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LM317可调直流稳压电源

时间:2013-03-24


LM317 可调直流稳压电源

学生姓名:***

班级学号:******

摘要:直流稳压电源一般由电源变压器,整流滤波电路及稳压电路所组成。变压器把市电交流电
压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电 压变为稳定的直流电压输出。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着整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。而本设计主要 采用直流稳压构成集成稳压电路,通过变压,整流,滤波,稳压过程将 220V 交流电,变为稳定的直 流电,并实现电压可在 3-9V 可调。

关键字:直流;稳压;变压

目录

一 实验的目的...................................... 2 二 设计任务与要求 ..................................2 1.1 设计一集成稳压电路要求..................................2 1.2 通过设计集成直流稳压电源,要求掌握.....................2 三 实验原理及设计方案......................................... 3 3.1 直流稳压电源的基本原理..................................3 3.2 设计方案.........................................3 四 单元电路设计与参数计算......................................4 4.1 集成三端稳压器.........................................4 4.2 选择电源变压器 ......................................... 4 4.3 选择整流电路中的二极管.........................................5 4.4 滤波电路中滤波电容的选择.......................................5 五 总原理图及元器件清单和实物展示 .........................................5 5.1 总原理图及 PCB 图(简要说明工作原理)...............................6 5.2 元件清单.........................................7 5.3 实物展示.........................................8 六 安装与调试 ....................................9 6.1 安装与调试....................................9 七 性能测试与分析 ........................................9

7.1.输出电压与最大输出电流的测试...........................10 7.2 稳压系数的测量.........................................10 八 结论与心得.........................................10 参考文献.........................................11 致谢.........................................11

一 设计目的

1.1 学习基本理论在实践中综合运用的初步经验, 掌握模拟 基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。 1.2 学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。 1.3 培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。

电路设计的

二 设计任务与要求 2.1 设计一集成稳压电路要求 (1)输出电压可调



: Uo ? ?3V ~ ?9V : Io max ? 800 mA : ?Uo ? 15mV :

(2) 最大输出电流

(3)输出电压变化量 (4) 稳压系数

: Sv ? 0.003

2.2 通过设计集成直流稳压电源,要求掌握

(1)选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。 (2)掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。

三 实验原理及设计方案 3.1 直流稳压电源的基本原理



直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置,它需要变压、整流、 滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成,基本框图如 下:

其中, (1) 电源变压器:是降压变压器,它的作用是将 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要 的交流电压 Ui。变压器的变比由变压器的副边按确定,变压器副边与原边的功率比为 P2/P1=n,式中 n 是变压器的效率。 (2)整流电路:利用单向导电元件,将 50HZ 的正弦交流电变换成脉动的直流电。

(3)滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分, 输出波纹较小的直流电压 U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。

(4)稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化,会引起其电流 有很大变化这一特点,通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。

3. 2 设计方案: 采用 LM317 可调式三端稳压器电源: LM317 可调式三端稳压电源能够连续输出可调的直流电压。不过它只能连续可调的正电压,稳压器 内部含有过流,过热保护电路。由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路, 输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R). 四 单元电路设计与参数计算

4.1 集成三端稳压器 LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。调整端使用滤波电容能得到比标准三端 稳压高得多的纹波抑制比。 可调整输出电压低到 1.2V, 保证 1.5A 输出电流, 典型线性调整率 0.01%, 80dB 纹波抑制比,输出短路保护,过流、过热保护,调整管安全工作区保护,标准三极管封装。 LM317 其特性参数: 可调范围为 1.25V-7V 最大输出点流为 1.5A 输入与输出工作压差为 ?U ? Ui ? Uo :3V-40V。 输出表达式为: Uo ? (1 ?

R2 ) * U REF R1

其中, U REF 是集成稳压器件的输出电压,为 1.25V。 如图所示, 改变 R2 的值, 的值即可改变。 R2 短路时, Uo 当 Uo 最小,为 U REF 即 1.25V;当 R2 大于零时,Uo 都大于 U REF ,最大可达 37V,如右图所示。 4.2 选择电源变压器 (1)确定副边电压 U2: 根据性能指标要求: Uo min ? 3V

Uo max ? 9V

又?Ui ? Uo max ? (Ui ? Uo) min

Ui ? Uo m i n (Ui ? Uo) m a x ?

其中: (Ui ? Uo max)min ? 3V , (Ui ? Uo min)max ? 40V

?12V ? Ui ? 43V 此范围可任选: Ui ? 14V ? Uo1
根据

Uo1 ? (1.1 ~ 1.2)U 2
Uo1 ? 12V 1.15
取 Io ? Io max ? 800 mA

可得变压的副边电压: U 2 ? (2)确定副边电流 I 2 :? Io1 ? Io

又副边电流 I 2 ? (1.5 ~ 2) Io1

则 I 2 ? 1.5 * 0.8 A ? 1.2 A (3)选择变压器的功率 变压器的输出功率: Po ? I 2U 2 ? 14.4W

4.3 选择整流电路中的二极管

? 变压器的伏变电压 U 2 ? 12V ? 桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为: 2U 2 ? 17V
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为:

Io 0.8 ? ? 0.4 A 2 2

查手册选整流二极管 IN4007,其参数为:反向击穿电 U BR ? 1000 ?? 17V V 最大整流电流 I F ? 1A ? 0.4 A

4.4 滤波电路中滤波电容的选择 (1)求 ?Ui : 根据稳压电路的稳压系数的定义: SV ? 设计要求 ?Uo ? 5mV

?Uo Uo

?Ui Ui
Uo ? ?3V ~ ?9V Ui ? 14V

Sv ? 0.003

代入上式,则可求得 ?Ui ? Ui?Uo Uo * Sv ? (4 * 0.005 (9 * 0.003 ? 3.3V ; ) ) (2)求滤波电容 C 设定 Io ? Io max ? 0.8 A, t ? 0.01S 所以滤波电容: C ?

Io max* t 0.8 * 0.01 ? ? 2424 uF 。 ?Ui 3.3

电路中滤波电容承受的最高电压为 2U 2 ? 17V ,所以所选电容器的耐压应大于 17V.

五 总原理图及元器件清单和实物展示 5.1 总原理图、PCB 图

1

2

3

4

D

D

D6

40 07 U1 LM 3 1 7 1 C V in Vout 3 C

D1 40 07 T1

D2 40 07

R1 5K

G ND 2

J2 C1 10 4 TR A NS 1 R2 D3 40 07 D4 40 07 D5 LE D
+ C2

D7 40 07

R3 20 0

+ C4

1 0 0 0 U /2 5 V

2 2 0 U /2 5 V

1 2 C ON 2

+ C3

1 0 U/2 5 V 4K

B

2 1

J1 C ON 2

B

G ND

A

Title

A N u mb er R ev is io n

Size A4 D ate: File: 1 2 3

9 -J an -2 0 1 3 E:\ztp \M y Des ig n .d d b

Sh eet o f D raw n B y : 4

5.2 元件清单

原件序号 T1

型号 变压器

主要参数 12V

数量 1

备注 实际输入电压 大于 12V

D1D2D3D4D6D7 D5(LED) C1 C2 C3 C4 CON2 CON2 R1 R2 R3 GND U1

二极管 1N4007 发光二极管 电容 电容 电容 电容 接口 接口 电阻 电位器 电阻 接地 三端稳压器 LM317

U RM ? 1000 ,1A V

6 1

也可用 1N4001

104 1000U/25V 10U/16V 220U/16V J1 J2 5K 4K 0.2K

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

可调范围 1.25~37V

1

5.3 实物展示

六 安装与调试

6.1 安装与调试 按 PCB 图所示,制作好电路板。安装时,先安装比较小的原件,所以先安装整流电路,在安装 稳压电路,最后再装上电路(电容) 。安装时要注意,二极管和电解电容的极性不要接反。检查无误 后,才将电源变压器与整流滤波电路连接,通电后,用万用表检查整流后输出 LM317 输入端电压 Ui 的极性, Ui 的极性为负, 若 则说明整流电路没有接对, 此时若接入稳压电路, 就会损坏集成稳压器。 然后接通电源,调节 Rw 的值,若输出电压满足设计指标,说明稳压电源中各级电路都能正常工作, 此时就可以进行各项指标的测试。 (1)电位器 R2 取最大时,Uo=8.95V

(2)电位器 R2 滑到最小时,Uo=2.94V 电位器在 0 到 1K 之间,输出电压连续可调:约为 3V~9V

七 性能测试与分析 7.1 输出电压与最大输出电流的测试

测试电路如图所示。一般情况下,稳压器正常工作时,其输出电流 Io 要小于最大输出电流 Iomax, 取 Io=0.7A, 可算出 RL ? 12? ,工作时 RL 上消耗的功率为 PL ? UoIo ? 9 * 0.7 ? 6.3W 故 RL 取额定 功率为 10W,阻值为 20 ? 的电位器。 测试时,先将 RL ? 20? ,交流输入电压为 220V,用数字电压测量的电压指示 Uo。然后慢慢调 小 RL ,直到 Uo 的值下降 5%。此时流经 RL 的电流就是 I o max ,记下 I o max 后,要马上调大 RL 的值, 以减小稳压器的功耗。 当 R2=20 欧姆,Uo=8.95, Io=0.45A Uo 下降 5%时(8.52V) ,Io=0.69A 7.2 稳压系数的测量 在 Ui=220V 时, 测出稳压电源的输出电压 Uo,然后调节自耦变压器是输入电压 Ui=198V,测出稳压电源 的输出电压 Uo2。则稳压系数为:

SV ?

?Uo Uo

?Ui 220 Uo1 ? Uo 2 ? * Ui 269 ? 184 Uo

S V ? 2 .6 *

Uo1 ? Uo 2 Uo
U1=184V,

因为在调试中, 无法得到自耦变压器, 所以只能把电压归算到降压器的输出电压(Ui): Ui=9.84 U1=220V, Ui=11.8V U1=269V, Ui=14.4V

(1)当 Ui=12.4V 时,Uo=8.95V (2)当 Ui=14.4V 时,Uo=8.96V (3)当 Ui=9.84V 时, Uo=8.95V 所以,稳压系数: SV ? 2.6 * 设计要求 Uo=+3V~+9V Iomax=800mA Vop-p Sv

8.96 ? 8.95 ? 0.0029 8.95
误差分析 1% 14% 299.2uV<<5mV 3%

测试结果 2.94V~8.95V 690mA 299.2uV 0.0029

在允许的误差范围内,本设计已达到要求。

八 结论与心得 在这次课程设计中,我在收获知识的同时,还收获了阅历,收获了成熟,在此过程中,我通过 查找大量资料,请教老师和同学,以及不懈的努力,不仅培养了独立思考、设计的能力,在各种其 它能力上也都有不错的提高。更重要的是,在设计中,我还学会了学习的方法和一些相关软件的使 用,如 Protel 99se。在这次的设计中就用到了它,而这也是日后最实用的,真的是受益匪浅哦!我 将所学的知识运用到设计中,尽管经历了不断的修改和请教,但最后还是完成了设计要求。而面对 社会的挑战,我想只有不断的学习、实践,再学习、再实践。

相信以后我会以更加积极的态度来对待我的学习和生活。我的激情永远不会结束,相反,我会 更加努力,努力地去弥补自己的缺点,发展自己的优点,不断的充实自己,完善自己。 不断地锻炼自己,即使你刚开始没有这个能力,经过大量地学习和实践,你终会获得它。而这个就 是我在此次课程设计中学到的最重要的东西,也是以后会受益匪浅的!

参考文献 1. 《电子技术基础》第三版 胡宴如 耿苏燕 高等教育出版社 2.《Preteus 教程——电子线路设计、制作与仿真》 朱清慧 张凤蕊 王志奎等 清华大学出版社 3. Protel 99SE 原理图与 PCB 及仿真》 赵慧 车忱 机械工程出版社 《





在本次设计中感谢给予我指导的老师及帮助的同学们!


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