Faut il bannir le régulateur variable LM317 ?

[Yffig]

Bonsoir à  toutes et à  tous !

Lors de son live du 15/09, Bertrand nous a fait part de ses "mésaventures" lors de l'utilisation du LM317.
Sa "mésaventure" relève du syndrome RTFM..., et je voudrais ici soumettre à  votre propre sagacité mes mésaventures avec cette puce bien que j'ai toujours soigneusement "Read The F... Manual", à  savoir la datasheet.

L'incident se produit lors de l'utilisation du LM 317 en régulateur variable conformément à  la datasheet ST Micro (vrai aussi avec celle de National Semiconductors.) dont je joins le schéma de principe ("LM317 as variable regulator.jpg").
Le principe en est très simple: la tension de référence (typ. 1.25V) disponible entre ADJ et Output créé un courant I sur la résistance R1 qui retourne au 0v par la résistance variable R2. Cela fournit en sortie une tension très proche de Vref x (1+R2/R1) si la résistance R1 est au max de 240 ohms afin de "tirer" les 5 mA minimum demandés par le LM317.
On peut ainsi théoriquement construire une petite alim variable de Vref à  NxVref, de l'ordre de 25v/30V à  peu de frais, SAUF QUE:
-DE MA propre expérience,  le potard R2 finit toujours par cramer lorsque qu'on l'utilise en bas de sa course (donc pour des tensions proches de Vref en sortie): cf la pièce jointe "Potard 1K-2W.jpg" où l'on distingue clairement le début de piste détérioré.... (j'ai eu la même chose avec R1=240 ohms et Potard Piher 4K7 0.2W).

Mon diagnostic est le suivant: le potard ne peut dissiper les 2W annoncés (0.2W dans le cas du Piher) que sur la longueur totale de sa piste. Si l'on utilise qu'une toute petite partie de la piste, la puissance admissible devient alors très réduite et quasi nulle tout en bas...
OR R1 et Vref fonctionnent comme une SOURCE DE COURANT I= Vref/R1 et même si R2 devient petit, P=RI² devient grand vis à  vis de ce que le petit bout de piste peut dissiper. Ce fonctionnement en source de courant paraît même interdire toute tentative de solution genre une petite résistance de valeur ~R1 dans le retour au 0v.

Si vous avez des suggestions... ou des infos déjà  publiées sur ce problème ?

La question était donc  "Faut il bannir le régulateur variable LM317 ?"
Perso, je dirais qu'il faut bannir l'utilisation d'une résistance R2 VARIABLE tel que suggéré par la datasheet ST Micro (ou NS) et se limiter à  une résistance R2 FIXE (ce que les 2 datasheets ST Micro et National Semiconductors (mai 1996) écrivent sans insister suffisamment sur ce point: "or by connecting a fixed resistor between the adjustment pin and output" alors qu'il dessinent à  côté R2 VARIABLE !

NB: Lorsque la piste du potentiomètre part en fumée (et ce n'est pas une image..., ça crame vraiment!), la tension de sortie du LM317 passe à  Vin... et cela risque d'être aussi le cas du montage alimenté... Un bidouilleur averti en vaut 2 !

Bonne lecture

Yffig

[Curiosus]

Bonjour Yffig, et tout le forum,

écrit par Yffig :  Lorsque la piste du potentiomètre part en fumée (et ce n'est pas une image..., ça crame vraiment! )

ça ne devrait pas arriver,  c'est une mauvaise conception du montage, normalement, on mets toujours une résistance de buté pour éviter se genre d'incident.

Cette résistance de buté doit être calculé en fonction du potentiomètre utilisé, sur la datasheet il explique la théorie sans se soucié de la puissance du potentiomètre.

A+

[papyblue]

Bonjour Yffig,

Si j'ai lu la datasheet, un courant minimum de sortie est exigé et le courant entrant dans la broche ADJ est négligeable.
En appliquant la loi d'Ohm, pour un potentiomètre de 1K ohms de 2W  on ne doit pas dépasser un courant de 44 mA.
Dans le montage considéré, pour une tension VS de 30V et une résistance R1 de 240 Ohms le courant atteint 125 mA soit environ le triple.
Question : pourquoi vouloir faire passer le courant de sortie minimum dans le potentiomètre ? il suffit peut-être de séparer les exigences.

PB   

[Yffig]

Bonsoir Curiosus,

Merci pour votre contribution mais:
-"ça ne devrait pas arriver": bin si, non seulement cela arrive mais c'est reproductible: après avoir publié mon post j'ai remis la main sur un potard de 5K de marque Alpha sans doute 0.1 ou 0.2W, pris un LM317 de chez ST tout neuf, une résistance de 240 ohms (=> I constant de ~5 mA) , deux condos de découplage et monté l'ensemble sur  un breadboard (le montage précédent était sur un véroboard). Avant de mettre sous tension, j'ai mesuré (en 4 fils sur un Keysight 34461A) la résistance entre le point froid du potard et son curseur lorsque le potard est réglé au minimum : j'ai mesuré 2.7 ohms.
Avec une tension d'entrée de 20V,  à  la mise sous tension, le potard a fumé DIRECT ! A l'autopsie, la piste de carbone est cramée sur un angle d'environ 30° (comme c'était le cas du 1K-2W de référence WTH118).

-" c'est une mauvaise conception du montage": NON. il n'y a aucune "conception" du montage, j'utilise les précos de la datasheet et Velleman en fait même un kit (le K1823) dont on trouve la doc et le schéma:
https://www.velleman.eu/downloads/0/illustrated/illustrated_assembly_manual_k1823.pdf

- enfin concernant la "résistance  de butée", j'explique dans mon premier post pourquoi c'est illusoire: elle ne changera jamais le courant traversant le potard qui est fixé par Vref/R1, pas par le potard lui même, ni par des résistances de butée.

Concernant le design du LM317, je ne me permettrais jamais de critiquer les génies de l'analogique de chez NS qui ont pondu ce circuit (Bob Pease & al., RIP). J'ai cherché sur tout le Net, en anglais bien sûr, pour voir si qqu'un avait rencontré ce problème: RIEN !
Des LM317, il y en a au moins des 10-aines voire des 100-aines de millions en service et j'en utilise abondamment moi même (toujours avec des résistances fixes ou un petit ajustable entre deux résistances fixes pour régler finement la tension de sortie) et je n'avais jamais eu le moindre pb.  C'est pour cela que j'ai posté mon expérience sur le forum: 3 potards partis en fumée (en fait 4), ça ne peut pas être une simple conjonction de coïncidences, y a forcément une raison que, pour l'instant, j'ignore...

PS: J'ai vu le message de PapyBlue, j'y répondrai dans la soirée.

Cordialement
Yffig

[Yffig]

Bonsoir PapyBlue,

Merci  d'intervenir sur ce fil, vos lumières sont très souvent précieuses ;) . J'espère aussi celles de Loulou31 qui pourraient éclairer ce dysfonctionnement que je n'arrive pas appréhender.

Tout d'abord, je vais rappeler le fonctionnement assez particulier du LM317, puis répondre à  votre message et enfin préciser le contexte du montage du LM317 que j'ai maquetté.

-Le LM317 est un régulateur de tension variable assez particulier...
En effet contrairement à  ce que l'on a l'habitude de rencontrer (ex. TL431, boucle d'asservissement de tension par Vref et ampli op, régulateurs à  découpage type LM2596, etc.), il n'utilise pas une classique référence de tension référencée au 0v MAIS référencée par rapport à  la tension de sortie et, compte tenu de son schéma d'application typique similaire aux schémas "classiques", il est  fréquent de ne pas voir cette différence fondamentale.
La référence de tension interne apparaît donc entre les bornes OUTPUT et ADJ et donc de R1: c'est une valeur classique d'environ 1.25V (par bandgap ?).
Cette tension Vref est associée à  une résistance externe (R1) pour générer un courant constant qui alimente une résistance R2 qui retourne au 0v. La pin ADJ est utilisée pour mesurer et asservir la tension Output mais c'est surtout une sortie: courant toujours sortant (Iadj de 50µA typ.)
La tension Output est alors = Vref+(Vref/R1)*R2+R2*Iadj souvent simplifiée en Vref*(1+R2/R1) puisqu'il est recommandé d'utiliser une valeur de R1 permettant de faire débiter au moins 5 mA "à  vide"( Minimum Load Current de la Datasheet) d'où la valeur de R1 recommandée de 240 ohms (1.25/240=env.5 mA), alors les 50 µA de Iadj seront négligeables.Je crois que c'est l'essentiel de ce qu'il faut comprendre du LM317.

Concernant vos remarques:
-1/"courant min de sortie": respecté par R1= 240 ohms pour R2= 5K (et dans le cas du potard 1K/2W, j'ai mis R1 = 51 ohms soit 25 mA).

-2/ il n'y a jamais de "courant entrant" sur la pin ADJ si on en croit la datasheet. De plus cette pin provient de 2 émetteurs de BJT NPN (Q17 et Q19) qui, à  priori en régime permanent, ne peuvent que fournir du courant (typ. 50µA), pas en consommer.

-3/"En appliquant la loi d'Ohm, pour un potentiomètre de 1K ohms de 2W  on ne doit pas dépasser un courant de 44 mA":
Tout à  fait !  En référence au point 1, il est fixé à  25 mA par R1=51 ohms (donnée omise lors de mon premier post, dont acte !)

-4/"Dans le montage considéré, pour une tension VS de 30V et une résistance R1 de 240 Ohms le courant atteint 125 mA soit environ le triple.":
NON ! la tension sur R1 est toujours de 1.25V quelque soit la tension de sortie. La valeur de 125 mA que vous calculez est donc erronée. J'ai donc alors sur R2: 25mA*1K = 25V et donc 625mW<<2W.

Pourquoi j'ai maquetté cette petite alim linéaire ?:
J'avais besoin de tester un projet de prérégulation d'alimentation linéaire par un LM2596. Une petite alim linéaire de 3v à  25v , 1A convenait à  ce besoin.

Je ne m'attendais pas à  autant de déboires.... même si les résultats obtenus par la prérégulation sont très satisfaisants et me permettaient d'envisager de publier sur le forum. Je vais donc faire une alim linéaire plus classique 0-30v/3A (ça ne sera pas ma première  :P ) pour les besoins de ces tests mais ce ne sera pas aussi rapide.

Cordialement

Yffig

[Yffig]

reBonsoir PapyBlue:
J'avais oublié votre dernier point:
"Question : pourquoi vouloir faire passer le courant de sortie minimum dans le potentiomètre ? il suffit peut-être de séparer les exigences."

Ma réponse:
Ce n'est pas le courant minimum qui passe dans le potentiomètre mais le courant constant Vref/R1 qui donnera la tension de sortie Vref + Vref*Pot/R1.

Quant à  " il suffit peut-être de séparer les exigences.": je ne vois pas de quoi il s'agit,  je pense que vous vous méprenez sur le fonctionnement du LM317 et j'espère vous avoir éclairé.

Bonne soirée

Yffig

[papyblue]

Bonjour Yffig,

Merci pour vos explications, je n'avais pas pris le temps de lire la datasheet en détail :'(. Quand on raisonne en régime stabilisé, on ne voit pas d'explication à  la destruction de la piste du potentiomètre. Mais que se passe-t-il si celui "crache" ? Une micro-coupure fait apparaître la tension de sortie maximum à  ses bornes et lors du rétablissement du contact le courant n'est limité que par R1 le temps que la boucle d'asservissement ne le ramène à  5 mA. Ce mécanisme répété peut dégrader la piste et amplifier le phénomène.

Bien sûr ce n'est que le fruit de mon imagination, mais peut-être un début de "piste" qui celle-ci brûlera moins vite. ;)

PB

[Yffig]

Bonsoir PapyBlue,
Merci pour votre réponse.
Mon analyse de départ était que le début de la piste pouvait subir un échauffement excessif. Cette analyse peut se justifier par le calcul suivant:
Le potard est linéaire, donc sa résistance Rpot (angle) est 5K*angle/angle total et il dissipera Rpot*I² (I=5mA).
Si la puissance DISSIPABLE est Ptot, et sous l'hypothèse que celle ci varie aussi linéairement avec l'angle on aura l'inégalité suivante:
5K*angle_courant*I²/angle total < Ptot *angle_courant/angle total soit en évitant le cas angle_courant=0°:
5K*I² < Ptot, et I < racine(Ptot/5K).
Pour Ptot= 0.1W, cela donnerait I < 4.5 mA, donc effectivement cela est trop élevé en régime permanent, qq soit l'angle puisque le courant est de ~5 mA mais:
Toujours pour un pot de 5K et de Ptot=0.15W => I < 5.5 mA, et si Ptot =0.2W => I < 6.3 mA.
Cela signifierait que le potard serait de Ptot inférieure à  ses specs, why not ?
MAIS par contre pour un potard de 1K et donné pour 2W, le courant I devra être < à  45 mA OR il était de 1.25V/51ohms ~25 mA. Cela invalide donc cette analyse...

Une autre analyse à  laquelle j'avais songé était que le LM317 oscillerait avec une valeur peak to peak proche de Vout (malgré la présence de Cin=0.1µ céramique et Cout=1µ tantale que j'avais placés) sur la pin ADJ qui est une sortie alimentée par les 2 transistors Q17 et Q19. Mais la  datasheet NS inclus des résistances en série sur cette pin ADJ, en particulier une R14 de 12K qui invalide la possibilité d'un courant trop important sur cette pin. Bien sûr je n'avais aucune raison de placer une sonde de scope sur cette pin, donc je ne l'ai pas fait...
Curieusement le schéma implémenté par Velleman utilise un condo de 10µ sur cette pin ADJ (justifié selon la DS par la réjection de la ronflette mais pas pour des besoins de stabilité en fréquence) et aussi la résistance R1 est de 120 ohms soit un courant de 10mA ET une puissance max de 0.6W alors qu'elle ne dissipera que 12mW.
Auraient-ils détecté un "lézard" ?

Votre hypothèse de µ-coupure de piste est effectivement un "début de piste"  :) mais sur 4 potards "flambants"neufs  :), j'ai du mal à  adhérer à  celle-ci

Pour essayer de finaliser rapidement mes tests de Pré-Régulation, j'avais une paire de LM338K (boîtier T03 donnés pour 5A) achetés 1.50 € pièce sur BangGood que je savais être très certainement des fakes mais comme c'est une version plus musclée des LM317, j'en ai essayé un ce matin (sans potard, uniquement des résistances fixes): à  1A= OK, à  2A  il s'est transformé en fusible !

Je vais donc devoir faire une 0-30/35v (40V max en entrée) / 3A minimum (plutôt 5A) dédiée et j'en profiterai pour implémenter:
- le fail-safe OVP que j'ai présenté sur le fil créé par Cécile
- deux potards tension régulée (gros et fin) afin de balayer rapidement la gamme de tension
- une mesure de courant en mode AMONT par un ACS712/5A et limitation de courant variable à  partir de cette mesure
- une limitation OCP (3A) par résistance série + BJT et désactivable
- une sortie de tracking de V régulée (suivi) destinée à  piloter une prérégulation LM2596 avec réglage du "Drop Out Voltage"
Bon, ça ne sera pas fait fin de semaine prochaine malheureusement.

Cordialement

Yffig

[papyblue]

Bonjour Yffig,

je continue à  réfléchir sur votre problème car il doit bien y avoir une explication. La seconde idée (seconde piste) est un phénomène qui se produirait à  la mise sous tension ou à  la coupure qui ferait qu'un court instant le courant ne serait plus limité que par R1. Avez-vous mis une diode en inverse entre l'entrée et la sortie du régulateur ?

PB

[Yffig]

Bonjour Papy Blue,
Non je n'avais pas mis de diode entre entrée et sortie du LM317 (la D1 de la DS de NS): elle sert normalement à  protéger le LM317 en cas de short sur l'entrée (ou si une grosse capa en sortie se décharge moins vite que celle en entrée).
En pratique, j'en mets toujours une (cf le schéma que j'ai fourni le 9 mai sur le fil de Cécile auquel vous aviez été le premier à  répondre avec pertinence: http://forum.bidouilleur.ca/index.php?topic=509.0).
Moi non plus je ne ne résigne pas... J'ai commandé ce matin sur AliExpress un lot de potards 5K à  20 cts pièce qui vont voir de quel bois je me chauffe :) (des LM 317 ST il m'en reste assez). Je ferai un PCB avec la possibilité de toutes les options possibles : condo de filtrage sur ADJ, et les 2 diodes de protection ainsi que des sondes d'enregistrement de transitoires sur les 3 pins du LM317.
Si ma mémoire est bonne, le 1er LM317 m'avait permis de vérifier que la fonction de tracking sur le LM2596 était OK sur une charge de 51 ohms 10W et ce n'est que lorsque j'ai voulu reprendre les tests à  partir de Vout minimun (soit 1.25v) que ça a foiré.
Sur le dernier test que j'ai fait (sur breadboard), l'état de surchauffe du curseur , genre alliage de cuivre, qui frotte sur la piste semble prouver qu'il ne s'agit pas d'un courant de qq mA: je vais voir si je peux en faire une photo .
Cordialement
Yffig

[papyblue]

Dans cette situation, il faut sortir le méthodes 6m ou 5 pourquoi ! ;) (déformation professionnelle)

PB

[Yffig]

Désolé PapyBlue, pas pigé le joke !

[papyblue]

Bonsoir Yffig,

Ce n'était pas une plaisanterie, ce sont des méthodes de recherche de causes racines. 6M est aussi connu sous le nom d'Ishikawa.

Bonne soirée.

[Yffig]

Merci PapyBlue pour ces infos qu'une recherche sur le Net permet effectivement de documenter.
J'ignorais ces méthodes: j'ai arrêté l'électronique en tant que métier en 1984 pour passer aux Architectures de Réseaux, puis repris la bidouille (commencée en 1964 quand même...) un peu avant ma retraite, vers 2010... mais c'est comme le vélo, on n'oublie pas, même si j'ai raté 26 ans d'évolutions.
Cordialement.

[papyblue]

Bonjour Yffig,

Et bien moi aussi j'ai repris la bidouille un peu avant ma retraite, j'ai quitté l'électronique pour faire de l'ingénierie de systèmes et j'ai fini ma carrière comme responsable Assurance Qualité. C'est d'ailleurs dans ce dernier poste que j'ai eu la chance de mettre en oeuvre ces méthodes et de voir leur efficacité. Elles sont valables pour tous les domaines mais pour être efficaces nécessitent d'avoir du monde et du temps pour un bon "brainstorming".
Pour la petite histoire, j'avais longtemps pensé que l'électronique d'aujourd'hui (CMS) n'était plus à  la portée de l'amateur jusqu'au jour où j'ai découvert que les Chinois avaient eu la bonne idée d'en faire des petites plaquettes manipulables.
Encore pour la petite histoire, j'ai commandé un jour sur "Ali" un récepteur SDR et une fois de plus je n'avais pas pris le temps de tout lire et j'ai eu la surprise de le recevoir en kit et sans notice. Je me suis précipité sur mon moteur de recherche favori pour trouver comment monter cet engin et c'est là  que je découvert l’existence d'ElectroBidouilleur. Depuis j'ai découvert qu'il y avait d'autres chaines YT spécialisées en électronique.

Cordialement.

PB