【正文】 I 摘 要 當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來(lái)的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路 電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。 常用的穩(wěn)壓電源有交流和直流之分， 當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬(wàn)別。 不可否認(rèn)電源已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于我們生活的方方面面，所以，學(xué)習(xí)并了解電源的制作原理和技術(shù)對(duì)于我們的生產(chǎn)和發(fā)展都具有積極的意義。 由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。 提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位 。 本文主要設(shè)計(jì)并制作數(shù)字顯示的直流穩(wěn)壓電源。本電源作為一個(gè)微型啟動(dòng)器，具有可調(diào)整電壓，調(diào)壓范圍是 ，而且具備輸出電壓可以顯示的功能。本文介紹了直流穩(wěn)壓系統(tǒng)的總體的設(shè)計(jì)方案，它主要由變壓器部分、整流濾波部分、穩(wěn)壓部分、電壓數(shù)字顯示部分和輸出部分組成。電源的穩(wěn)壓部分用三端集成穩(wěn)壓管 LM317 完成，數(shù)字顯示部分用 ICL7107 芯片完成。 ICL7107 是一種市場(chǎng)上應(yīng)用非常廣泛的集成芯片，內(nèi)置程序，可以直接驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)的顯示部分是采用 ICL7107 芯片制作 LED 顯示的數(shù)字電壓表，并聯(lián)到輸出端，完成電壓顯示的功能。本電源具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活，成本低，效率高，調(diào)整精度高等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上有很好的應(yīng)用前景。 II 1 前 言 穩(wěn)壓直流電源的研究背景 直流穩(wěn)壓電源一般由三大部分組成，它們分別是變壓器部分，整流濾波部分和穩(wěn)壓器部分。通過(guò)變壓器把 220V 的市電變?yōu)殡娫此枰牡蛪航涣麟?，然后?jīng)過(guò)整流器，把交流電變成直流電，但是這時(shí)候的直流電并不穩(wěn)定，需要經(jīng)過(guò)濾波后，再由穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的直流 電。本設(shè)計(jì)采用 lm317 芯片作為集成穩(wěn)壓電路的芯片，不僅電路簡(jiǎn)單，而且電壓可以在 內(nèi)連續(xù)可調(diào)，而且它效率高，性能好，有較高的調(diào)整精度，各方面都適合設(shè)計(jì)的要求。本電源在市場(chǎng)上很有應(yīng)用前景，可以作為收音機(jī)或掌機(jī)的外接電源，也可以用作手機(jī)電池的充電器，功率高點(diǎn)的還作為小型電視或其他家用電器的電源。 直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的儀器之一，它現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用在學(xué)校教學(xué)，科學(xué)研究等領(lǐng)域，是電子設(shè)計(jì)人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和科學(xué)研究必不可少的電子儀器。在日常的電子電路中，供電電源常常要用到穩(wěn)壓直流電源。所以，穩(wěn)壓直 流電源具有非常重要的研究意義。 在日常生活中，很多家用電器或者 IT 產(chǎn)品都要用到穩(wěn)壓直流電源供電。但是在實(shí)際生活中，我們的家庭用電都是用到 220V 的交流電網(wǎng)。這就需要通過(guò)變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓電路來(lái)將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓的直流電，供家用電器使用。變壓器可以將 220V 的交流電轉(zhuǎn)換成適合用電器的低壓交流電。整流器由二極管組成，用于濾去整流輸出電壓中的紋波。 課題的主要內(nèi)容 電源的輸出控制 本系統(tǒng)利用 lm317 的穩(wěn)壓及其電壓可調(diào)的功能，通過(guò)旋轉(zhuǎn)接在調(diào)整腳的電位器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓在 內(nèi) 連續(xù)可調(diào)，調(diào)整精度較高。 LM317 的電壓調(diào)整電路圖如圖 1所示。 III VI3VO2ADJ1U1LM 31 7 LR122 0 RR V 1P O T 圖 1 lm317 的電壓調(diào)整原理電路圖 如圖 1所示，通過(guò)調(diào)整可調(diào)電阻 RV1 的阻值，就可以調(diào)整輸出電壓 Vo 的大小。所以，如果希望調(diào)整的精度高，可調(diào)電阻 RV1 的調(diào)整精度也要高。 穩(wěn)壓直流電源的功能 本設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓直流電源，除了可以輸出穩(wěn)定的直流電壓和實(shí)現(xiàn)電壓的平滑連續(xù)可調(diào)外，還有數(shù)顯功能，能夠用 LED 數(shù)碼管顯示輸出端的電壓。 性能指標(biāo) 輸出最大電壓： 20V 輸出最小電壓： 輸出最大電流： 最大傳 送功率： 20W 論文的總體結(jié)構(gòu) 第一部分主要介紹課題的背景，研究意義，介紹本文的主要研究?jī)?nèi)容，包括實(shí)現(xiàn)的功能和性能指標(biāo)等。 第二部分提出穩(wěn)壓直流電源的總的設(shè)計(jì)思路和幾種可行的方案，以及各方案實(shí)現(xiàn)的功能，并對(duì)這些不同的方案進(jìn)行分析，最終選擇了本方案，并對(duì)本方案需要用到的元器件進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 IV 第三部分對(duì)選擇的方案進(jìn)行分析闡述，把電路分模塊地論述，給出各部分電路圖。 第四部分對(duì)穩(wěn)壓直流電源的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估，以及對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行研究。 第五部分給出設(shè)計(jì)的實(shí)物圖。 第六部分對(duì)本穩(wěn)壓直流電源給出本 課題的結(jié)論，作結(jié)束語(yǔ)。 2 方案的選擇和設(shè)計(jì)思路 方案設(shè)計(jì)與論證 1 輸出電壓范圍 ； 2 波紋系數(shù)盡量小，輸出穩(wěn)定； 3 能數(shù)字顯示電壓。 三個(gè)方案的選擇： 方案一：開關(guān)電源，采用 PWM 脈寬調(diào)節(jié)。它的功耗比較小，效率高，穩(wěn)壓范圍寬，電路的形式多樣。但是， PWM 占空比的線性變化使相應(yīng)的電流呈非線性變化，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)濾波電容的存在對(duì)占空比很小的 PWM 波積分效果明顯，導(dǎo)致電壓的非線性變化更顯著，特別是 PWM 占空比很小的時(shí)候，即希望調(diào)出很小的電壓的時(shí)候。 方案二：用單片機(jī)控制輸出電壓的調(diào)整，使用電壓 采樣電路，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。主要由微控制器模塊，穩(wěn)壓控制模塊，電壓采樣模塊，顯示鍵盤模塊，電源模塊五部分組成。方案二系統(tǒng)框圖如圖 2所示。 圖 2 方案二系統(tǒng)框圖 掉電貯存單元 51 單 片 機(jī) LCD 顯示單元 電壓控制單元 按鍵電路 電壓 /電流采樣電路 輸出 電源電路 V 方案三：利用 lm317 集成穩(wěn)壓芯片為核心，通過(guò)變壓器之后整流濾波再穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的直流電。再用 ICL7107 芯片制作數(shù)字顯示電壓表頭，芯片的供電也是用 lm317 制作+5V 的穩(wěn)壓電源提供。方案三系統(tǒng)框圖如圖 3 所示。 圖 3 方案三系統(tǒng)框圖 根據(jù)課 題的要求最終選擇方案三，雖然方案三電壓調(diào)節(jié)精度不及方案二，但是連續(xù)可調(diào)的直流電壓比較符合課題，方案二中的數(shù)控直流電源是步進(jìn)調(diào)壓的。而且方案三具有電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，而且經(jīng)過(guò)調(diào)試，其電壓輸出穩(wěn)定，調(diào)壓精度高，效率高，完全符合課題的要求。 芯片的選擇 LM317 三端可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器 Lm317 是可調(diào)節(jié)三端正電穩(wěn)壓器，在輸出電壓的范圍是 的時(shí)候能夠提供超過(guò) 的電流，此穩(wěn)壓器非常容易使用，只要兩個(gè)外部電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外，還使用內(nèi)部限流，熱關(guān)斷和安全工作 區(qū)補(bǔ)償從而使之能防止燒斷保險(xiǎn)絲。 Lm317 是應(yīng)用很廣泛的集成電路之一。它不僅能構(gòu)成三端穩(wěn)壓電路的最簡(jiǎn)單形式，同時(shí)輸出電壓具有可調(diào)的功能。此外，它還有眾多的優(yōu)點(diǎn)，例如，調(diào)壓范圍寬，穩(wěn)壓性能好，噪聲低，紋波抑制比高。它的主要性能參數(shù)如下： 輸出電壓： DC； 輸出電流： ； 保護(hù)電路：芯片內(nèi)部有過(guò)熱，過(guò)流，短路保護(hù)電路； 最大輸入輸出電壓差： 40V DC； 最小輸入輸出電壓差： 3V DC 220AC 輸入 變壓器 LM317 穩(wěn)壓 電路 輸出 ICL7107 LED 顯示 VI 集成穩(wěn)壓器有多種型號(hào)供選擇，每種型號(hào)有著不同的性能指標(biāo)，可用于功能要求不一樣的各種電路。表 1 為幾種集成穩(wěn)壓器的型號(hào)與性能指標(biāo)： 表 1 幾種集成穩(wěn)壓器的型號(hào)與性能指標(biāo) 類型 三段固定 三端可調(diào) 大電流可調(diào) 參數(shù) 符號(hào) 單位 78Mxx、 79Lxx lm31 LM337 LM138 輸入電壓 V1 V +（ 840） +（ 340） 35 輸出電壓 V0 V +（ 524） +（ ） 最小電壓差 （ ViVo） min V +() 電壓調(diào)整率 Sv %V 318 電流調(diào)整率 Si % 1215 溫度系數(shù) S錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 /℃ 300 (075) ℃ 紋波抑制比 RR dB 536 60 6 7780 6075 調(diào)整端電流 Id uA 50、 65100 輸出阻抗 Zo Ω 最小負(fù)載電流 Iomin mA 輸