熱保護激活。

　　器件損壞： 芯片本身損壞（例如，由于過壓、過流或過熱）。

　　接線錯誤： 引腳連接錯誤或虛焊。

　　R_1 或 R_2 錯誤： 電阻值計算錯誤或電阻本身損壞/開路。

　　解決方案：

　　檢查輸入電壓是否在有效范圍內。

　　測量負載電流，確保沒有過載。斷開負載，看輸出電壓是否恢復正常。

　　用萬用表檢查 LM317 各引腳電壓，判斷是否內部損壞。

　　仔細檢查電路接線，對照數據手冊確認引腳定義。

　　重新計算 R_1 和 R_2 的值，并用萬用表測量其實際阻值。

　　9.3. LM317 過熱

　　原因：

　　功耗過大： 輸入-輸出壓差過大和/或輸出電流過大，導致內部功耗超過散熱能力。

　　散熱不良： 沒有散熱片、散熱片尺寸不足或安裝不當。

　　環境溫度過高： 在高溫環境下工作。

　　解決方案：

　　減小輸入-輸出壓差：如果可能，將輸入電壓降低到剛好滿足輸出電壓要求（輸出電壓 + 最小壓差）。例如，如果輸出 5V，輸入 9V 通常比輸入 12V 更高效。

　　增加散熱：安裝更大尺寸的散熱片，確保散熱片與芯片接觸良好，并使用導熱硅脂。

　　檢查通風：確保設備內部有良好的空氣流通。

　　考慮使用開關穩壓器：對于大電流或高壓差應用，線性穩壓器效率低、發熱大，開關穩壓器是更好的選擇。

　　并聯多個 LM317 或使用外部功率晶體管分擔電流。

　　9.4. 紋波抑制效果不佳

　　原因：

　　輸入紋波過大： 輸入電源的紋波本身就很大。

　　C_ADJ 未使用或容量不足： ADJUST 端電容對紋波抑制有顯著影響。

　　布局問題： 噪聲耦合。

　　解決方案：

　　加強輸入端的濾波。

　　在 ADJUST 引腳和地之間放置一個 10μF 或更大容量的電容 C_ADJ。

　　優化 PCB 布局，確保信號路徑和接地完整性。

　　10. LM317 與其他穩壓器的比較

　　LM317 并非唯一的穩壓器選擇，了解其與其他類型穩壓器的異同有助于在不同應用場景中做出最佳選擇。

　　10.1. 與固定穩壓器（如 78xx 系列）的比較

　　LM317（可調）：

　　優點： 輸出電壓可調，靈活性高，可以通過外部電阻精確設置任何所需的電壓。

　　缺點： 需要外部電阻，計算和選擇電阻增加了設計步驟。

　　78xx 系列（固定）：

　　優點： 輸出電壓固定（如 7805 輸出 5V，7812 輸出 12V），使用簡單，只需輸入和輸出電容。

　　缺點： 缺乏靈活性，每種電壓都需要不同的型號。

　　應用場景： 如果需要一個特定且固定的電壓，78xx 系列通常更簡單直接。如果需要多個電壓或電壓可調，LM317 更具優勢。

　　10.2. 與低壓差穩壓器（LDO）的比較

　　LM317（非 LDO）：

　　優點： 歷史悠久，成熟可靠，成本低廉，電流能力較強（1.5A）。

　　缺點： 壓差較高（2V-3V），導致在輸入電壓接近輸出電壓時無法正常工作，效率相對較低，發熱量大。

　　LDO（Low Dropout Regulator）：

　　優點： 壓差極低（通常低于 0.5V，甚至低至幾十 mV），在輸入電壓接近輸出電壓時也能工作，效率高，發熱量小。

　　缺點： 通常電流能力不如 LM317 強大（盡管也有大電流 LDO），價格可能略高。

　　對電容 ESR 的要求： 許多 LDO 對輸出電容的 ESR 有特定要求，有些 LDO 需要 ESR 較高的電容才能穩定工作。

　　靜態電流： 許多 LDO 具有極低的靜態電流，非常適合電池供電的低功耗應用。

　　應用場景： 對于電池供電、對效率和發熱量有嚴格要求、或輸入電壓與輸出電壓非常接近的應用，LDO 是更好的選擇。對于壓差不是關鍵因素、需要高電流、或對成本敏感的應用，LM317 仍然是可靠的選擇。

　　10.3. 與開關穩壓器（DC-DC Converter）的比較

　　LM317（線性穩壓器）：

　　優點： 簡單易用，噪聲極低，輸出紋波小，瞬態響應快，無需復雜的磁性元件（電感）。

　　缺點： 效率低，尤其是在輸入-輸出壓差大時，能量以熱量形式散失，需要大量散熱。

　　開關穩壓器：

　　優點： 效率極高（通常 80% 到 95%），發熱量小，適用于大功率應用或需要將電壓大幅降壓/升壓的場合。

　　缺點： 電路復雜，需要電感、肖特基二極管等外部元件；會產生開關噪聲和 EMI 問題，可能需要額外的濾波；瞬態響應可能不如線性穩壓器快。

　　應用場景： 對于低噪聲、對效率要求不高、電流在 1.5A 以下、且輸入-輸出壓差不大的應用，LM317 仍然是首選。對于大功率、電池供電、或需要大幅度電壓轉換的應用，開關穩壓器是更優的選擇。在某些對噪聲敏感的大功率應用中，可以采用開關穩壓器作為預穩壓，再由 LM317（或其他線性穩壓器）進行二次穩壓以降低噪聲。

　　11. 總結

　　LM317 作為一款經典的通用可調三端穩壓器，憑借其卓越的性能、極高的可靠性以及簡單的使用方式，在電子設計領域保持著不可動搖的地位。它能夠輕松實現從 1.25V 到 37V 的寬范圍電壓調節，并提供高達 1.5A 的輸出電流，同時內置過熱和短路保護，極大地簡化了電源電路的設計。

　　從基本的穩壓電源到恒流源，從電池充電器到復雜的線性電源預穩壓，LM317 的應用場景極為廣泛。然而，為了充分發揮其性能并確保電路的穩定可靠，設計者必須深入理解其工作原理，并細致考量散熱、電容選擇、接地布線等關鍵因素。盡管現代電子技術發展迅猛，出現了更多高效、低壓差的穩壓器，但 LM317 依然是許多應用場景中成本效益高、易于實現且性能可靠的選擇。掌握 LM317 的設計與應用技巧，是每一位電子工程師必備的基礎知識。