【正文】 定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。本文介紹了直流穩(wěn)壓系統(tǒng)的總體的設(shè)計方案，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。本電源具有設(shè)計簡單靈活，成本低，效率高，調(diào)整精度高等優(yōu)點，在市場上有很好的應用前景。本設(shè)計采用 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 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 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)計思路和幾種可行的方案，以及各方案實現(xiàn)的功能，并對這些不同的方案進行分析，最終選擇了本方案，并對本方案需要用到的元器件進行詳細的介紹。 第六部分對本穩(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)濾波電容的存在對占空比很小的 PWM波積分效果明顯，導致電壓的非線性變化更顯著，特別是 PWM占空比很小的時候，即希望調(diào)出很小的電壓的時候。 掉電貯存單元 51 單 片 機 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 圖 2 方案二系統(tǒng)框圖 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，價格低廉，便于操作等優(yōu)點，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，同時輸出電壓具有可調(diào)的功能。 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)計簡單等優(yōu)點。第 36引腳是基準電壓，正確數(shù)值時 100mv，第 26引腳是負電源引腳，它的電壓數(shù)值是負 的，最好是 ，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 符號 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 時鐘輸入 ICL7106 TEST~V+ 時鐘輸入 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 8 最大結(jié)溫 ICL7106/ICL7107 150 ℃ 3 可調(diào)穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計 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)壓電路和保護電路組成。）的電壓。當輸入端發(fā)生短路時， C5通過穩(wěn)壓器的調(diào)整管放電， C5值較大，則放電時的沖擊電流很大，電壓會通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的輸出晶 9 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 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 10 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)計時可考慮一定的余量。這樣，四個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能的作用，所以在電路中可以串聯(lián)電感，當電源供給的電流增加時，它能夠把能量儲存起來，當電流減小時，它有可以把能量釋放出來，是負載電流比較平滑，有平波的作用。由于電容在電路中也是起到儲存能量的作用，并聯(lián)的電容器在電源供給的電壓升高時，能夠把部分能量儲存起來，而當電源電壓減低的時候，就能把能量釋放出來，是負載電壓比較平滑穩(wěn)定，也就是電容也有平波的作用。 13 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，電容充電時間常數(shù)近似為零，因此 Uo=Uc≈ U2，在 u2達到最大值時， Uc也達到最大值，然后 U2下降，此時， UcU2， V V3截止，電容 C向負載電阻 RL放電，由于放電時間常數(shù)τ =RLC一般較大，電容電壓 Uc按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當下降到 |U2|Uc時， V V4導通，電容 C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復上述充放電 過程。 14 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電壓成正比，因此，基準電壓的穩(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)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(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)壓塊的輸出電壓計算公式計算其輸出電壓時 ,必 須保證 R1≥ 和R2≤ 兩個不等式同時成立 ,才能保證 317穩(wěn)壓塊在空載時能夠穩(wěn)定地工作。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響 應。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≤P D。 過流保護電路首先要有一個電流取樣環(huán)節(jié)，常用做法是串聯(lián)一個小電阻或者是霍爾元件來獲得電流信號。當電源工作時，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機開始啟動。 電機啟動時必須滿足充電時間 τ 大于啟動時間 δ ， Q1不導通，電機才能正常啟動。電機短路或堵轉(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)點而 且功能強大，但是手工制作電路的話比較復雜，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)的計算 系統(tǒng)時鐘由 IC的 3 3 40 腳決定。 積分時鐘頻率 ： Fclock = Fosc / 4 積分周期 ： Tint = 1000 (4/Fosc) = 1000 (4/48K) = 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。 下面以 20V來進行分壓電阻（ Rx）的計算，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。 ICL7107的校準 首先，先校準參考電壓，用萬用表測 IC的 35和 36之間的電壓，是否為 100mV，如不是，則需要調(diào)節(jié)電位器 R4使兩端電壓為 100mV。 ICL7107的供電電源 如圖 18所示， ICL7107芯片 需要 +5V和 5V的雙電源供電。 ICL7660是哈里斯公司采用 CMOS工藝制成的高效率、小功 率、低壓直流電源變換器，亦稱DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器，國 產(chǎn)型號為 5G7660，它不僅能將單電源轉(zhuǎn)換成對稱輸出的雙電源，還能通過幾片串聯(lián)方式獲得多倍壓輸出，其空 載時轉(zhuǎn)換效率高達 %，帶負載后轉(zhuǎn)換效率仍可達 95%，ICL7660本身耗電小于 ，卻能向負載提供 10~20mA 的電流，其外圍電路十分簡單，只需接兩只電容即可工作。這樣，在三極管的 “C” 極有放大的交流信號，把這個信號通過 2只 4u7電容和 2支 1N4148二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負電壓供給ICL7107的 26腳使用。 24 仿真圖 25 26 系統(tǒng)總圖 27 體會 經(jīng)過幾個月的奮斗，終于把我的畢業(yè)設(shè)計完成了。但是，經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)我對知識的掌握程度有了很大的提高，更是很好地培養(yǎng)了我的動手能力，使我獲益良多。主要的原因是我們平常大多數(shù)時間是學習理論知識，很少機會自己動手設(shè)計電路。從中能夠加強自我認知，認識到自己在哪方面有欠缺，一邊能在日后的學習或工作中得到改