基于可调式稳压器LM37的直流稳压电源课程设计自己制作之欧阳计创编.docx
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基于可调式稳压器LM37的直流稳压电源课程设计自己制作之欧阳计创编.docx
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基于可调式稳压器LM37的直流稳压电源课程设计自己制作之欧阳计创编
***********************电子技术课程设计总结陈述
时间:
2021.02.11
创作:
欧阳计
题目:
运算放年夜器组成的020倍放年夜器
学生姓名:
只写一个人的名字
系别:
电气信息工程系
专业年级:
级电气工程专业1班
指导教师:
某某某
7月
基于可调式稳压器LM317的直流稳压电源
TAG:
可调式稳压器LM317LM317直流稳压电源LM317电源
摘要:
该设计主要利用可调式稳压器LM317实现直流稳压电源的正负输出可调性。
整个电源主要由变压器、整流电路、滤波电路,以及稳压电路几部分组成。
其体积小,稳定性好且性价比较高。
主要介绍其具体实现及原理,并阐发具体硬件电路的工作原理及具体实现办法。
结合单片机原理以及其他相关集成电路模块的相关原理实现了直流稳压电源的显示等具体功能。
经频频实验,结果标明其具有灵活的可调性,控制效果良好。
该电源可广泛运用于电力电子、仪表、控制等实验场合。
关键词:
可调式稳压器;直流稳压电源;整流电路;滤波电路
1、引言:
在电子线路的相关应用中,电源是其必不成少的部分,电源系统质量的优劣和性能的可靠性直接决定着整个电子设备的质量。
直流稳压电源作为直流能量的提供者,在各种电子设备中有着极其重要的位置,它的性能良好与否直接影响到电子产品的精度、稳定性和可靠性。
随着电子技术的日益成长,电源技术也获得了很年夜的成长,它从过去一个不太庞杂的电子线路成长到今天具有较强功能的模块。
人们对电源的质量、功能和性能要求也随之变得越来越高。
本文介绍一种以可调式稳压器为核心组成的正负输出可调的直流稳压电源。
该电源主要由电源变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分所组成。
单向交流电经过这几部分电路后即可转换成正负输出可调的稳定直流电压。
在本电源设计中,不但制作了实用的稳压电源,更是结合单片机原理、汇编语言等学科,提高电源的性能和功能,使电源设备功能更加完善,使用便利,显示直观。
初步实现了电子产品的体积小、功能多、性能高、价格低、智能化等方面的功能。
2、电路所用核心元器件
(1)LM317简介
LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。
我国和世界各年夜集成电路生产商均有同类产品可供选用,是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。
LM317的输出电压规模是1.2V至37V,负载电流最年夜为1.5A。
它的使用很是简单,仅需两个外接电阻来设置输出电压。
另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内置有过载呵护、平安区呵护等多种呵护电路。
通常LM317不需要外接电容,除非输入滤波电容到LM317输入真个连线超出6英寸(约15厘米)。
使用输出电容能修改瞬态响应。
调整端使用滤波电容能获得比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。
LM317能够有许多特殊的用法。
比方把调整端悬浮到一个较高的电压上,可以用来调节高达数百伏的电压,只要输入输出压差不超出LM317的极限就行。
固然还要避免输出端短路。
还可以把调整端接到一个可编程电压上,实现可编程的电源输出。
317稳压块存在一个最小稳定工作电流的问题,可以通过设定R1和R2阻值的年夜小,而使317稳压块空载时输出的电流年夜于或即是其最小稳定工作电流,从而包管317稳压块在空载时能够稳定地工作。
此时,只要包管Vo/(R1+R2)≥1.5mA,就可以包管317稳压块在空载时能够稳定地工作。
上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。
固然,只要能包管317稳压块在空载时能够稳定地工作,Vo/(R1+R2)的值也可以设定为年夜于1.5mA的任意值。
经计算可知R1的最年夜取值为R1≈0.83KΩ。
又因为R2/R1的最年夜值为28.6。
所以R2的最年夜取值为R2≈23.74KΩ。
在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时,必须包管R1≥0.83KΩ,R2≤23.74KΩ两个不等式同时成立,才干包管317稳压块在空载时能够稳定地工作。
固然在317稳压块的输出端并联泄流电阻R,也可以为317稳压块提供最小稳定工作电流。
可是,由于并联的泄流电阻不克不及随输出电压的变更而变更,如果要包管317稳压块在输出电压为1.25V时,其输出电流年夜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年夜了,这样不但浪费了电能,并且增加了317稳压块的承担,不是一种妥当的办法。
3、直流稳压电源的实现原理
本设计电路主要采取三端可调式集成稳压器LM317,构成正负输出可调的稳压电源电路。
本电源电路的原理框图如图1所示,其主要由变压器、整流、滤波、稳压、等部分所组成。
4、电路工作原理阐发
(1)电源变压器
由于电源变压器的副边电压有效值将决定后面电路的需要,所以在此应选择输出电压有效值为12V的电源变压器。
(2)整流部分
该设计采取单相桥式整流电路(桥式KBP307)。
其由四只二极管组成,其构成原则就是
包管在变压器副边电压u:
的整个周期内,负载上的电压和电流标的目的始终不变。
为达到这一目的,需要在Uz的正、负半周内正确引导流向负载的电流,使其标的目的不变,设变压器副边两端辨别为a和b,则a为“+”b为“一”时应有电流流出a点,a为“一”b为“+”时应有电流流入a点;相反,a为“+”b为“一”时应有电流流入b点,因而a和b点均应接两只二极管,以引导电流,具体电路原理如图2所示。
如果桥式整流电路变压器副边中点接地,就应将两个负载电阻相连接且连接中点接地。
根据桥式整流电路的工作原理,当a点为“+”b点为“一”时,Dl、D3导通,D2、D4截止,U01=U2,U02=一U2;而当b点为“+”a点为“一”时,D2、D4导通,D1、D3截止,U01=一U2,U02=U2,这样两个负载上就辨别获得正、负电压。
若设变压器副边电压u2=U2sinwt,U2为其有效值。
当u2为正半周时,电流由a点流出,经Dl、RL、D3流入b点,因而负载电阻RL上的电压即是变压器副边电压,即uo=u2,D2和D4管接受的反向电压为一u2。
当u2为负半周时,电流由b点流出,经D2、RL、D4流入a点,负载电阻RL上的电压即是一u2,即uo=一u2,D1、D3接受的反向电压为u2。
这样,由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通,致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过,并且标的目的不变,则输出电压uo=|U2sinwt|。
(2)滤波电路
经过整流后的直流电幅值变更很年夜,会影响电路的工作性能。
可利用电容的“通交流,隔直流”的特性,在电路中并人两个并联电容作为电容滤波
器,滤去其中的交流成分。
电容滤波电路是最罕见也是最简单的滤波电路,在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路。
滤波电容容量较年夜,因此一般均采取电解电容,在接线时要注意电解电容的正负极。
电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑。
如果将两个滤波电容相连接,且连接点接地,就可同时获得输出电压平滑
的正负电源。
在理想情况下,变压器副边无损耗,二极管导通电压为零,所以电容两端电压相等。
而当其上升到峰值后开始下降,电容便通过负载电阻放电,其电压也开始下降,趋势与电容两端电压基秘闻同。
可是由于电容按指数规律放电,所以当其下降到一定命值后,电容将继续通过负载放电,电容两端电压按指数规律缓慢下降。
总之,在电容充电时,回路电阻为整流电路的内阻,即变压器电阻和二极管的导通电阻,其数值很小,因而时间常数很小。
电容放电时,回路电阻为RL,放电时间常数R。
。
C通常远年夜于充电的时间常数。
因此滤波效果取决于放电时间。
电容愈年夜,负载电阻愈年夜,滤波后输出电压愈平滑,并且其平均值愈年夜。
换言之,当滤波电容容量一按时,若负载电阻减小(即负载电流增年夜),则时间常数RLC减小,放电速度加快,输出电压平均值即下降,且脉动变年夜。
故在此选择一个滤波电容2200。
输出电压的平均值U似蝴与放电时间常数RLC有关。
RLC越年夜,电容器放电速度越慢,则输出电压所包含的纹波成分越小,U驭㈣越年夜。
为获得平滑的输出电压,一般取放电时间常数为:
式中:
T为交流电的周期,在滤波电路放电时间常数满足上式的关系时,可用下式对输出电压的平均值约为电容两端电压的1.2倍。
滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述,近似估算时,其波形近似为锯齿波,此时脉动系数S可按下式近似估算,其中T为电网电压的周期。
当滤波电容选定后,输出电压平均值U0和输出电流平均值I0的关系称为输出特性,脉动系数S和输出电流平均值I0的关系称为滤波特性。
电容滤波电路如图3
(1)。
输出特性和滤波特性如图3
(2)所示。
图3
(1)电容滤波电路图
图3
(2)输出特性级滤波特性
曲线标明,电容愈年夜电路带负载的能力愈强,滤波效果愈好;电流平均值愈年夜(即负载电阻的RL愈小),电压平均值愈低,S的值愈年夜。
为减小输出电压的脉动成分,采取的滤波电容器的容值越年夜越好,交流电源的频率越高越好。
目前在计算机、电视机等电子设备中采取了高频整流电源,它的滤波电容的容量就比50赫兹工频交流电的滤波电容小很多。
(3)稳压部分
集成串连型稳压电路有三个引脚,辨别为输入端,输出端和公共端,因而称为三端稳压器。
按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路;前者的输出电压不克不及进行调节,为固定值;后者可通过外接元件使输出电压获得很宽的调节规模。
便于实时控制,此设计采取可调式三端稳压器LM317。
LM317可调式三端稳压器有三个引出端,辨别为输入端、输出端和电压调整端(简称调整端)。
调整端是基准电压电路的公共端,其典范值为1.25V。
其典范线性调整率为0.01%,负载调整率为0.1%,80dB的纹波抑制比,其工作温度规模为o℃至+125℃。
LM317可调式三端稳压依靠外接电阻来调节输出电压的,为包管输出电压的精度和稳定性,要选择精度高的电阻,同时电阻要紧靠稳压器,避免输出电流在连线上产生误差电压。
为了减小电位器上的纹波电压,可在其上并联了一个lo的电容,由于电容容量较年夜,一旦输入端断开,电容将从稳蘸器输出端向稳压器放电,易使稳压器损坏,因此在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管,并置在输出短路时,曦套将向稳压器调熬端放电,并使调整管发射结反偏,为了呵护稳压器,故加一个二极管。
利用电容可以抵消输入线较长时的电感效应,以避免电路产生壹激振荡,其容量较小,一般小于1,故在此选择0.1。
图4LM317的基本应用电路
图5LM317稳压电源电路。
LM317输出电流为1.5A,输出电压可在1.25-37V之间连续调节,其输出电压由两只外接电阻R1、RP1决定,输出端和调整端之间的电压差为1.25V,这个电压将产生几毫安的电流,经R1、RP1到地,在RP1上分得的电压加到调整端,通过修改RP1就能修改输出电压。
注意,为了获得稳定的输出电压,流经R1的电流小于3.5mA。
LM317在不加散热器时最年夜功耗为2W,加上200×200×4mm3散热板时其最年夜功耗可达15W。
VD1(IN4002)为呵护二极管,避免稳压器输出端短路而损坏IC,VD2(IN4002)用于避免输入短路而损坏集成电路。
装置时注意电容C2应靠近IC的输入端,C3应靠近IC的输出端,这样能更好地抑制纹波。
5、设计步调及电路元件选择
电路参数计算如下:
年夜部分元件的选择都有弹性。
IC选用LM317或与其功能相同的其它型号(如KA317等,可向售货员咨询)。
二极管选1N40011N4007均可,因为这里涉及到的电压比较小。
一般当整流输出电流年夜时,必须用电解电容滤波稳压;输出电流小时,用一般电容或电解电容滤波都可以,如果对直流输出电压有纹波系数要求或者为了避免高频噪音,用电解电容和小容量无极性电容并联使用效果较好。
小容量电容可滤失落脉动直流中的高次谐波,电解电容滤失落年夜幅值的低频成分,稳压规模宽、效果好。
稳压规模宽、效果好。
整流滤波电路对电容器的容量和耐压值要求不是太高,一般根据输出电流年夜小估算电容器的容量,输出电流年夜,容量就年夜;电流小,容量就小。
可是,容量太年夜会降低输出电压值,太小则会招致电压脉动年夜、不稳定。
故C1选择耐压年夜于16V、容量4702200μF的电解电容均可。
C2选用普通的磁片电容即可,容量为10×104=100000PF=0.1μF。
C3的选择类似于C1,电阻选用1/8W的小型电阻。
图5是由LM317三端可调双电源稳压电路,正输出电压是可调的。
电路中的VREF=V31(或V21)=1.2V,R1和R2=(120~240)Ω,为包管空载情况下输出电压稳定,R1和R2不宜高于240Ω。
R2和R2的年夜小根据输出电压调节规模确定。
变压器的选择。
输出电压为3~6V,最年夜电流可达100mA,因此变压器的功率必须为6W以上,输出电压为两个15V的变压器(即15*25W的变压器或选用中间抽头的)。
6、各部分电路图及其仿真结果
(1)单向桥式整流电路图及其仿真结果
整流电路的任务是把交流电压转变成直流脉动的电压
电路图:
仿真结果:
(2)电容滤波电路图及其仿真结果
电路图:
仿真结果:
滤波电容C=22uF
滤波电容C=470uF时
(3)稳压电源电路的电路图及仿真
通过调节滑动变阻器Rp1的阻值可获得3~6V的稳定的直流电压
电路图:
仿真结果:
输出电压U2的波形图:
输出电压U0的波形图:
7、总结
本系统主要以三端可调式集成稳压器LM317为核心部件,并结合荜片瓿等原理。
该电源具有输出电压规模宽,输出电流年夜,性能稳定等优点。
能较好地进行数字亿的信息显示及智能控制,不但提高了稳压电源的综合性能,并且能避免负载短路、过载。
通过其体设计及实际测试,充分证明了该系统设计计划的可行性程有效性,各项性能指标均达到了预期的要求,广泛适用于各种电子类研究及实验室,积极推进各种电子行业的技术与质量管理事业的快速成长。
时间:
2021.02.11
创作:
欧阳计
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