Regulador de Voltatge LM340T5 Tot el que necessites saber

El LM340T5 és un regulador de voltatge lineal positiu de tres terminals que converteix un voltatge d'entrada CC més alt en una sortida fixa i regulada de 5 V. Els seus tres pins són Entrada, Terra i Sortida, cosa que el fa senzill de connectar i utilitzar. Aquest article cobreix les seves especificacions, pinout, principi de funcionament, circuits d'aplicació, dissipació de potència, característiques de protecció, aplicacions, comparacions i possibles substitucions.

Catàleg

Característiques i Especificacions del LM340T5

Especificació	LM340T5 Valor
Tipus de regulador	Regulador de voltatge lineal positiu
Tipus de sortida	Fix
Nombre de sortides	Una
Voltatge de sortida nominal	5 V
Voltatge de sortida a 25°C	4.8 V a 5.2 V
Voltatge de sortida en condicions d'operació	4.75 V a 5.25 V
Càrrega de test nominal	Especificacions proporcionades fins a 1 A
Corrent de sortida màxim pràctic	Depèn del voltatge d'entrada, dissipació de calor i temperatura d'operació
Corrent de sortida màxim	2.4 A típic a 25°C
Corrent de curt circuit	2.1 A típic a 25°C
Voltatge d'entrada recomanat	Aproximadament 7.5 V a 20 V per a una regulació totalment especificada
Voltatge d'entrada CC màxim absolut	35 V
Voltatge de caiguda	2 V típic a 1 A i 25°C
Corrent de repòs	8 mA típic a 25°C
Corrent de repòs màxim	8.5 mA en el rang de temperatura d'operació
Regulació de línia	3 mV típic, 50 mV màxim a 25°C sota les condicions de test especificades
Regulació de càrrega	10 mV típic, 50 mV màxim a 25°C per un canvi de càrrega de 5 mA a 1.5 A
Rebuig de ripple	62 dB mínim, 80 dB típic a 120 Hz
Voltatge de soroll de sortida	40 µV típic de 10 Hz a 100 kHz
Resistència de sortida	8 mΩ típic a 1 kHz
Coeficient de temperatura de sortida	−0.6 mV/°C típic
Càrrega mínima utilitzada per a les especificacions de regulació completa	5 mA
Rango de temperatura d'operació	0°C a +125°C
Temperatura màxima de unió	150°C
Rango de temperatura d'emmagatzematge	−65°C a +150°C
Dissipació de potència interna	Limitat a nivell intern
Resistència tèrmica de la unió a l'ambient	54°C/W per al paquet TO-220 sense dissipador de calor
Resistència tèrmica de unió a caixa	4°C/W per al paquet TO-220
Protecció contra sobrecàrrega tèrmica	Integrat
Limitació de corrent de curt circuit	Integrat
Protecció de zona d'operació segura	Integrat
Susceptibilitat a ESD	2 kV
Tipus de paquet	TO-220 de tres terminals
Tipus de muntatge	Muntatge per perforació
Configuració de terminals	Terminal 1 Entrada, Terminal 2 Terra, Terminal 3 Sortida
Condensador de sortida	No requereix per a estabilitat bàsica, però 0.1 µF pot millorar la resposta transitària

LM340T5 Configuració de Pins i Funcions

Número de Terminal	Nom del Terminal	Funció del Terminal
1	Entrada	Es connecta a la font d'entrada DC no regulada positiva. La tensió d'entrada ha de romandre prou alta per sobre de 5 V per mantenir una regulació adequada.
2	Terra	Es connecta a la terra del circuit i serveix com a punt de referència per a les tensió d'entrada i sortida. La banda metàl·lica també està connectada elèctricament a terra.
3	Sortida	Proporciona la sortida DC regulada positiva de 5 V al càrrec. Un condensador de sortida opcional pot millorar la resposta transitària.

Principi de Funcionament del LM340T5

El LM340T5 converteix una tensió d'entrada DC més alta en una sortida fixa de 5 V. En el diagrama, el circuit de referència intern produeix una tensió estable. L'amplificador d'error compara contínuament aquesta referència amb una mostra de la tensió de sortida.

Quan la sortida cau per sota de 5 V, el regulador augmenta el nivell de conducció al transistor de pas, permetent que més corrent arribi al càrrec. Quan la sortida augmenta, redueix la conducció del transistor. Aquest procés de retroalimentació manté la sortida a prop dels 5 V malgrat els canvis en la tensió d'entrada o la càrrega.

El circuit intern també proporciona limitació de corrent, protecció de zona segura i desconnexió tèrmica. Com que l'excés de tensió es dissipa com a calor, el LM340T5 pot requerir un dissipador de calor quan funciona amb una alta tensió d'entrada o corrent de càrrega.

Circuit d'Aplicació Típic del LM340T5

Tres circuits típics del LM340T5: un regulador de sortida fixa, un regulador de sortida ajustable, i un regulador de corrent.

En el circuit de sortida fixa, el LM340T5 converteix una entrada DC més alta en una sortida regulada de 5 V. El condensador d'entrada de 0.22 µF ajuda a reduir el soroll d'entrada i és especialment important quan el regulador està lluny del filtre de subministrament d'energia. El condensador de sortida opcional millora la resposta transitària quan la càrrega canvia ràpidament.

El circuit de sortida ajustable utilitza resistències R1 i R2 per augmentar la sortida per sobre de 5 V. El LM340T5 manté uns 5 V entre els seus terminals de sortida i terra, mentre que la xarxa de resistències desplaça la referència a terra. Aquest circuit no pot regular per sota del nivell fix de 5 V del dispositiu.

El circuit del regulador de corrent utilitza la resistència R1 per establir un corrent de sortida quasi constant. El LM340T5 manté uns 5 V a través de R1, així que el corrent aproximat és:

La resistència ha de tenir una classificació de potència adequada per al corrent requerit.

Requisits de Tensió d'Entrada del LM340T5

El LM340T5 requereix una tensió d'entrada més alta que la seva sortida fixa de 5 V. Normalment necessita aproximadament 2 V de marge de tensió, però es requereixen aproximadament 7.5 V per mantenir la regulació de línia especificada amb càrregues de fins a 1 A. Si la tensió d'entrada cau massa baixa a causa de les fluctuacions del subministrament o la descàrrega de la bateria, el regulador entra en caiguda i la sortida pot caure per sota de 5 V.

Per a un funcionament adequat, l'entrada ha de romandre normalment dins de l'interval especificat a la fitxa de dades d'aproximadament 7.5 V a 20 V. El dispositiu té una classificació màxima absoluta d'entrada DC de 35 V, però aquest és un límit de dany, no una tensió d'operació recomanada. Una tensió d'entrada més alta també genera més calor, així que usar 35 V de manera contínua seria poc pràctic per a la majoria d'aplicacions de 5 V.

Capacitat de Corrent de Sortida i Càrrega del LM340T5

El LM340T5 està totalment especificat per a un corrent de càrrega de fins a 1 A i pot proporcionar més de 1 A quan se subministra una refrigeració adequada. Tanmateix, la seva capacitat real de càrrega depèn de la tensió d'entrada, la temperatura ambient, el dissipador de calor i el flux d'aire disponible. El regulador no pot proporcionar el seu màxim corrent de manera contínua si s'ha de dissipar una potència excessiva com a calor.

Per exemple, subministrar 1 A d'una entrada de 12 V requereix que el regulador redueixi 7 V i dissipi al voltant de 7 W. Sense un dissipador de calor adequat, es pot produir un apagament tèrmic abans que la càrrega rebi el corrent necessari. La càrrega connectada també ha de mantenir una tensió d'entrada prou alta per a la regulació i romandre dins dels límits tèrmics segurs del regulador.

LM340T5 Dissipació de Potència i Càlcul del Dissipador de Calor

El LM340T5 converteix la diferència entre les seves tensions d'entrada i sortida en calor. La seva dissipació de potència aproximada es calcula utilitzant:

PD≈ (V_IN−V_OUT) × I_OUT

Per a una entrada de 12 V, una sortida de 5 V, i una càrrega de 1 A:

PD= (12V−5V) × 1A =7W

La temperatura de unió aproximada sense un dissipador de calor és:

TJ=TA+(PD×θJA)

Per al paquet TO-220, la fitxa tècnica dóna una resistència tèrmica de unió a ambient d'aproximadament 54°C/W sense un dissipador de calor. A 7 W, l'augment de temperatura calculat seria d'uns 378°C, que està molt més enllà del límit segur. Per tant, un dissipador de calor és essencial en aquest exemple.

La resistència tèrmica màxima allowable del dissipador de calor es pot estimar utilitzant:

Aquí, és d'aproximadament 4°C/W per al paquet TO-220, mentre que representa la resistència tèrmica entre el case i el dissipador de calor. Per al funcionament fiable, utilitzeu una temperatura de disseny per sota de la temperatura màxima absoluta de unió i incloeu un marge de seguretat.

LM340T5 Característiques de Protecció i Seguretat

El LM340T5 inclou limitació de corrent interna per reduir el corrent de sortida durant una sobrecàrrega o un curt circuit. La seva protecció de zona d'operació segura també limita el transistor de pas en condicions on la tensió d'entrada alta i el corrent de sortida ocorren conjuntament. Aquestes proteccions redueixen el risc de danys immediats al dispositiu.

L'apagament tèrmic s'activa quan la temperatura interna és excessiva. El regulador redueix o interromp la seva sortida fins que la temperatura baixi. Tanmateix, l'apagament tèrmic repetit és un signe de mal disseny tèrmic i pot reduir la fiabilitat a llarg termini. Aquestes característiques internes no substitueixen un dissipada de calor correctament dissenyat, protecció d'entrada, una posada a terra adequada i l'operació dins dels límits de la fitxa tècnica.

LM340T5 Aplicacions

• Proporcionar una font de potència estable de 5 V per a taules de microprocessadors

• Regular la tensió d'alimentació per a mòduls de sensors

• Alimentar controladors i perifèrics en sistemes integrats

• Subministrar seccions de control en equips industrials

• Crear una línia fixa de 5 V en electrònica de consum

• Subministrar potència amb poc soroll per a equips d'àudio

• Suportar seccions de baixa tensió en equips de telecomunicació

• Reduir la tensió DC automotriu a un nivell regulat de 5 V

• Produir una sortida estable en fonts d'alimentació de laboratori

• Alimentar dispositius lògics i interfícies en taules de desenvolupament

• Subministrar potència local de 5 V en equips de prova i mesura

• Substituir reguladors fixes de 5 V en equips electrònics antics

LM340T5 vs 7805 Regulador de Tensión

Característica	LM340T5	7805 Regulador de Tensión
Tipus de regulador	Regulador lineal positiu estàndard	Regulador lineal positiu estàndard
Tensión de sortida	Fixe 5 V	Fixe 5 V
Corriente de sortida	Totalment especificat a 1 A i pot proporcionar més amb una refrigeració adequada	Versions comunes proporcionen 1 A a 1.5 A amb una refrigeració adequada
Tensió de caiguda típica	Aproximadament 2 V a 1 A	Comúment uns 2 V, depenent del model
Entrada recomanada	Aproximadament 7.5 V o superior per a una regulació completa	Comúment de 7 V a 8 V o superior
Tensión d'entrada màxima	35 V màxim absolut	Comúment de 30 V a 35 V, depenent del fabricant
Corriente quiescent	Aproximadament 8 mA típic	Comúment diversos miliamperes
Paquet principal	TO-220 de tres pins	Comúment TO-220, amb altres paquets disponibles
Configuració de pins	Entrada, Terra, Sortida	Normalment Entrada, Terra, Sortida, però verifiqueu la fitxa tècnica
Característiques de protecció	Limitació de corrent, apagament tèrmic i protecció de zona segura	Normalment limitació de corrent i protecció tèrmica
Disponibilitat del producte	El LM340T-5.0 original és obsolet	Moltes versions del 7805 romanen disponibles
Millor ús	Dissenys existents del LM340T5 i equips llegats	Regulació fixa de 5 V d'ús general

LM340T5 vs Regulador LDO

Característica	LM340T5	Regulador LDO
Tipus de regulador	Regulador lineal estàndard	Regulador lineal de baixa caiguda
Voltaje d'entrada	Fix 5 V	Fix o ajustable, depenent del model
Voltatge de caiguda	Aproximadament 2 V a 1 A	Normalment molt més baix, sovint per sota de 1 V
Voltatge d'entrada requerit	Aproximadament 7.5 V o superior per a una regulació completa	Alguns LDOs de 5 V poden operar amb entrades només lleugerament superiors a 5 V
Eficiència	Principalment determinada pel ratio de voltatge d'entrada a voltatge de sortida	També determinada pel ratio de voltatges, però una caiguda inferior millora el funcionament amb poc marge
Generació de calor	Alta quan l'entrada és molt superior a 5 V	Més baixa quan s'opera amb una petita diferència entre entrada i sortida
Corrent en reposo	Aproximadament 8 mA típic	Pot variar des de microamps fins a diversos miliamps
Requisits de condensadors	Generalment senzills i tolerants	El valor del condensador i els requisits d'ESR varien segons el model
Soroll de sortida	Baix en comparació amb molts reguladors de commutació	Versions de baix soroll estan disponibles
Funcionament amb bateria	Menys adequat a causa de la seva caiguda i corrent en reposo	Sovint millor per a equips alimentats per bateria

LM340T5 vs Buck Converter

Característica	LM340T5	Convertidor Buck
Mètode de conversió	Regulació lineal	Conmutació d'alta freqüència
Voltatge de sortida	Fix 5 V	Fix o ajustable
Eficiència	Aproximadament (VOUT/VIN)	Normalment molt més alt, depenent del convertidor i la càrrega
Pèrdua de potència	El voltatge excessiu es dissipa com a calor	L'energia es transfereix a través de components de commutació
Generació de calor	Pot ser alta amb caigudes de voltatge grans o corrents de càrrega	Normalment més baixa per a la mateixa conversió
Components externs	Requereix pocs components	Requereix un inductor, condensadors i de vegades un diod extern
Complexitat del circuito	Senzill	Més complex
Soroll de sortida	Generalment baix	Major ondulació i soroll de commutació
Interferència electromagnètica	Interferència de commutació molt baixa	Requereix un disseny i filtratge curosos
Marges de voltatge d'entrada	Necessita aproximadament 2 V per sobre de la sortida de 5 V	Alguns models operen amb una menor diferència d'entrada-sortida, però no tots
Requisits de dissipador de calor	Pot requerir un dissipador de calor	Sovint no requereix un al mateix nivell de potència
Vida de la bateria	Més baixa quan l'entrada és molt superior a 5 V	Normalment més llarga a causa d'una millor eficiència

Equivalents i Substituts

Substitució	Fabricant	Sortida	Capacitat de corrent	Compatibilitat
LM340AT-5.0/NOPB	Texas Instruments	Fix 5 V	Fins a 1.5 A	Substitució directa
LM7805CT/NOPB	Texas Instruments	Fix 5 V	Fins a 1.5 A	Substitució directa o propera
UA7805CKCS	Texas Instruments	Fix 5 V	Fins a 1.5 A	Substitució directa
L7805CV	STMicroelectronics	Fix 5 V	Fins a 1.5 A	Substitució propera
L7805ABV	STMicroelectronics	Fix 5 V	Fins a 1.5 A	Substitució propera
MC7805CTG	onsemi	Fix 5 V	Fins a 1 A	Substitució propera
MC7805ACTG	onsemi	Fixed 5 V	Fins a 1 A	Substitució propera
LM2940CT-5.0	Texas Instruments	Fixed 5 V	Fins a 1 A	Alternatives, no sempre directes
LM317T	Varis	Adjustable	Fins a 1.5 A	No és una substitució directa
Mòdul de regulador de commutació de 5 V	Varis	5 V fixos o ajustables	Depèn del model	Alternativa funcional

Dimensions Mecàniques

Fabricant

National Semiconductor va fabricar originalment el LM340T5 utilitzant el seu disseny de semicondactor analògic establert, fabricació de xips, assemblatge, empaquetatge i capacitats de proves elèctriques. L'empresa va produir el regulador en un paquet TO-220 de tres pins i va incorporar limitació de corrent interna, apagada per sobreescalfament i protecció de zona d’operació segura per donar suport a una operació fiable. Les seves instal·lacions de fabricació incloïen ubicacions als Estats Units, Escòcia i Malàisia, suportades per operacions de disseny i vendes internacionals. Texas Instruments va completar la seva adquisició de National Semiconductor al setembre de 2011, afegint els productes analògics de National, l’experiència tècnica i la capacitat de fabricació al negoci Analògic de TI.

Preguntes Més Freqüents [FAQ]

1. Es pot connectar el LM340T5 directament a una font d’alimentació CA?

No. El LM340T5Accepta només entrada CC. Una font CA ha de passar primer per un transformador o subministrament CA-CC adequat, rectificador i condensador de filtratge abans d'arribar al regulador.

2. Quins condensadors s'han de col·locar al voltant del LM340T5?

Un condensador d'entrada de 0.22 µF és recomanable quan el regulador està lluny del filtre d'alimentació. Un condensador de sortida de 0.1 µF és opcional per a l'estabilitat bàsica, però pot millorar la resposta transitària. Condensadors més grans poden ajudar a reduir el ripple de baixa freqüència.

3. Per què la sortida del LM340T5 conté ripple o soroll?

El ripple pot resultar d'un filtratge d'entrada deficient, cables llargs, posició de terra feble, canvis ràpids de càrrega o col·locació incorrecta del condensador. Col·loqueu els condensadors de bypass a prop dels pins del regulador i utilitzeu connexions de terra curtes i de baixa resistència.

4. Es poden connectar dos reguladors LM340T5 en paral·lel per obtenir més corrent?

La connexió paral·lela directa no es recomana perquè petites diferències de voltatge de sortida poden fer que un regulador suporti la major part de la càrrega. Serien necessaris resistors de repartiment de corrent adequats o un disseny de transistor de pas extern.

5. Necessita el LM340T5 un díode de protecció?

Un díode de protecció pot ser necessari quan s'utilitza un gran condensador de sortida o quan l’entrada pot curtcircuitar-se mentre la sortida roman carregada. El díode proporciona un camí segur de descàrrega i ajuda a prevenir el corrent invers a través del regulador.

6. Pot el LM340T5 alimentar un Arduino o altra placa de desenvolupament de 5 V?

Pot proporcionar 5 V regulats si el corrent total de la placa es manté dins de la capacitat elèctrica i tèrmica del regulador. La sortida regulada s'ha deconnectar al punt d'entrada de 5 V correcte, no a una entrada de voltatge més alt destinada a un regulador a bord.