基于可调式稳压器的直流稳压电源专业课程设计.doc

*电子技术课程设计总结报告题 目：可调直流稳压电源学生姓名： 李寒,王艺,朱捷 系 别： 电子信息工程系 专业年级： 级电子信息工程专业1班 指引教师： 张熙 6月基于可调式稳压器LM317直流稳压电源作品简述:已实现输入220v/50hz交流电输出恒定可调1.25-10(或22)v直流电.但由于各种因素导致附加功能(数码管显示)无法实现,下面将详细简介电路实现过程,芯片功能及问题因素.TAG： 可调式稳压器 LM317直流稳压电源 摘要：该设计重要运用可调式稳压器LM317实现直流稳压电源正负输出可调性。整个电源重要由变压器、整流电路、滤波电路，以及稳压电路几某些构成。其体积小，稳定性好且性价比较高。重要简介其详细实现及原理，并分析详细硬件电路工作原理及详细实现办法。结合单片机原理以及其她有关集成电路模块有关原理实现了直流稳压电源显示等详细功能。经重复实验，成果表白其具备灵活可调性，控制效果良好。该电源可广泛运用于电力电子、仪表、控制等实验场合。核心词：可调式稳压器；直流稳压电源；整流电路；滤波电路1、引言：在电子线路有关应用中，电源是其必不可少某些，电源系统质量优劣和性能可靠性直接决定着整个电子设备质量。直流稳压电源作为直流能量提供者，在各种电子设备中有着极其重要地位，它性能良好与否直接影响到电子产品精度、稳定性和可靠性。随着电子技术日益发展，电源技术也得到了很大发展，它从过去一种不太复杂电子线路发展到今天具备较强功能模块。人们对电源质量、功能和性能规定也随之变得越来越高。本文简介一种以可调式稳压器为核心构成正负输出可调直流稳压电源。该电源重要由电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等某些所构成。单向交流电通过这几某些电路后即可转换成正负输出可调稳定直流电压。在本电源设计中，不但制作了实用稳压电源，更是结合单片机原理、汇编语言等学科，提高电源性能和功能，使电源设备功能更加完善，使用以便，显示直观。初步实现了电子产品体积小、功能多、性能高、价格低、智能化等方面功能。2、电路所用核心元器件（1）LM317简介LM317 是美国国家半导体公司三端可调正稳压器集成电路。国内和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛一类串连集成稳压器。 LM317 输出电压范畴是 1.2V 至 37V，负载电流最大为 1.5A。它使用非常简朴，仅需两个外接电阻来设立输出电压。此外它线性调节率和负载调节率也比原则固定稳压器好。LM317 内置有过载保护、安全区保护等各种保护电路。 普通 LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM317 输入端连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能变化瞬态响应。调节端使用滤波电容能得到比原则三端稳压电路高多纹波抑制比。LM317 可以有许多特殊用法。例如把调节端悬浮到一种较高电压上，可以用来调节高达数百伏电压，只要输入输出压差不超过 LM317 极限就行。固然还要避免输出端短路。还可以把调节端接到一种可编程电压上，实现可编程电源输出。317稳压块存在一种最小稳定工作电流问题，可以通过设定R1和R2阻值大小，而使317稳压块空载时输出电流不不大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时可以稳定地工作。此时，只要保证Vo/（R1R2）1.5mA，就可以保证317稳压块在空载时可以稳定地工作。上式中1.5mA为317稳压块最小稳定工作电流。固然，只要能保证317稳压块在空载时可以稳定地工作，Vo/（R1R2）值也可以设定为不不大于1.5mA任意值。经计算可知R1最大取值为R10.83K。又由于R2/R1最大值为28.6。因此R2最大取值为R223.74K。在使用317稳压块输出电压计算公式计算其输出电压时，必要保证R10.83K，R223.74K两个不等式同步成立，才干保证317稳压块在空载时可以稳定地工作。固然在317稳压块输出端并联泄流电阻R，也可觉得317稳压块提供最小稳定工作电流。但是，由于并联泄流电阻不能随输出电压变化而变化，如果要保证317稳压块在输出电压为1.25V时，其输出电流不不大于其最小稳定工作电流，则在317稳压块输出电压为37V时，流过泄流电阻电流就太大了，这样不但挥霍了电能，并且增长了317稳压块承担，不是一种妥当办法。3、直流稳压电源实现原理本设计电路重要采用三端可调式集成稳压器LM317，构成正负输出可调稳压电源电路。本电源电路原理框图如图1所示，其重要由变压器、整流、滤波、稳压、等某些所构成。4、电路工作原理分析（1）电源变压器由于电源变压器副边电压有效值将决定背面电路需要，因此在此应选取输出电压有效值为12V电源变压器。（2）整流某些 该设计采用单相桥式整流电路(桥式KBP307)。其由四只二极管构成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u：整个周期内，负载上电压和电流方向始终不变。为达到这一目，需要在Uz正、负半周内对的引导流向负载电流，使其方向不变，设变压器副边两端分别为a和b，则a为“+”b为“一”时应有电流流出a点，a为“一”b为“+”时应有电流流入a点；相反，a为“+”b为“一”时应有电流流入b点，因而a和b点均应接两只二极管，以引导电流，详细电路原理如图2所示。如果桥式整流电路变压器副边中点接地，就应将两个负载电阻相连接且连接中点接地。依照桥式整流电路工作原理，当a点为“+”b点为“一”时，Dl、D3导通，D2、D4截止，U01=U2，U02=一U2；而当b点为“+”a点为“一”时，D2、D4导通，D1、D3截止，U01=一U2，U02=U2，这样两个负载上就分别获得正、负电压。若设变压器副边电压u2=U2sinwt，U2为其有效值。当u2为正半周时，电流由a点流出，经Dl、RL、D3流入b点，因而负载电阻RL上电压等于变压器副边电压，即uo=u2，D2和D4管承受反向电压为一u2。当u2为负半周时，电流由b点流出，经D2、RL、D4流入a点，负载电阻RL上电压等于一u2，即uo=一u2，D1、D3承受反向电压为u2。这样，由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2整个周期内均有电流通过，并且方向不变，则输出电压uo=| U2sinwt|。（2）滤波电路通过整流后直流电幅值变化很大，会影响电路工作性能。可运用电容“通交流，隔直流”特性，在电路中并人两个并联电容作为电容滤波器，滤去其中交流成分。电容滤波电路是最常用也是最简朴滤波电路，在整流电路输出端(即负载电阻两端)并联一种电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，因而普通均采用电解电容，在接线时要注意电解电容正负极。电容滤波电路运用电容充、放电作用，使输出电压趋于平滑。如果将两个滤波电容相连接，且连接点接地，就可同步得到输出电压平滑正负电源。在抱负状况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，因此电容两端电压相等。而当其上升到峰值后开始下降，电容便通过负载电阻放电，其电压也开始下降，趋势与电容两端电压基本相似。但是由于电容按指数规律放电，因此当其下降到一定数值后，电容将继续通过负载放电，电容两端电压按指数规律缓慢下降。总之，在电容充电时，回路电阻为整流电路内阻，即变压器电阻和二极管导通电阻，其数值很小，因而时间常数很小。电容放电时，回路电阻为RL，放电时间常数R。C普通远不不大于充电时间常数。因而滤波效果取决于放电时间。电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。换言之，当滤波电容容量一定期，若负载电阻减小(即负载电流增大)，则时间常数RLC减小，放电速度加快，输出电压平均值即下降，且脉动变大。故在此选取一种滤波电容2200。输出电压平均值U似蝴与放电时间常数RLC关于。RLC越大，电容器放电速度越慢，则输出电压所包括纹波成分越小，U驭越大。为获得平滑输出电压，普通取放电时间常数为：式中：T为交流电周期，在滤波电路放电时间常数满足上式关系时，可用下式对输出电压平均值约为电容两端电压12倍。滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述，近似估算时，其波形近似为锯齿波，此时脉动系数S可按下式近似估算，其中T为电网电压周期。当滤波电容选定后，输出电压平均值U0和输出电流平均值I0关系称为输出特性，脉动系数S和输出电流平均值I0关系称为滤波特性。电容滤波电路如图3（1）。输出特性和滤波特性如图3（2）所示。图3（1）电容滤波电路图图3（2）输出特性级滤波特性曲线表白，电容愈大电路带负载能力愈强，滤波效果愈好；电流平均值愈大(即负载电阻RL愈小)，电压平均值愈低，S值愈大。为减小输出电压脉动成分，采用滤波电容器容值越大越好，交流电源频率越高越好。当前在计算机、电视机等电子设备中采用了高频整流电源，它滤波电容容量就比50赫兹工频交流电滤波电容小得多。（3）稳压某些集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端，输出端和公共端，因而称为三端稳压器。按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路；前者输出电压不能进行调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到很宽调节范畴。便于实时控制，此设计采用可调式三端稳压器LM317。LM317可调式三端稳压器有三个引出端，分别为输入端、输出端和电压调节端(简称调节端)。调节端是基准电压电路公共端，其典型值为125V。其典型线性调节率为0.01，负载调节率为0.1，80dB纹波抑制比，其工作温度范畴为o至+125。LM317可调式三端稳压依托外接电阻来调节输出电压，为保证输出电压精度和稳定性，要选取精度高电阻，同步电阻要紧靠稳压器，防止输出电流在连线上产生误差电压。为了减小电位器上纹波电压，可在其上并联了一种lo电容，由于电容容量较大，一旦输入端断开，电容将从稳蘸器输出端向稳压器放电，易使稳压器损坏，因而在稳压器输入端和输出端之间跨接一种二极管，并置在输出短路时，曦套将向稳压器调熬端放电，并使调节管发射结反偏，为了保护稳压器，故加一种二极管。运用电容可以抵消输入线较长时电感效应，以防止电路产生壹激振荡，其容量较小，普通不大于1，故在此选取0.1。图4 LM317基本应用电路图5 LM317稳压电源电路。LM317输出电流为1.5A，输出电压可在1.2537V之间持续调节，其输出电压由两只外接电阻R1、RP1决定，输出端和调节端之间电压差为1.25V，这个电压将产生几毫安电流，经R1、RP1到地，在RP1上分得电压加到调节端，通过变化 RP1就能变化输出电压。注意，为了得到稳定输出电压，流经R1电流不大于3.5mA。LM317在不加散热器时最大功耗为2W，加上2002004mm3散热板时其最大功耗可达15W。VD1(IN4002)为保护二极管，防止稳压器输出端短路而损坏IC.VD2(IN4002)用于防止输入短路而损坏集成电路。安装时注意电容C2应接近IC输入端，C3应接近IC输出端，这样能更好地抑制纹波。5、设计环节及电路元件选取电路参数计算如下:大某些元件选取均有弹性。IC选用LM317或与其功能相似其他型号（如KA317等，可向售货员征询）。二极管选1N4001-1N4007均可，由于这里涉及到电压比较小。普通当整流输出电流大时， 必要用电解电容滤波稳压；输出电流小时， 用普通电容或电解电容滤波都可以，如果对直流输出电压有纹波系数规定或者为了防止高频噪音，用电解电容和小容量无极性电容并联使用效果较好。小容量电容可滤掉脉动直流中高次谐波，电解电容滤掉大幅值低频成分，稳压范畴宽、效果好。稳压范畴宽、效果好。整流滤波电路对电容器容量和耐压值规定不是太高，普通依照输出电流大小估算电容器容量， 输出电流大，容量就大； 电流小，容量就小。但是， 容量太大会减少输出电压值，太小则会导致电压脉动大、不稳定。故C1选取耐压不不大于16V、容量470-2200F电解电容均可。C2选用普通磁片电容即可，容量为10104=100000PF=0.1F。C3选取类似于C1，电阻选用1/8W小型电阻。图5是由LM317三端可调双电源稳压电路，正输出电压是可调。电路中VREF=V31(或V21)=1.2V，R1和R2=(120240),为保证空载状况下输出电压稳定，R1和R2不适当高于240。 R2和R2大小依照输出电压调节范畴拟定。变压器选取。输出电压为1.25-12V，最大电流可达100mA，因而变压器功率必要为6W以上，输出电压为两个12V变压器。6. 附加功能数码管显示输出电压值:电路图:1. 由于输出电压只有到12v,因此选取20v量程.2.ICL7107安装电压表头时某些要点：按照测量199.9mV来阐明。(1).辨认引脚：芯片第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片左下方为第一脚。也可以把芯片缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。许多厂家会在第一脚旁边打上一种小圆点作为标记。懂得了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2至第 40引脚。（1脚与 40脚遥遥相对）。(2).紧记核心点电压：芯片第一脚是供电，对的电压是 DC5V。第 36脚是基准电压，对的数值是 100mV，第 26引脚是负电源引脚，对的电压数值是负，在 3V至 5V都以为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31引脚是信号输入引脚，可以输入 199.9mV电压。在一开始，可以把它接地，导致0信号输入，以以便测试。(3).注意芯片 27,28,29引脚元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF阻容网络，这三个元件属于芯片工作积分网络，不能使用磁片电容。芯片 33和 34脚接 104电容也不能使用磁片电容。(4).注意接地引脚：芯片电源地是 21脚，模仿地是 32脚，信号地是 30脚，基准地是 35脚，普通使用状况下，这 4个引脚都接地，在某些有特殊规定应用中（例如测量电阻或者比例测量），30脚或 35脚就也许不接地而是按照需要接到其她电压上。 本文不讨论特殊规定应用。(5).负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905等芯片来提供，但是这规定供电需要正负电源，普通采用简朴办法，运用一种 +5V供电就可以解决问题。比较惯用办法是运用 ICL7660或者 NE555等电路来得到，这样需要增长硬件成本。咱们惯用一只 NPN三极管，两只电阻，一种电感来进行信号放大，把芯片 38脚振荡信号串接一种 20K56K电阻连接到三极管B极，在三极管C极串接一种电阻（为了保护）和一种电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管C极电压为 2.4V 2.8V为最佳。这样，在三极管C极有放大交流信号，把这个信号通过 2只 4u7电容和 2支 1N4148二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供应 ICL7107 26脚使用。这个电压，最佳是在 3.2V到 4.2V之间。(6).如果上面所有连接和电压数值都是正常，也没有短路或者开路故障，那么，电路就应当可以正常工作了。运用一种电位器和指针万用表电阻 X1档，咱们可以分别调节出 50mV,100mV,190 mv三种电压来，把它们依次输入到 ICL7107第 31脚，数码管应当相应分别显示 50.0,100.0,190.0数值，容许有 23个字误差。如果差别太大，可以微调一下 36脚电压。7.购买原件清单:电阻(欧姆）：24K*2 100K*4 470k*2 200*2 电位器：2K*4 1k*2 二极管：IN4007*15电解电容：2200uf*4 470uf*4 22uf*4 0.47uf*4 1uf*4 0.1Uf*4 100pf*4无极性电容：104*4熔断器含插座：1A*4散热片：若干插头：*2集成电路：LM317*2 ICL7107*2显示管：MAN6710*4(没买到,用代替品,成果导致问题所在)输入220v输出15v AC变压器焊接用导线：若干PCB板：120*80mm开关：点按式*4 普通按式开关*68. 浮现问题:数码管无法显示输出电压值,检查电路无连线问题,最后发现ic7107使用共阳极数码管,而由于采购原件数码管是共阴极,因此导致无法显示.由于时间限制和原件无法短期内获得,因此显示功能无法实现,但基本原理对的.9. 解决方案:更换数码管,未完毕.10、总结本系统重要以三端可调式集成稳压器LM317为核心部件，并结合荜片瓿等原理。该电源具备输出电压范畴宽，输出电流大，性能稳定等长处。能较好地进行数字亿信息显示及智能控制，不但提高了稳压电源综合性能，并且能防止负载短路、过载。通过其体设计及实际测试，充分证明了该系统设计方案可行性程有效性，各项性能指标均达到了预期规定，广泛合用于各种电子类研究及实验室，积极推动各种电子行业技术与质量管理事业迅速发展。