【正文】 數(shù)顯式直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 英文題目 : Digital DC power supply circuit design 學(xué) 院 : 共青學(xué)院 系 別 : 信息工程 系 專 業(yè) : 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí) : 09 應(yīng)用電子技術(shù)（ 1）班 學(xué)生姓名 : 余韋 學(xué) 號(hào) : 8210909051 指導(dǎo)老師 : 愈金華 起訖日期 : 二 ○ 一 一 年 十一 月 II 摘 要 當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路 電源電路。 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。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。 6 結(jié)語 ...................................................................................................................................... 31 結(jié)論 ................................................................................................................................... 31 體會(huì) ................................................................................................................................... 31 致謝 ............................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。本設(shè)計(jì)采用 lm317芯片作為集成穩(wěn)壓電路的芯片，不僅電路簡單，而且電壓可以在 ，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。所以，穩(wěn)壓直流電源具有非常重要的研究意義。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。 2 VI3VO2ADJ1U1L M 3 1 7 LR12 2 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。 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。 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。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。 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 4 方案三：利用 lm317 集成穩(wěn)壓芯片為核心，通過變壓器之后整流濾波再穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的直流電。而且方案三具有電路簡單，價(jià)格低廉，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，而且經(jīng)過調(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。它不僅能構(gòu)成三端穩(wěn)壓電路的最簡單形式，同時(shí)輸出電壓具有可調(diào)的功能。 6 ICL7107是一種高性能，高效率，低功耗的三位半 A/D轉(zhuǎn)換器電路。而且，只要用十來個(gè)作用的無源電子元件和 LED發(fā)光管就可以與 ICL7107 構(gòu)成一個(gè)具有高性能的儀表面板，充分表現(xiàn)出 ICL7107芯片的低成本還有電路設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)。第 36引腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值時(shí) 100mv，第 26引腳是負(fù)電源引腳，它的電壓數(shù)值是負(fù)的，最好是 到 ，不能夠是正電壓或者零電壓。 表 2 ICL7107的極限參數(shù) 參數(shù)類型 型號(hào) 符號(hào) 參數(shù)范圍 單位 電源電壓 ICL7106 V+~V 15 V 電源電壓 ICL7107 V+~GND 6 V 電源電壓 ICL7107 V~GND 9 V 模擬輸入電壓 ICL7106/ICL7107 V+~V 參考源輸入 ICL7106/ICL7107 V+~V 時(shí)鐘輸入 ICL7106 TEST~V+ 時(shí)鐘輸入 ICL7107 GND~V+ 工作溫度 ICL7106/ICL7107 Topr 0~70 ℃ 貯存溫度 ICL7106/ICL7107 Tstg 65~150 ℃ 熱阻 ICL7106/ICL7107 ? 50 ℃ /W 最大結(jié)溫 ICL7106/ICL7107 150 ℃ 3 可調(diào)穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計(jì) 可調(diào)穩(wěn)壓直流電源的基本組成 穩(wěn)壓電源一般分為五部分，由變壓器降壓電路，全橋整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路和保護(hù)電路組成。）的電壓。當(dāng)輸入端發(fā)生短路時(shí)， C5通過穩(wěn)壓器的調(diào)整管放電， C5值較大，則放電時(shí)的沖擊電流很大，電壓會(huì)通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的輸出晶體管放電，可能造成輸出晶體管發(fā)射結(jié)反向擊穿。 整流電路 9 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。 單相橋式整流電路是工程上最常用的單相整流電路 。 V3V2V4V1RL 圖 6 橋式整流電路原理圖 選擇二極管要依據(jù)二極管的反向耐壓 VRM和正向電流 IF。為了保證穩(wěn)壓器 LM317穩(wěn)定運(yùn)行，輸入電壓 Ui與輸出電壓 U0之差一般在 5～ 15V范圍，取UiU0=10V，得： m a x 1 .2 1 .2 ( 1 0 ) 1 2 1 .2ooidU U U U? ? ? ?? 設(shè)計(jì)時(shí)可考慮一定的余量。這樣，四個(gè)二極管組成的整流橋就完成了整流的功能。由于電感在電路中有儲(chǔ)能的作用，所以在電路中可以串聯(lián)電感，當(dāng)電源供給的電流增加時(shí)，它能夠把能量儲(chǔ)存起來，當(dāng)電流減小時(shí)，它有可以把能量釋放出來，是負(fù)載電流比較平滑，有平波的作用。由于電容在電路中也是起到儲(chǔ)存能量的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時(shí)，能夠把部分能量儲(chǔ)存起來，而當(dāng)電源電壓減低的時(shí)候，就能把能量釋放出來，是負(fù)載電壓比較平滑穩(wěn)定，也就是電容也有平波的作用。 經(jīng)過濾波，電路的電壓、電流波形如圖 10所示。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零，因此 Uo=Uc≈ U2，在 u2達(dá)到最大值時(shí)， Uc也達(dá)到最大值，然后 U2下降，此時(shí)， UcU2， V V3截止，電容 C向負(fù)載電阻RL放電，由于放電時(shí)間常數(shù)τ =RLC一般較大，電容電壓 Uc按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到 |U2|Uc時(shí)， V V4 導(dǎo)通，電容 C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電 過程 。 穩(wěn)壓電路主要用于提供更加穩(wěn)定的直流帶能源。 其中，調(diào)整管接在輸入端和輸出端之間。由于三端集成穩(wěn)壓器是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的一種，而串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的輸 出電壓和基準(zhǔn)電壓成正比，因此，基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性將直接影響穩(wěn)壓電路的輸出電壓的穩(wěn)定性。 穩(wěn)壓部分的電路原理圖如圖 11所示。 穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算 ： 231 .2 5(1 )oRV R? ? 僅僅從公式本身看， R R2的電阻值可以隨意設(shè)定。改變 R2 阻值即可調(diào) 整穩(wěn)壓電壓值。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。由于 317 穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于 5mA。 在使用 317穩(wěn)壓塊的輸出 電壓計(jì)算公式計(jì)算其輸出電壓時(shí) ,必 須保證 R1≥ 和R2≤ 兩個(gè)不等式同時(shí)成立 ,才能保證 317 穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。輸出電流不超過 1A。一般加散熱片后功耗也不超過 20W。穩(wěn)壓器的散熱能力取決于它的熱阻給半導(dǎo)體器件加散熱片后可減小總熱阻。J M J MAM AMD A dT T T TP R R R?? ?????? 所以器件的最大功耗必須滿足 PDM≤PD。 過流保護(hù)電路首先要有一個(gè)電流取樣環(huán)節(jié)，常用做法是串聯(lián)一個(gè)小電阻或者是霍爾元件來獲得電流信號(hào)。當(dāng)電源工作時(shí)，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機(jī)開始啟動(dòng)。 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須滿足充電時(shí)間 τ 大于啟動(dòng)時(shí)間 δ ， Q1不導(dǎo)通，電機(jī)才能正常啟動(dòng)。電機(jī)短路或堵轉(zhuǎn)后，電流突然增大到短路電流 IS，電容 C4開始充電。數(shù)字電壓表（ Digital Voltmeter）簡稱 DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流或交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。 這種方法具有精度高和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)而且功能強(qiáng)大，但是手工制作電路的話比較復(fù)雜，而且需要編程。 19 圖 13 基于 ICl7107的數(shù)顯電壓顯示電路原理圖 ICL7107是一種內(nèi)置程序的芯片，所以可以直接使用，免去了編程的麻煩。 參數(shù)的計(jì)算 系統(tǒng)時(shí)鐘由 IC的 3 3 40腳決定 。 積分時(shí)鐘頻率 ： Fclock = Fosc / 4 積分周期 ： Tint = 1000 (4/Fosc) = 1000 (4/48K) = s 滿量程模擬輸入電壓 ： Vinfs = 200mV (典型值 ) 最佳積分電流 ： Iint = 4uA 積分電壓 ： Vint = 2V 積分電阻 ： Rint = Vinfs / Iint = 200 mV/ 4uA = 50KΩ 積分電容 ： Cint = (Tint)(Iint) / Vint = 4uA / 2 = uF 所以， 27腳 C3取 ， 28的 R4取 47KΩ 。 R3用于電壓校準(zhǔn)。 下面以 20V來進(jìn)行分壓電阻（ Rx）的計(jì)算，這里我們設(shè)定 R4形成的參考電壓為 100mV， R2為 1KΩ ，落在 R2上的電壓降為 2100mV = ， Rx計(jì)算如下：2 0 0 . 2 990 . 2x URkI ?? ? ? ? 為了方便電阻選擇，選用 100 KΩ 電阻，其誤差可通過調(diào)整 R2來彌補(bǔ)。 ICL7107 的校準(zhǔn) 首先，先校準(zhǔn)參考電壓，用萬用表測 IC的 35和 36之間的電壓，是否為 10