数显式直流稳压电源电路设计.docx
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1、 题 目: 数显式直流稳压电源电路设计 英文题目: Digital DC power supply circuit design 摘 要本文主要设计并制作数字显示的直流稳压电源。本电源作为一个微型启动器,具有可调整电压,调压范围是1.25V-20V,而且具备输出电压可以显示的功能。本文介绍了直流稳压系统的总体的设计方案,它主要由变压器部分、整流滤波部分、稳压部分、电压数字显示部分和输出部分组成。电源的稳压部分用三端集成稳压管LM317完成,数字显示部分用ICL7107芯片完成。ICL7107是一种市场上应用非常广泛的集成芯片,内置程序,可以直接驱动LED数码管。本设计的显示部分是采用ICL71
2、07芯片制作LED显示的数字电压表,并联到输出端,完成电压显示的功能。本电源具有设计简单灵活,成本低,效率高,调整精度高等优点,在市场上有很好的应用前景。Abstract Todays society people greatly enjoy the convenience of electronic equipment, electronic equipment, but any more than there is a common circuit - power supply circuit. Large supercomputers, small pocket calculator,
3、all electronic devices must be more support in the power circuit to work properly. Commonly used with AC and DC power supply of the points, of course, the power supply circuit style, complexity vary widely. Undeniable power has been widely used in all aspects of our lives, so learn and understand th
4、e power of production principles and techniques for our production and development and many have a positive meaning. As characteristic of electronic technology, electronic circuit design equipment for the power requirement is to provide a steady, full of energy load requirements, and usually require
5、 a stable DC performance. This can provide a stable DC power supply is DC regulated power supply. DC power supply in power supply technology plays a very important position. In this paper, design and production figures show that the DC power supply. The power supply as a mini-starter with adjustable
6、 voltage regulator range 1.25-20V, and output voltage can be displayed with the function. This article describes the display section and the output DC component. Power supply regulator part of the integrated three-terminal regulator with a LM317 completed, the digital display section complete with T
7、CL7107 chip. TCL7107 is a very broad application on the market integrated chip, built-in program, you can directly drive LED digital tube. The design of the display part of the chip is produced using TCL7107 LED display digital voltmeter, in parallel to the output voltage display function to complet
8、e.目 录1 前言11.1 稳压直流电源的研究背景11.2 课题的主要内容11.2.1 电源的输出控制11.2.2 稳压直流电源的功能21.2.3 性能指标21.2.4 论文的总体结构22 方案的选择和设计思路32.1 方案设计与论证32.2 芯片的选择42.2.1 LM317三端可调节稳压器42.2.2 ICL7107三位半LCD/LED显示A/D转换器53 可调稳压直流电源的设计73.1 可调稳压直流电源的基本组成73.2 整流滤波电路83.2.1 整流电路83.2.2 滤波电路113.3 稳压电路133.4 过流保护163.5 显示电路183.5.1 参数的计算193.5.2 元件的选择
9、203.5.3 ICL7107的校准213.5.4 ICL7107的供电电源214稳压直流电源的测试234.1 电源的输出显示精确度与纹波测试234.2 负载能力测试285 稳压直流电源的实物图305.1 通电后的工作情况305.2 电源实物图306 结语316.1 结论316.2 体会31致谢33参考文献34英文摘要35附录1 前言1.1 稳压直流电源的研究背景最大输入输出电压差:40V DC;最小输入输出电压差:3V DC为获得较高的输出电压值,LM317稳压器的调节端与地之间的电阻R2值及其压降往往较大,在R2两端并接一个不小于10uF的电容C3,可有效地抑制输出端的纹波。由于稳压器在1
10、1的深度负反馈下工作,当输出端负载为容性的某一值时,稳压器有可能出现自激现象。因此,在稳压器的输入端接入0.1uF的电容C2,输出端接入10uF的电解电容C5,提供足够的电流供给,同时可以防止可能发生的自激振荡以及减小高频噪声和改善负载的瞬态响应。当输入端发生短路时,C5通过稳压器的调整管放电,C5值较大,则放电时的冲击电流很大,电压会通过稳压器内部的输出晶体管放电,可能造成输出晶体管发射结反向击穿。为此,在稳压器两端并接二极管D6,输入端短路时C5通过D6放电,保护LM317稳压器。 整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用,因此二极管是构成整流电路的关
11、键元件。在小功率整流电路中,常见的集中整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本设计采用单相桥式整流电路。单相桥式整流电路是工程上最常用的单相整流电路。在工作时,电路中的四只二极管都是作为开关运用,当正半周时,二极管V1、V3导通(V2、V4截止),在负载电阻上得到正弦波的正半周;当负半周时,二极管V2、V4导通(V1、V3截止),在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成,得到的是同一个方向的单向脉动电压。桥式整流电路原理图如图6所示。 图6 桥式整流电路原理图 选择二极管要依据二极管的反向耐压VRM和正向电流IF。由于滤波电容的容量愈大,二极管导通角愈小,通过二极
12、管脉冲电流的幅度愈大,因此,整流管的幅值电流必须加以考虑。流过整流管的平均电流:式中Ii 为稳压器的输入电流,IR1、IR2、Iadj 分别为流过R1、R2,以及调整端的电流,则:考虑到电容充电电流的冲击,正向电流一般取平均电流的23 倍。二极管最大反向电压:式中U2为电源变压器次级电压有效值,Ui为整流输出电压(即稳压器输入电压)。为了保证稳压器LM317稳定运行,输入电压Ui与输出电压U0之差一般在515V范围,取Ui-U0=10V,得:设计时可考虑一定的余量。根据计算,1N4007的二极管符合设计要求,可以用作整流桥。桥式整流电路电压和电流波形如图7所示。故Rl上得到单方向全波脉动的直流
13、电压。这样,四个二极管组成的整流桥就完成了整流的功能。3.2.2 滤波电路整流电路将交流电变为脉动直流电,但其中含有大量的交流成分(称为纹波电压)。所以我们需要在整流电路之后加入滤波电路进行滤波,才能得到稳定的直流电压。对于滤波电路的选择有两种方案:方案一:采用电感滤波电路。由于电感在电路中有储能的作用,所以在电路中可以串联电感,当电源供给的电流增加时,它能够把能量储存起来,当电流减小时,它有可以把能量释放出来,是负载电流比较平滑,有平波的作用。在电感滤波电路中,整流管的导电角度比较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,但是由于铁芯的存在,比较笨重,体积比较大,而且容易引起电磁干扰。一般的情况下
14、只适用于低电压,大电流的场合。电感滤波电路图如图8所示:图8 电感滤波电路方案二:采用电容滤波电路。由于电容在电路中也是起到储存能量的作用,并联的电容器在电源供给的电压升高时,能够把部分能量储存起来,而当电源电压减低的时候,就能把能量释放出来,是负载电压比较平滑稳定,也就是电容也有平波的作用。电容滤波电路比较简单,而且负载直流电压比较高,纹波也比较少,适用于负载电压较高,负载变动不大的场合,也减轻了电路设计和实际焊接的工作。电容滤波电路原理图如图9所示。图9 电容滤波电路经过分析,最终决定采用方案二。滤波电解电容C的选择原则是:取其放电时间常数RLC大于充电周期的35 倍,其耐压值必须大于脉动
15、电压峰值。对于桥式整流电路来说,脉动电压峰值为2U2,C的充电周期等于交流电源周期T的一半,即C(35) T2RL,式中RL为整流后的等效负载电阻,经过考虑,本设计取C为2200uF。LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多:例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。 稳压电源的输出电压可用下式计算:仅仅从公式本身看,R3、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式,R3和R2的阻值是不能随意设定的。1,2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能,R
16、3应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D5,D6用于保护LM317。首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo1.25V37V(高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等,其输出电压变化范围是Vo1.25V45V),所以R2/R3的比值范围只能是028.6。它的使用非常简单,仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流,有的资料称为最小输出电流,也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的
17、生产厂家不同、型号不同,其最小稳定工作电流也不相同,但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时,317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时,LM317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用LM 317稳压块制作稳压电源时,没有注意LM317稳压块的最小稳定工作电流,那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象:稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时,必须保证R10.83K和R223.74K两个不等式同时成立,才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。当然在317稳压块的输出端并
18、联泄流电阻R(如图所示),也可以为317稳压块提供最小稳定工作电流。但是,由于并联的泄流电阻不能随输出电压的变化而变化,如果要保证317稳压块在输出电压为1.25V时,其输出电流大于其最小稳定工作电流,则在317稳压块的输出电压为37V时,流过泄流电阻的电流就太大了,这样不仅浪费了电能,而且增加了317稳压块的负担,不是一种妥当的办法。通常LM117/LM317不需要外接电容,除非输入滤波电容到LM117/LM317输入端的连线超过6英寸(约15厘米)。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。输入至少要比输出高2V,否则不能调压。输入电要最高不能
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