畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：基于數(shù)顯直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-08-01 02:52本頁面
【正文】 VIII 圖 4 ICL7107 的管腳排列圖 表 2 為 ICL7107 芯片的各種極限參數(shù)的表格，包括工作溫度、儲存溫度、熱阻和最大結(jié)溫等。 穩(wěn)壓電源電路圖如圖 5 所示。交流 220V 電壓經(jīng)過電源變壓器降壓整流后得 到直流電壓 Vin，電壓 Vin 經(jīng)過濾波電路輸入到集成穩(wěn)壓器的輸入端，在集成穩(wěn)壓器輸出端課調(diào)出 （可調(diào)范圍取決于 R2 和 R3的取值，最大范圍可以從 調(diào)到 37V。 為獲得較高的輸出電壓值， LM317穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端與地之間的電阻 R2值及其壓降往往較大，在 R2兩端并接一個不小于 10uF的電容 C3，可有效地抑制輸出端的紋波。因此，在穩(wěn)壓器的輸入端接入 C2，輸出端接入 10uF的電解 電容 C5，提供足夠的電流供給，同時可以防止可能發(fā)生的自激振蕩以及減小高頻噪聲和改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。為此，在穩(wěn)壓器兩端并接二極管 D6，輸入端短路時 C5通過 D6放電，保護(hù) LM317穩(wěn)壓器。因?yàn)檎n題不需要用到 20V 以上的電壓 ，所以應(yīng)該選用 18V24V的變壓器，這樣可以降低 LM317 集成芯片的功耗，達(dá)到低功耗，高效率的要求。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路。 在工作時，電路中的四只二極管都是作為開關(guān)運(yùn)用，當(dāng)正半周時，二極管 V V3導(dǎo)通（ V V4截止），在負(fù)載電阻上得到 正弦波的正半周；當(dāng)負(fù)半周時，二極管 V V4導(dǎo)通（ V V3截止），在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周 。 橋式整流電路原理圖如圖 6所示。由于濾波電容的容量愈大，二極管導(dǎo)通角愈小，通過二極管脈沖電流的幅度愈大，因此，整流管的幅值電流必須加以考慮。二極管最大反向電壓： 2m a x 22 1 .2d iUU U?? 式中 U2為電源變壓器次級電壓有效值， Ui為整流輸出電壓 (即穩(wěn)壓器輸入電壓 )。根據(jù)計(jì)算， 1N4007的二極管符合設(shè)計(jì)要求，可以用作整流橋。 圖 7 橋式整流電路電壓和電流波形 XII 如圖 7所示，在交流電壓 u2 的整個周期內(nèi)，負(fù)載 Rl都有同方向的電流通過， 故 Rl上得到單方向全波 脈動的直流電壓。 濾波電路 整流電路將交流電變?yōu)槊} 動直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。 對于濾波電路的選擇有兩種方案： 方案一：采用電感濾波電路。在電感濾波電路中，整流管的導(dǎo)電角度比較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，但是由于鐵芯的存在，比較笨重，體積比較大，而且容易引起電磁干擾。電感濾波電路圖如圖 8 所示： V3 V2V4 V1RLL1 圖 8 電感濾波電路 方案二：采用電容濾波電路。電容濾波電路比較簡單，而且負(fù)載直流電壓比較高，紋波也比較少，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù) XIII 載變動不大的場合，也減輕了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。 V3 V2V4 V1RLC 圖 9 電容濾波電路 經(jīng)過分析，最終 決定采用方案二。 濾波電解電容 C的選擇原則是：取其放電時間常數(shù) RLC大于充電周期的 3～ 5 倍，其耐壓值必須大于脈動電壓峰值。 設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定 t=0 時接通電路，輸入電壓 U2 為正半周，當(dāng) U由零上升時， V V3 導(dǎo) 通， C被充電，同時電流經(jīng) V V3向負(fù)載電阻供電。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，使負(fù)載電壓的波動大為減小。所以，研究和熟悉穩(wěn)壓電路的組成和設(shè)計(jì)具有非常重要的意義?？紤]到整流濾波電路的輸出電壓和理想的直流電源還是有相當(dāng)?shù)木嚯x，主要是存在兩方面的問題：第一方面，但負(fù)載電流變化的時候，因?yàn)檎鳛V波電路存在一定的內(nèi)阻，所以輸出的直流電壓將有可能隨之發(fā)生變化。因此，在設(shè) 計(jì)中，采用三端集成穩(wěn)壓器 lm317 來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓的功能。當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動時，調(diào)整自身的集 射壓降使輸出電壓基本保持不變。放大倍數(shù)越大，則穩(wěn)定性能越好。采樣電路由兩個分壓電阻組成，它將輸出電壓變化量的一步份送到放大電路的輸入端。保護(hù)電路主要起到限流保護(hù)，過熱保護(hù)和過壓保護(hù)的作用。 VI3VO2ADJ1U1LM 31 7 LR2P O TR320 0 RD61N40 0 2D51N40 0 2C310 u 圖 11 穩(wěn)壓電路原理圖 LM317 作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。電子愛好者經(jīng)常用 317 穩(wěn)壓塊制作輸出 電壓可變的穩(wěn)壓電源。 僅僅從公式本身看， R R2 的電阻值可以隨意設(shè)定。 1， 2腳之間為 電壓基準(zhǔn)。改變 R2 阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。 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)壓塊如 LM317HVA、 LM317HVK 等，其輸出電壓變化范圍是 Vo＝ — 45V），所以 R2/R3 的比 XVI 值范圍只能是 0— 。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。 其次是 317 穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，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。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。當(dāng) 317 穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時， LM317 穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。 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 ,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。但是 ,由于并聯(lián)的泄流電阻不能隨輸出電壓的變化而變化 ,如果要保證 317 穩(wěn)壓塊在輸出電壓為 時 ,其輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流 ,則在 317 穩(wěn)壓塊的輸出電壓為 37V時 ,流過泄流電阻的電流就太大了 ,這樣不僅浪費(fèi)了電能 ,而且增加了 317穩(wěn)壓塊的負(fù)擔(dān) ,不是一種妥當(dāng)?shù)霓k法。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。 輸入至少要比輸出高 2V，否則不能調(diào)壓。輸出電流不超過 1A。由于它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。一般加散熱片后功耗也不超過 20W。 XVII 穩(wěn)壓器的最大允許功耗取決于芯片的最高結(jié)溫 TJM,當(dāng) TTJM時穩(wěn)壓器才能正常工作。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 d 表示散熱片到周圍空氣的熱阻， Rθ ’表示加散熱片后結(jié)到空氣的總熱阻，則 Rθ ’ =Rθ A+Rθ d。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。 但是 ，基于成本的考慮，對于電源性能要求不是很高的場合，可采用帶有過流保護(hù)的集成穩(wěn)壓電路，同樣能滿足產(chǎn)品的要求。 過流保護(hù)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。 電路的過流保護(hù)原理圖如圖 12所示。當(dāng)電源工作時，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機(jī)開始啟動。通過設(shè)定 R C4 的值，使充電時間 τ 大于電機(jī)啟動時間 δ ， Q1(9013)處于截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)啟動到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流。 電機(jī)啟動時必須滿足充電時間 τ 大于啟動時間 δ ， Q1不導(dǎo)通，電機(jī)才能正常啟動。 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 錯誤 !未找到引用源。 iR5因此 i約等于 iR5。 ，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?？紤]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) 錯誤 !未找到引用源。 ’, 則 錯誤 !未找到引用源。 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 在電量的測量中，電壓
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