【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。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。若令 Rθ 1 表示從結(jié)到器件外殼的熱阻， Rθ 2 表示從器件外殼到散熱片表面的熱阻， Rθ A 表示從結(jié)到散熱片表面的熱阻，則 Rθ A=Rθ 1+Rθ 2。若令 Rθ d 表示散熱片到周?chē)諝獾臒嶙瑁?Rθ ’表示加散熱片后結(jié)到空氣的總熱阻，則 Rθ ’ =Rθ A+Rθ d。設(shè)集成穩(wěn)壓器的最高允許結(jié)溫為 TJM，最高環(huán)境溫度為 TAM，加散熱器后器件的功耗為 PD，則有關(guān)系式： 39。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(mǎn)足 PDM≤PD。 過(guò)流保護(hù) 在目前 ，各種直流電源產(chǎn)品 的應(yīng)用非常廣泛 ，電源技術(shù)已經(jīng)比較成熟。 但是 ，基于成本的考慮，對(duì)于電源性能要求不是很高的場(chǎng)合，可采用帶有過(guò)流保護(hù)的集成穩(wěn)壓電路，同樣能滿(mǎn)足產(chǎn)品的要求。過(guò)流保護(hù)電路作為電源電路中不可缺少的一個(gè)組成部分， 能夠有效地保護(hù)電子元件， 根據(jù)其控制方法大致可以分為關(guān)斷方式和限流方式，而直流電機(jī)電源較宜采用關(guān)斷方式。 過(guò)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(lái)獲得電流信號(hào)。由于霍爾元件體積比較大，價(jià)格昂貴，因而 考慮采用串聯(lián)一個(gè)小電阻的方法。 電路的過(guò)流保護(hù)原理圖如圖 12所示。 Q190 1 3R4 R5R6C4 圖 12 過(guò)流保護(hù)電路原理圖 XVIII R6為取樣小電阻。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(kāi)始啟動(dòng)。由于直流電機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)電流 iout 較大 (約為額定電流的 8～ 10倍 )， iout 流過(guò)小電阻 R6，并經(jīng) R5 對(duì) C4 充電。通過(guò)設(shè)定 R C4 的值，使充電時(shí)間 τ 大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間 δ ， Q1(9013)處于截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)啟動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流。一旦電機(jī)發(fā)生短路或堵轉(zhuǎn)，使電容 C4 兩端電壓達(dá) 到 Q1 的導(dǎo)通電壓，則 Q1 導(dǎo)通，強(qiáng)制穩(wěn)壓器的輸出電壓降為基準(zhǔn)電壓 。 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須滿(mǎn)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)。由于啟動(dòng)電流很大，一般是額定電流的 4~7 倍，可看成不變，設(shè)為 I=5I0。 根據(jù)圖 15，可得以下公式： 45 4 4 4()cR cduU R C udt? ? 5 4R Ri i i?? 由于 R4 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 R5，所以 iR5錯(cuò)誤 !未找到引用源。 iR5因此 i約等于 iR5。此時(shí)為一階零狀態(tài)輸入響應(yīng)，求解得： 44154 (1 )RCRRU ie??? 假設(shè)電容 C4 的電壓達(dá)到 為充電時(shí)間 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，得： 5445ln RRiRC i????? 設(shè)電機(jī)負(fù)荷在額定狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)電流 I0已經(jīng)穩(wěn)定。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(kāi)始充電。考慮一定的設(shè)計(jì)余量，取保護(hù)電流設(shè)定值 IGIS，式 (1)同樣成立此為一階全響應(yīng)方程，初始條件 uc4 (0+)=I0iR5, 強(qiáng)制分量 uc4 (∞)=I GR5, 求解得 ： 441554 () RCc o ccU I R R I I e?? ? ? 假設(shè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 增大到 V2 導(dǎo)通電壓 的充電時(shí)間為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ’, 則 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ’ 必須小于允許短路時(shí)間 t,即： XIX 5544539。 l n( )cocR I R IRC RI? ??? 要使保護(hù)起到作用， uc4 (∞ )必須大于 ，即： 5 I? 顯示電路 在電量的測(cè)量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個(gè)被測(cè)量，其中電壓量的測(cè)量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測(cè)量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測(cè)量?jī)x器。數(shù)字電壓表（ Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱(chēng) DVM，它是采用數(shù) 字化測(cè)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。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測(cè)量速度快等特點(diǎn)而 廣泛應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域 。 制作數(shù)字電壓表有很多種方法，現(xiàn)在市面上很多種芯片都可以用作數(shù)字電壓表的核心。可以 用 ADC0808 集成電壓轉(zhuǎn)換芯片和 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)制作 數(shù)字電壓表，具體方法是 A/D 轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)的控制下完成對(duì)模擬信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換功能，最后由數(shù)碼管顯示采集的電壓值。 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。所以最終決定用 ICL7107 芯片制作數(shù)顯電壓顯示電路。ICL7107 是應(yīng)用得比較成熟的芯片，二這種三位半的 ADC 的顯示精度對(duì)于本設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠了。 基于 ICL7107 的數(shù)顯電壓顯示電路簡(jiǎn)單可靠，雖然它只是三位半的 AD 轉(zhuǎn)換器，但是已經(jīng)可以滿(mǎn)足日常的電壓測(cè)量或者電壓顯示的要求，所以這種電路應(yīng)用非常廣泛，它的具體電路原理圖如圖 13 所示。 XX 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。 ICL7107本身帶有段式輸出，直接連接到 LED 上就可以 顯示 了 ， 顯示用的數(shù)碼管應(yīng)為共陽(yáng) 極數(shù)碼管。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)不需要用到 20V 以上的電壓值，所以此數(shù)顯電壓表的量程為 。ICL7107 芯片的最大量程可以到達(dá) ，如果需要用到其他的量程，可以通過(guò)修改輸出端電阻的參數(shù)來(lái)達(dá)到目的。 參數(shù)的計(jì)算 系統(tǒng)時(shí)鐘由 IC 的 3 3 40腳決定。內(nèi)部振蕩頻率為 48Hz，顯示每秒刷 三 次。 振蕩器頻率 ： fosc = Cosc 50pF XXI Rosc 50KΩ fosc = 48K Hz (典型值 ) 振蕩周期 ： Tosc = RC/ 所以， 38 腳的 C4 取 100pF， 39腳的 R5取 100KΩ 。積分電路由 IC 的 2 28 腳決定。 積分時(shí)鐘頻率 ： Fclock = Fosc / 4 積分周期 ： Tint = 1000 (4/Fosc) = 1000 (4/48K) = 滿(mǎn)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 。 C2 用于防止系統(tǒng)噪音的影響以及過(guò)載輸入時(shí)電路的恢復(fù)， 29腳的 C2取 。 參考電容 ： Cref 1uF C1為參考電容，我們?nèi)?。 電阻 R2 用于調(diào)整參考電壓，參考電源為 0~200mV可調(diào)。 R3 用于電壓校準(zhǔn)。 參考電 壓 與輸入電壓的關(guān)系為 ： Vin = 2Vref 如果要求電壓表的量程 0~，參考電壓應(yīng)設(shè)置為 100mV。 如果需要需要測(cè)量的電壓大于 200mV，就要通過(guò)分壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于我們電源的指標(biāo)是 5~12V，所以要求電壓表的量程為 0~20V。 下面以 20V 來(lái)進(jìn)行分壓電阻（ Rx）的計(jì)算，這里我們?cè)O(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(guò)調(diào)整 R2來(lái)彌補(bǔ)。 元件的選擇 制作時(shí)，顯示用的數(shù)碼管為共陽(yáng)型， 2 KΩ可調(diào)電阻最好選用多圈可調(diào)精密電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其他器件選用正品即可。 R1 選用 100KΩ的金屬膜電 XXII 阻， R2選用 2KΩ的多圈可調(diào)精密電阻， R3 選用 24KΩ的金屬膜電阻， R4 選用 1KΩ的多圈可調(diào)精密電阻， R5選用 47KΩ的金屬膜電阻， R6 選用 100KΩ的金屬膜電阻。 C1 選用 的 CCB 電容， C2 選用 的 CCB 電 容， C3 選用 的陶瓷電容， C4 選用 100 pF的 CCB 電容。 ICL7107 的校準(zhǔn) 首先，先校準(zhǔn)參考電壓，用萬(wàn)用表測(cè) 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。然后，用萬(wàn)用表測(cè)電源的輸出，如 ，然后通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 R2，使 LED 上的數(shù)值與萬(wàn)用表上的一致。這樣，校準(zhǔn)工作就算完成了。 經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后， ICL7107 和萬(wàn)用表的絕對(duì)誤差只有 。 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。所以需要額外做一個(gè)供電電源，以下有三種方案： 方案一：用 7805 和 7905 三端集成芯片提供 +5V 和 5V的電壓，正負(fù) 5V供電電源電路原理圖如圖 14 所示。 T R 1T R A N 2P 3 SC147 0 uC247 0 uC347 0 uC447 0 uB R 1K B P C 8 0 0VI2VO3GND1U179 0 5VI2VO3GND1U279 0 6 圖 14 正負(fù) 5V 供電電源原理圖 這種電路時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的雙電源電路，能夠穩(wěn)定提供正負(fù) 5V的直流電壓，但是需要用到7805 和 7905 穩(wěn)壓模塊，增加了電路成本。 XXIII 方案二：利用 LM317 集成穩(wěn)壓模塊做一個(gè) +5V 的電源，再利用 ICL7660 芯片把 +5V 電源變成 5V的電源。 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(chēng) DC/DC 電壓轉(zhuǎn)換器，國(guó) 產(chǎn)型號(hào)為 5G7660，它不僅能將單電源轉(zhuǎn)換成對(duì)稱(chēng)輸出的雙電源，還能通過(guò)幾片串聯(lián)方式獲得多倍壓輸出，其空 載時(shí)轉(zhuǎn)換效率高達(dá) %，帶負(fù)載后轉(zhuǎn)換效率仍可達(dá) 95%， ICL7660 本身耗電小于 ，卻能向負(fù)載提供 10~20mA 的電流，其外圍電路十分簡(jiǎn)單，只需接兩只電容即可工作。 ICL7660+5V 轉(zhuǎn) 5V 電路原理圖如圖 15 所示。 GNDVDD(5V)IN4148Diode10uFC110uFC212345678ICL7660GNDVO=5V 圖 15 ICL7660+5V 轉(zhuǎn) 5V 電路原理圖 這種方案也是比較常用的方案，但是缺點(diǎn)也是增加了電路成本。 方案三：用 LM317 集成穩(wěn)壓模塊制作一個(gè) +5V 的電源，然后 用一只 NPN 三極管，兩只電阻，一個(gè)電感來(lái)進(jìn)行信號(hào)放大，把芯片 38腳的振蕩信號(hào)串接一個(gè) 20K－ 56K 的電阻連接到三極管 “B” 極，在三極管 “C” 極串接一個(gè)電阻（為了保護(hù)）和一個(gè)電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時(shí)，三極管的 “C” 極電壓為 － 為最好。這樣，在三極管的 “C” 極有放大的交流信號(hào)，把這個(gè)信號(hào)通過(guò) 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(fù)電壓供給 ICL7107 的 26 腳使用。 完整顯示電路就如圖 16 所示。 XXIV 圖 16 單 電源供電的 ICL7107 電路原理圖 經(jīng)過(guò)考慮，最終選擇了方案三，因?yàn)檫@樣做既節(jié)省成本，又方便焊接且滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)測(cè)試，數(shù)顯電壓表正常工作。 4 穩(wěn)壓直流電源的測(cè)試 電源的輸出顯示精確度與紋波測(cè)試 測(cè)試方法為空載狀態(tài)下電源的輸出接萬(wàn)用表和示波器