【正文】 電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱 為最小泄放電流。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。 首先 317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是 Vo＝ — 37V（高輸出電壓的 317穩(wěn)壓塊 15 如 LM317HVA、 LM317HVK 等，其輸出電壓變化范圍是 Vo＝ — 45V），所以 R2/R3的比值范圍只能是 0— 。改變 R2 阻值即可調(diào) 整穩(wěn)壓電壓值。 1， 2腳之間為 。 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。 317系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如 LM317HVH、 W317L等。 穩(wěn)壓部分的電路原理圖如圖 11所示。啟動(dòng) 14 電路的作用是在剛接通電流輸入電壓的時(shí)候，是調(diào)整管、放大電路和基準(zhǔn)電源等建立各自的工作電路，而當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作是啟動(dòng)電路被斷開，影響穩(wěn)壓電路的性能。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。放大短路將基準(zhǔn)電壓與從輸出端得到的采樣電壓進(jìn)行比較，然后再放大并送到調(diào)整管的基極。 其中，調(diào)整管接在輸入端和輸出端之間。第二方面，由于電網(wǎng)電壓并不穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，整流電路的輸出電壓直接與變壓器副邊電壓有關(guān)，因此輸出直流電壓也相應(yīng)的發(fā)生變化。 穩(wěn)壓電路主要用于提供更加穩(wěn)定的直流帶能源。 13 圖 10 橋式整流、電容濾波時(shí)的電壓、電流波形 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路是整個(gè)設(shè)計(jì)之中一個(gè)很重要的組成部分，幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作。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 。對(duì)于橋式整流電路來說，脈動(dòng)電壓峰值為 2U2， C的充電周期等于交流電源周期 T的一半，即 C≥ (3~5) T2RL，式中 RL為整流后的等效負(fù)載電阻，經(jīng)過考慮，本設(shè)計(jì)取 C為 2200uF。 經(jīng)過濾波，電路的電壓、電流波形如圖 10所示。電容濾波電路原理圖如圖 9所示。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?jī)?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。一般的情況下只適用于低電壓，大電流的場(chǎng)合。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?jī)?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。所以我們需要在整流電路之后加入濾波電路進(jìn)行濾波，才能得到穩(wěn)定的直流電壓。這樣，四個(gè)二極管組成的整流橋就完成了整流的功能。橋式整流電路電壓和電流波形如圖 7所示。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。流過 整流管的平均電流： 2D IiI ? 2 oi RI I I? ? 21 0 .0 1RR adj AI I I? ? ? 10 式中 Ii 為穩(wěn)壓器的輸入電流， IR IR Iadj 分別為流過 R R2，以及調(diào)整端的電流，則： oD II ? ? 考慮到電容充電電流的沖擊，正向電流一般取平均電流的 2～ 3 倍。 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。 在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。 單相橋式整流電路是工程上最常用的單相整流電路 。在小功率整流電路中，常見的集中整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。 整流電路 9 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。 整流濾波電路 因?yàn)檎n題需要 5V12V 的穩(wěn)壓直流電，所以需要用到 220V轉(zhuǎn) 18V的變壓器把高壓的交流電轉(zhuǎn)成低壓交流 電。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。由于穩(wěn)壓器在 1∶ 1的深度負(fù)反饋下工作，當(dāng)輸出端負(fù)載為容性的某一值時(shí)，穩(wěn)壓器有可能出現(xiàn)自激現(xiàn)象。）的電壓。 8 T R 1T RA N 2 P 2 SB R 1DF 0 0 5 MC12 2 0 0 uC20 .1 uD1DI O DE L E DR11kVI3VO2ADJ1U1L M 3 1 7 LR2P O TR32 0 0 RD61 N40 0 2D51 N40 0 2Q19 0 1 3R4 R5R6C4C31 0 uC51 0 u 圖 5 穩(wěn)壓電源電路原理圖 Lm317可調(diào)式集成穩(wěn)壓電源的原理圖如圖 5 所示，只要接線正確，一般能良好地實(shí)現(xiàn)它的功能。 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。 芯片的電源地是 21 腳，模擬地是 32腳，信號(hào)地是 30腳，基準(zhǔn)地是 35腳，在通常的情況下，這四個(gè)引腳都接地。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。當(dāng)知道了那個(gè)腳是第一腳，按照逆時(shí)針方向排列，依次是第二引腳到第四十引腳。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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 ICL7107芯片將高精度，低成本和通用性非 常好地集于一身，而且極性誤差小于一個(gè)字。 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。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)部有過熱，過流，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 5 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。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，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。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。方案三系統(tǒng)框圖如圖 3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 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。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。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。 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)。 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。 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。 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。 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。 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。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。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)。所以，穩(wěn)壓直流電源具有非常重要的研究意義。 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。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 ，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。 附錄 1 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。 6 結(jié)語 ...................................................................................................................................... 31 結(jié)論 ...........................................................................