基于數(shù)顯直流穩(wěn)壓電源的畢業(yè)設(shè)計1

1、摘 要當(dāng)今社會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)備都有一個共同的電路-電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。常用的穩(wěn)壓電源有交流和直流之分，當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別。不可否認電源已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于我們生活的方方面面，所以，學(xué)習(xí)并了解電源的制作原理和技術(shù)對于我們的生產(chǎn)和發(fā)展都具有積極的意義。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。本文主要

2、設(shè)計并制作數(shù)字顯示的直流穩(wěn)壓電源。本電源作為一個微型啟動器，具有可調(diào)整電壓，調(diào)壓范圍是1.25V-20V，而且具備輸出電壓可以顯示的功能。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。電源的穩(wěn)壓部分用三端集成穩(wěn)壓管LM317完成，數(shù)字顯示部分用ICL7107芯片完成。ICL7107是一種市場上應(yīng)用非常廣泛的集成芯片，內(nèi)置程序，可以直接驅(qū)動LED數(shù)碼管。本設(shè)計的顯示部分是采用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。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

3、應(yīng)用前景。1 前言1.1 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。通過變壓器把220V的市電變?yōu)殡娫此枰牡蛪航涣麟?，然后?jīng)過整流器，把交流電變成直流電，但是這時候的直流電并不穩(wěn)定，需要經(jīng)過濾波后，再由穩(wěn)壓器穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的直流電。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1.25V-37V內(nèi)連續(xù)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。本電源在市場上很有應(yīng)用前景，可以作為收音機或掌機的外接電源，也可以用作手機電池的充電器，功率高點的還作為小型電視或其他家用電器的電源。直

4、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)計人員進行實驗操作和科學(xué)研究必不可少的電子儀器。在日常的電子電路中，供電電源常常要用到穩(wěn)壓直流電源。所以，穩(wěn)壓直流電源具有非常重要的研究意義。在日常生活中，很多家用電器或者IT產(chǎn)品都要用到穩(wěn)壓直流電源供電。但是在實際生活中，我們的家庭用電都是用到220V的交流電網(wǎng)。這就需要通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓電路來將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓的直流電，供家用電器使用。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。整流器由二極管組成，用于濾去整流輸出電壓中的紋波。1.2 課題的主要內(nèi)容1.2.1 電源的輸出控制本系統(tǒng)

5、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，實現(xiàn)輸出電壓在1.25-20V內(nèi)連續(xù)可調(diào)，調(diào)整精度較高。LM317的電壓調(diào)整電路圖如圖1所示。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。所以，如果希望調(diào)整的精度高，可調(diào)電阻RV1的調(diào)整精度也要高。1.2.2 穩(wěn)壓直流電源的功能本設(shè)計的穩(wěn)壓直流電源，除了可以輸出穩(wěn)定的直流電壓和實現(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。1.2.3 性能指標(biāo)輸出最大電壓：20V輸出最小電壓：1.25V輸出最大電流：1.5A最大傳送功率：20W1.2.

6、4 論文的總體結(jié)構(gòu)第一部分主要介紹課題的背景，研究意義，介紹本文的主要研究內(nèi)容，包括實現(xiàn)的功能和性能指標(biāo)等。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。第三部分對選擇的方案進行分析闡述，把電路分模塊地論述，給出各部分電路圖。第四部分對穩(wěn)壓直流電源的性能參數(shù)進行測量和評估，以及對被控對象進行研究。第五部分給出設(shè)計的實物圖。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。2 方案的選擇和設(shè)計思路2.1 方案設(shè)計與論證1 輸出電壓范圍1.25V-20V；2 波紋系數(shù)盡量小，輸

7、出穩(wěn)定；3 能數(shù)字顯示電壓。三個方案的選擇：方案一：開關(guān)電源，采用PWM脈寬調(diào)節(jié)。它的功耗比較小，效率高，穩(wěn)壓范圍寬，電路的形式多樣。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占空比很小的時候，即希望調(diào)出很小的電壓的時候。方案二：用單片機控制輸出電壓的調(diào)整，使用電壓采樣電路，通過A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)閉環(huán)控制。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。方案二系統(tǒng)框圖如圖2所示。輸出電壓控制單元51單片機掉電貯存單元按鍵電路LCD顯示單元電壓/電流采樣電

8、路電源電路 電壓/電流采樣電路 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。再用ICL7107芯片制作數(shù)字顯示電壓表頭，芯片的供電也是用lm317制作+5V的穩(wěn)壓電源提供。方案三系統(tǒng)框圖如圖3所示。輸出LM317穩(wěn)壓電路變壓器220AC輸入LED顯示ICL7107圖3 方案三系統(tǒng)框圖根據(jù)課題的要求最終選擇方案三，雖然方案三電壓調(diào)節(jié)精度不及方案二，但是連續(xù)可調(diào)的直流電壓比較符合課題，方案二中的數(shù)控直流電源是步進調(diào)壓的。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

9、求。2.2 芯片的選擇2.2.1 LM317三端可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器Lm317是可調(diào)節(jié)三端正電穩(wěn)壓器，在輸出電壓的范圍是1.25V-37V的時候能夠提供超過1.5A的電流，此穩(wěn)壓器非常容易使用，只要兩個外部電阻來設(shè)置輸出電壓。此外，還使用內(nèi)部限流，熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補償從而使之能防止燒斷保險絲。Lm317是應(yīng)用很廣泛的集成電路之一。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。此外，它還有眾多的優(yōu)點，例如，調(diào)壓范圍寬，穩(wěn)壓性能好，噪聲低，紋波抑制比高。它的主要性能參數(shù)如下：輸出電壓：1.25-37V DC；輸出電流：5mA-1.5A；保護電路：芯片內(nèi)部有過熱，過流，短路保護電路；最

10、大輸入輸出電壓差：40V DC；最小輸入輸出電壓差：3V DC 集成穩(wěn)壓器有多種型號供選擇，每種型號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。表1為幾種集成穩(wěn)壓器的型號與性能指標(biāo)：表1 幾種集成穩(wěn)壓器的型號與性能指標(biāo)類型三段固定三端可調(diào)大電流可調(diào)參數(shù)符號單位78Mxx、79Lxxlm317、LM337LM138輸入電壓V1V+-（8-40）+-（3-40）35輸出電壓V0V+-（5-24）+-（1.2-37）1.2-32最小電壓差（Vi-Vo）minV+-(2.0-2.5)2.8電壓調(diào)整率Sv%V3-180.010.01電流調(diào)整率Si%12-150.10.03溫度系數(shù)S/300(0-

11、75) 紋波抑制比RRdB53-62、6065、77-8060-75調(diào)整端電流IduA50、65-100輸出阻抗Zo最小負載電流IominmA3.5輸出電流IoA空擋（1.5）M（0.5）L（0.1）0.01-1.50.1-1.5最大功耗PmaxW0.6-20輸出噪聲電壓VnuV(峰-峰值)4-70、125-600502.2.2 ICL7107三位半LCD/LED顯示A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是現(xiàn)時一種在數(shù)字儀表領(lǐng)域上應(yīng)用非常廣泛的三位半A/D轉(zhuǎn)換器，它的用途非常廣泛，不僅可以用于制作數(shù)字顯示電壓表，電路稍加改造，還可以用于制作數(shù)字電流表和數(shù)字溫度計等實用的電路或儀表。ICL7107是一種高性

12、能，高效率，低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器電路。它集成了七段譯碼器，顯示驅(qū)動器，參考源和時鐘系統(tǒng)，并且可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管。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字。真正的差動輸入和差動參考源在各種各樣的系統(tǒng)中都發(fā)揮了非常大的作用。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。ICL7107芯片共有40個引腳，芯片的第一腳，是將芯片正放，眼睛面對芯片的型號字符，在芯片的左下方就是它的第一腳。當(dāng)知道了那個腳是第一腳，按照逆時針方向排列，依次是

13、第二引腳到第四十引腳。芯片的第一引腳是供電，需要接入DC5V的電壓。第36引腳是基準(zhǔn)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-3.2v到-4.2v左右，不能夠是正電壓或者零電壓。芯片第31引腳是信號輸入引腳。芯片的電源地是21腳，模擬地是32腳，信號地是30腳，基準(zhǔn)地是35腳，在通常的情況下，這四個引腳都接地。下面給出ICL7107芯片的管腳排列圖，如圖4所示：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。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ICL710

14、6V+V-15V電源電壓ICL7107V+GND6V電源電壓ICL7107V-GND-9V模擬輸入電壓ICL7106/ICL7107V+V-參考源輸入ICL7106/ICL7107V+V-時鐘輸入ICL7106TESTV+時鐘輸入ICL7107GNDV+工作溫度ICL7106/ICL7107Topr070貯存溫度ICL7106/ICL7107Tstg-65150熱阻ICL7106/ICL710750/W最大結(jié)溫ICL7106/ICL71071503 可調(diào)穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計3.1 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。

15、穩(wěn)壓電源電路圖如圖5所示。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，一般能良好地實現(xiàn)它的功能。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1.25V-20V（可調(diào)范圍取決于R2和R3的取值，最大范圍可以從1.25V調(diào)到37V。）的電壓。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。由于穩(wěn)壓器在11的深度負反饋下工作，當(dāng)輸出端負載為容性的某一值時，穩(wěn)壓器有可

16、能出現(xiàn)自激現(xiàn)象。因此，在穩(wěn)壓器的輸入端接入0.1uF的電容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載的瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)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)部的輸出晶體管放電，可能造成輸出晶體管發(fā)射結(jié)反向擊穿。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LM317穩(wěn)壓器。3.2 整流濾波電路 因為課題需要5V-12V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。因為課題不需要用到20V以上的電壓，所以應(yīng)該選

17、用18V-24V的變壓器，這樣可以降低LM317集成芯片的功耗，達到低功耗，高效率的要求。 3.2.1 整流電路整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。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。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。本設(shè)計采用單相橋式整流電路。單相橋式整流電路是工程上最常用的單相整流電路。在工作時，電路中的四只二極管都是作為開關(guān)運用，當(dāng)正半周時，二極管V1、V3導(dǎo)通（V2、V4截止），在負載電阻上得到正弦波的正半周；當(dāng)負半周時，二極管V2、V4導(dǎo)通（V1、V3截止），在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電

18、阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。橋式整流電路原理圖如圖6所示。 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。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。流過整流管的平均電流：式中Ii 為穩(wěn)壓器的輸入電流，IR1、IR2、Iadj 分別為流過R1、R2，以及調(diào)整端的電流，則：考慮到電容充電電流的沖擊，正向電流一般取平均電流的23 倍。二極管最大反向電壓：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)。為了保證穩(wěn)壓器LM317穩(wěn)定運行，輸入電壓U

19、i與輸出電壓U0之差一般在515V范圍，取Ui-U0=10V，得：設(shè)計時可考慮一定的余量。根據(jù)計算，1N4007的二極管符合設(shè)計要求，可以用作整流橋。橋式整流電路電壓和電流波形如圖7所示。 圖7 橋式整流電路電壓和電流波形如圖7所示，在交流電壓u2的整個周期內(nèi)，負載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。這樣，四個二極管組成的整流橋就完成了整流的功能。3.2.2 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）。所以我們需要在整流電路之后加入濾波電路進行濾波，才能得到穩(wěn)定的直流電壓。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。

20、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(dāng)電源供給的電流增加時，它能夠把能量儲存起來，當(dāng)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。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。一般的情況下只適用于低電壓，大電流的場合。電感濾波電路圖如圖8所示：圖8 電感濾波電路方案二：采用電容濾波電路。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(dāng)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

21、容也有平波的作用。電容濾波電路比較簡單，而且負載直流電壓比較高，紋波也比較少，適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合，也減輕了電路設(shè)計和實際焊接的工作。電容濾波電路原理圖如圖9所示。圖9 電容濾波電路經(jīng)過分析，最終決定采用方案二。經(jīng)過濾波，電路的電壓、電流波形如圖10所示。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35 倍，其耐壓值必須大于脈動電壓峰值。對于橋式整流電路來說，脈動電壓峰值為2U2，C的充電周期等于交流電源周期T的一半，即C(35) T2RL，式中RL為整流后的等效負載電阻，經(jīng)過考慮，本設(shè)計取C為2200uF。設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時接通電路，

22、輸入電壓U2為正半周，當(dāng)U由零上升時，V1、V3導(dǎo) 通，C被充電，同時電流經(jīng)V1、V3向負載電阻供電。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=UcU2，在u2達到最大值時，Uc也達到最大值，然后U2下降，此時，Uc>U2，V1、V3截止，電容 C向負載電阻RL放電，由于放電時間常數(shù)=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，V2、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。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，使負載電壓的波動大為減小。圖10 橋式整流、電容濾波時的電壓、電流波形3.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)

23、壓電路是整個設(shè)計之中一個很重要的組成部分，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。所以，研究和熟悉穩(wěn)壓電路的組成和設(shè)計具有非常重要的意義。穩(wěn)壓電路主要用于提供更加穩(wěn)定的直流帶能源?？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，但負載電流變化的時候，因為整流濾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。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)生波動時，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。因此，在設(shè)計中，采用三端集成穩(wěn)壓器lm317來實現(xiàn)穩(wěn)定電壓的功能。其中，調(diào)整管接在

24、輸入端和輸出端之間。當(dāng)電網(wǎng)電壓或負載電流波動時，調(diào)整自身的集-射壓降使輸出電壓基本保持不變。放大短路將基準(zhǔn)電壓與從輸出端得到的采樣電壓進行比較，然后再放大并送到調(diào)整管的基極。放大倍數(shù)越大，則穩(wěn)定性能越好。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。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。啟動電路的作用是在剛接通電流輸入電壓的時候，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電路被斷開，影響穩(wěn)壓電路的性能。保護電路主要起

25、到限流保護，過熱保護和過壓保護的作用。穩(wěn)壓部分的電路原理圖如圖11所示。 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。317系列穩(wěn)壓塊的型號很多：例如LM317HVH、W317L等。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。 穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算：僅僅從公式本身看，R3、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式，R3和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。1，2腳之間為1.25V電壓基準(zhǔn)。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R3應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。D5，D6用于保護LM3

26、17。首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V37V（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Vo1.25V45V），所以R2/R3的比值范圍只能是028.6。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM317內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。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。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。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)3

27、17穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。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。如果用LM 317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時，沒有注意LM317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么你制作的穩(wěn)壓電源可能會出現(xiàn)下述不正?，F(xiàn)象：穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。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R10.83K和R223.74K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。當(dāng)然在317穩(wěn)壓塊的輸出端并聯(lián)泄流電阻R(如圖所示),也可以為317穩(wěn)壓塊提供最小穩(wěn)定工作電流。但是,由

28、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1.25V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,這樣不僅浪費了電能,而且增加了317穩(wěn)壓塊的負擔(dān),不是一種妥當(dāng)?shù)霓k法。通常LM117/LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM117/LM317輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓。輸入電要最高不能超過40V。輸出電流不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。由于

29、它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。當(dāng)輸入輸入電壓差比較大且輸出電流也比較大時，注意317的功耗不要過大。一般加散熱片后功耗也不超過20W。LM317屬于深度負反饋的穩(wěn)壓電路，其功耗比較大，所以有必要討論一下LM317穩(wěn)壓模塊的散熱問題。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)T<TJM時穩(wěn)壓器才能正常工作。因此，穩(wěn)壓器的散熱能力愈強, 結(jié)溫就愈低，它所能承受的功率也愈大。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R1 表示從結(jié)到器件外殼的熱阻，R2 表示從器件外殼到散熱片表面的熱阻，RA 表示從結(jié)到散熱片表面的熱阻，則RA=R1+R2。若令Rd 表

30、示散熱片到周圍空氣的熱阻，R表示加散熱片后結(jié)到空氣的總熱阻，則R=RA+Rd。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：所以器件的最大功耗必須滿足PDMPD。3.4 過流保護在目前，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，對于電源性能要求不是很高的場合，可采用帶有過流保護的集成穩(wěn)壓電路，同樣能滿足產(chǎn)品的要求。過流保護電路作為電源電路中不可缺少的一個組成部分，能夠有效地保護電子元件，根據(jù)其控制方法大致可以分為關(guān)斷方式和限流方式，而直流電機電源較宜采用關(guān)斷方式。過流保護電路首先要有一個電流取樣環(huán)節(jié)，常用做法

31、是串聯(lián)一個小電阻或者是霍爾元件來獲得電流信號。由于霍爾元件體積比較大，價格昂貴，因而考慮采用串聯(lián)一個小電阻的方法。電路的過流保護原理圖如圖12所示。 圖12 過流保護電路原理圖R6為取樣小電阻。當(dāng)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。由于直流電機啟動瞬時電流iout較大(約為額定電流的810倍)，iout流過小電阻R6，并經(jīng)R5對C4充電。通過設(shè)定R6、C4的值，使充電時間大于電機啟動時間，Q1(9013)處于截止?fàn)顟B(tài)，電機啟動到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流。一旦電機發(fā)生短路或堵轉(zhuǎn)，使電容C4兩端電壓達到Q1的導(dǎo)通電壓，則Q1導(dǎo)通，強制穩(wěn)壓器的輸出電壓降為基準(zhǔn)電壓1.25V

32、。電機啟動時必須滿足充電時間大于啟動時間，Q1不導(dǎo)通，電機才能正常啟動。由于啟動電流很大，一般是額定電流的47倍，可看成不變，設(shè)為I=5I0。根據(jù)圖15，可得以下公式： 由于R4R5，所以iR5iR5因此i約等于iR5。此時為一階零狀態(tài)輸入響應(yīng)，求解得：假設(shè)電容C4的電壓達到0.7V為充電時間，得：設(shè)電機負荷在額定狀態(tài)下運行，電機電流I0已經(jīng)穩(wěn)定。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?？紤]一定的設(shè)計余量，取保護電流設(shè)定值IG<IS，式(1)同樣成立此為一階全響應(yīng)方程，初始條件uc4 (0+)=I0iR5, 強制分量uc4 ()=IGR5, 求解得：假設(shè)增大到V2

33、導(dǎo)通電壓0.7的充電時間為,則必須小于允許短路時間t,即：要使保護起到作用，uc4 ()必須大于0.7V，即：3.5 顯示電路在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經(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量儀器。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。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、測量速度快等特點而廣泛應(yīng)用于測量領(lǐng)域。制作數(shù)字電壓表有很多種方

34、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?？梢杂肁DC0808集成電壓轉(zhuǎn)換芯片和AT89C51單片機設(shè)計制作數(shù)字電壓表，具體方法是A/D轉(zhuǎn)換器在單片機的控制下完成對模擬信號的采集和轉(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)點而且功能強大，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的顯示精度對于本設(shè)計已經(jīng)足夠了?；贗CL7107的數(shù)顯電壓顯示電路簡單可靠，雖然它只是三位半的AD轉(zhuǎn)換器，但是已經(jīng)可以滿足日常的電壓測量或者電壓顯示的要求，所以這種電路

35、應(yīng)用非常廣泛，它的具體電路原理圖如圖13所示。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)為共陽極數(shù)碼管。因為本設(shè)計不需要用到20V以上的電壓值，所以此數(shù)顯電壓表的量程為0-19.99V。ICL7107芯片的最大量程可以到達199.9V，如果需要用到其他的量程，可以通過修改輸出端電阻的參數(shù)來達到目的。3.5.1 參數(shù)的計算系統(tǒng)時鐘由IC的38、39、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 = 0.45/

36、RC   Cosc > 50pF   Rosc > 50K  fosc = 48K Hz (典型值)振蕩周期：Tosc = RC/0.45 所以，38腳的C4取100pF，39腳的R5取100K。積分電路由IC的27、28腳決定。 積分時鐘頻率：Fclock = Fosc / 4    積分周期：Tint = 1000 ×(4/Fosc) = 1000 ×(4/48K) = 83.3ms 滿量程模擬輸入電壓：Vinfs = 200mV (典型值) 最佳積分電流：Iint = 4uA

37、積分電壓：Vint = 2V 積分電阻：Rint = Vinfs / Iint = 200 mV/ 4uA = 50K 積分電容：Cint = (Tint)(Iint) / Vint = 83.3ms × 4uA / 2 = 0.166 uF 所以，27腳C3取0.22uF， 28的R4取47K。C2用于防止系統(tǒng)噪音的影響以及過載輸入時電路的恢復(fù)，29腳的C2取0.47uF。 參考電容：0.1uF < Cref <1uF C1為參考電容，我們?nèi)?.1Uf。電阻R2用于調(diào)整參考電壓，參考電源為0200mV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 = 2&

38、#215;Vref 如果要求電壓表的量程0199.9mV，參考電壓應(yīng)設(shè)置為100mV。 如果需要需要測量的電壓大于200mV，就要通過分壓電路來實現(xiàn)。由于我們電源的指標(biāo)是512V，所以要求電壓表的量程為020V。 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1K，落在R2上的電壓降為2×100mV = 0.2V，Rx計算如下： 為了方便電阻選擇，選用100 K電阻，其誤差可通過調(diào)整R2來彌補。3.5.2 元件的選擇制作時，顯示用的數(shù)碼管為共陽型，2 K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

39、可。R1選用100K的金屬膜電阻，R2選用2K的多圈可調(diào)精密電阻，R3選用24K的金屬膜電阻，R4選用1K的多圈可調(diào)精密電阻，R5選用47K的金屬膜電阻，R6選用100K的金屬膜電阻。C1選用0.22uF的CCB電容，C2選用0.47uF的CCB電容，C3選用0.1uF的陶瓷電容，C4選用100 pF的CCB電容。3.5.3 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，用萬用表測電源的輸出，如9.50V，然后通過調(diào)節(jié)電位器R2，使LED上的數(shù)值與萬用表上的一致。這樣，校準(zhǔn)工作就算完成

40、了。經(jīng)過校準(zhǔn)后，ICL7107和萬用表的絕對誤差只有0.01V。3.5.4 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5V供電電源電路原理圖如圖14所示。圖14 正負5V供電電源原理圖這種電路時標(biāo)準(zhǔn)的雙電源電路，能夠穩(wěn)定提供正負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。方案二：利用LM317集成穩(wěn)壓模塊做一個+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C

41、MOS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99.7%，帶負載后轉(zhuǎn)換效率仍可達95%，ICL7660本身耗電小于0.5mA，卻能向負載提供1020mA 的電流，其外圍電路十分簡單，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。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+5V的電源，然后用一只NPN三極管，兩只電

42、阻，一個電感來進行信號放大，把芯片38腳的振蕩信號串接一個20K56K的電阻連接到三極管“B”極，在三極管“C”極串接一個電阻（為了保護）和一個電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時，三極管的“C”極電壓為2.4V2.8V為最好。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。完整顯示電路就如圖16所示。圖16 單電源供電的ICL7107電路原理圖經(jīng)過考慮，最終選擇了方案三，因為這樣做既節(jié)省成本，又方便焊接且滿足設(shè)計要求。經(jīng)過測試，數(shù)顯電壓表正常工作。4 穩(wěn)壓直流電源的測試4.1 電

43、源的輸出顯示精確度與紋波測試測試方法為空載狀態(tài)下電源的輸出接萬用表和示波器然后將電源的輸出顯示數(shù)值與萬用表顯示數(shù)值相比較，在示波器上可以觀察到電源的紋波還有最大值、最小值和峰-峰值。電源的測試數(shù)據(jù)如表3所示。表3 電源的測試數(shù)據(jù)電源顯示數(shù)值（V）萬用表實測值（V）最大值Vmax（V）最小值Vmin（V）峰-峰值Vpp（V）1.251.261.601.006002.012.012.201.804003.013.013.202.804004.004.004.203.804004.994.985.204.804006.006.006.205.804007.017.007.206.804008.007

44、.988.207.804009.008.999.408.8060010.009.9810.29.8040011.0010.9711.210.640012.0011.9712.211.840013.0012.9713.212.840014.0013.9614.213.840015.0014.9515.214.840016.0015.9516.215.840017.0016.9517.216.840018.0017.9418.217.660019.0018.9419.218.660019.9919.9120.219.6600隨機抽取的幾組數(shù)據(jù)如表4所示。表4 電源的測試數(shù)據(jù)（隨機）電源顯示數(shù)值（V）萬用表顯示電壓數(shù)值（V）最大值Vmax（V）最小值Vmin（V）峰-峰值（V）3.303.303.603.006004.734.735.004.604007.767.748.007.604009.719.699.809.6020011.3811.3511