基于可调式稳压器LM317的直流稳压电源课程设计.doc

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1、电子技术课程设计总结报告题 目：可调直流稳压电源学生姓名： 李寒,王艺,朱捷 系 别： 电子信息工程系 专业年级： 2010级电子信息工程专业1班 指导教师： 张熙 2012年6月基于可调式稳压器LM317的直流稳压电源作品简述:已实现输入220v/50hz交流电输出恒定可调1.25-10(或22)v直流电.但由于各种原因导致附加功能(数码管显示)无法实现,下面将具体介绍电路实现过程,芯片功能及问题原因.TAG： 可调式稳压器 LM317直流稳压电源 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

2、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，并分析具体硬件电路的工作原理及具体实现方法。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。经反复实验，结果表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，电源是其必不可少的部分，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地位，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

3、术的日益发展，电源技术也得到了很大的发展，它从过去一个不太复杂的电子线路发展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，不仅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，使用方便，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（

4、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。我国和世界各大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 的输出电压范围是 1.2V 至 37V，负载电流最大为 1.5A。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。 通常 LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 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电路高的多的纹波抑

5、制比。LM317 能够有许多特殊的用法。比如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过 LM317 的极限就行。当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阻值的大小，而使317稳压块空载时输出的电流大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。此时，只要保证Vo/（R1R2）1.5mA，就可以保证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。当然，只要能保证317稳压块在空载时能

6、够稳定地工作，Vo/（R1R2）的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。经计算可知R1的最大取值为R10.83K。又因为R2/R1的最大值为28.6。所以R2的最大取值为R223.74K。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，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稳压块的输出端并联泄流电阻R，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

7、，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。3、直流稳压电源的实现原理本设计电路主要采用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、电路工作原理分析（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 该设计采用单相桥式整流电路(桥式KBP307)。其由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u：的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。为达到

8、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，使其方向不变，设变压器副边两端分别为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

9、就分别获得正、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上的电压等于变压器副边电压，即uo=u2，D2和D4管承受的反向电压为一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上的电压等于一u2，即uo=一u2，D1、D3承受的反向电压为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，而且方向不变，则输出电压uo=| U2sinwt|。（2）滤波电路经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。可

10、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。电容滤波电路是最常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。滤波电容容量较大，因此一般均采用电解电容，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，就可同时得到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本相同。但是由于电容按指

11、数规律放电，所以当其下降到一定数值后，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通常远大于充电的时间常数。因此滤波效果取决于放电时间。电容愈大，负载电阻愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。换言之，当滤波电容容量一定时，若负载电阻减小(即负载电流增大)，则时间常数RLC减小，放电速度加快，输出电压平均值即下降，且脉动变大。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越大，电容器放

12、电速度越慢，则输出电压所包含的纹波成分越小，U驭越大。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12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表明，电容愈大

13、电路带负载的能力愈强，滤波效果愈好；电流平均值愈大(即负载电阻的RL愈小)，电压平均值愈低，S的值愈大。为减小输出电压的脉动成分，采用的滤波电容器的容值越大越好，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用了高频整流电源，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得多。（3）稳压部分集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端，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；前者的输出电压不能进行调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。便于实时控制，此设计采用可调式三端稳压器LM317。LM317可调式三端稳压器有

14、三个引出端，分别为输入端、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，其典型值为125V。其典型线性调整率为0.01，负载调整率为0.1，80dB的纹波抑制比，其工作温度范围为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，为保证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，防止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，由于电容容量较大，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

15、电，并使调整管发射结反偏，为了保护稳压器，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，以防止电路产生壹激振荡，其容量较小，一般小于1，故在此选择0.1。图4 LM317的基本应用电路图5 LM317稳压电源电路。LM317输出电流为1.5A，输出电压可在1.2537V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，通过改变 RP1就能改变输出电压。注意，为了得到稳定的输出电压，流经R1的电流小于3.5mA。LM317在不加散热器时最大功耗为2W，加上20

16、02004mm3散热板时其最大功耗可达15W。VD1(IN4002)为保护二极管，防止稳压器输出端短路而损坏IC.VD2(IN4002)用于防止输入短路而损坏集成电路。安装时注意电容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、设计步骤及电路元件选择电路参数计算如下:大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1N4001-1N4007均可，因为这里涉及到的电压比较小。一般当整流输出电流大时， 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

17、者为了防止高频噪音，用电解电容和小容量无极性电容并联使用效果较好。小容量电容可滤掉脉动直流中的高次谐波，电解电容滤掉大幅值的低频成分，稳压范围宽、效果好。稳压范围宽、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，一般根据输出电流大小估算电容器的容量， 输出电流大，容量就大； 电流小，容量就小。但是， 容量太大会降低输出电压值，太小则会导致电压脉动大、不稳定。故C1选择耐压大于16V、容量470-2200F的电解电容均可。C2选用普通的磁片电容即可，容量为10104=100000PF=0.1F。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，

18、正输出电压是可调的。电路中的VREF=V31(或V21)=1.2V，R1和R2=(120240),为保证空载情况下输出电压稳定，R1和R2不宜高于240。 R2和R2的大小根据输出电压调节范围确定。变压器的选择。输出电压为1.25-12V，最大电流可达100mA，因此变压器的功率必须为6W以上，输出电压为两个12V的变压器。6. 附加功能数码管显示输出电压值:电路图:1. 由于输出电压只有到12v,所以选择20v量程.2.ICL7107安装电压表头时的一些要点：按照测量199.9mV来说明。(1).辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。也可以把芯片的缺

19、口朝左放置，左下角也就是第一脚了。许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2至第 40引脚。（1脚与 40脚遥遥相对）。(2).牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V。第 36脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在 3V至 5V都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31引脚是信号输入引脚，可以输入 199.9mV的电压。在一开始，可以把它接地，造成0信号输入，以方便测试。(3).注意芯片 27,28,29引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47u

20、F阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的 33和 34脚接的 104电容也不能使用磁片电容。(4).注意接地引脚：芯片的电源地是 21脚，模拟地是 32脚，信号地是 30脚，基准地是 35脚，通常使用情况下，这 4个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30脚或 35脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。 本文不讨论特殊要求应用。(5).负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用 ICL7660或者 N

21、E555等电路来得到，这样需要增加硬件成本。我们常用一只 NPN三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片 38脚的振荡信号串接一个 20K56K的电阻连接到三极管B极，在三极管C极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的C极电压为 2.4V 2.8V为最好。这样，在三极管的C极有放大的交流信号，把这个信号通过 2只 4u7电容和 2支 1N4148二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供给 ICL7107的 26脚使用。这个电压，最好是在 3.2V到 4.2V之间。(6).如果上面的所有连接和电压数值都是正常的，也没有短路或者开路故障，那么，电路

22、就应该可以正常工作了。利用一个电位器和指针万用表的电阻 X1档，我们可以分别调整出 50mV,100mV,190 mv三种电压来，把它们依次输入到 ICL7107的第 31脚，数码管应该对应分别显示 50.0,100.0,190.0的数值，允许有 23个字的误差。如果差别太大，可以微调一下 36脚的电压。7.购买的原件清单:电阻(欧姆）：24K*2 100K*4 470k*2 200*2 电位器：2K*4 1k*2 二极管：IN4007*15电解电容：2200uf*4 470uf*4 22uf*4 0.47uf*4 1uf*4 0.1Uf*4 100pf*4无极性电容：104*4熔断器含插座：

23、1A*4散热片：若干插头：*2集成电路：LM317*2 ICL7107*2显示管：MAN6710*4(没买到,用代替品,结果导致问题所在)输入220v输出15v AC变压器焊接用导线：若干PCB板：120*80mm开关：点按式*4 普通按式开关*68. 出现问题:数码管无法显示输出电压值,检查电路无连线问题,最后发现ic7107使用共阳极数码管,而由于采购原件的数码管是共阴极,所以导致无法显示.由于时间限制和原件无法短期内取得,所以显示功能无法实现,但基本原理正确.9. 解决方案:更换数码管,未完成.10、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范围宽，输出电流大，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，不仅提高了稳压电源的综合性能，而且能防止负载短路、过载。通过其体设计及实际测试，充分证明了该系统设计方案的可行性程有效性，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发展。