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LM317可调稳压电源

时间:2019-02-25

目录
摘要
............................................................................................................................................. 2

一、方案论证及比较 ....................................................................................................... 2
1.基本原理 ........................................................................................................................ 2 2.方案设计与论证 ........................................................................................................ 4

二、单元电路设计与参数计算 ................................................................................ 5
1.集成三端稳压器 ........................................................................................................ 5 2.选择电源变压器 ........................................................................................................ 6 3.选择整流电路中的二极管 ................................................................................... 7 4.滤波电路中滤波电容的选择.............................................................................. 7

三、总原理图及元器件清单 ...................................................................................... 8
1.LM317 可调稳压电源设计原理图 .................................................................... 8 2 主要元器件清单 ......................................................................................................... 8

四、安装与调试................................................................................................................... 9 五、性能测试与分析 ....................................................................................................... 9
1.输出电压与最大输出电流的测试测试 ........................................................ 9 2.波纹电压的测试 ...................................................................................................... 10 3.测试仪器 ...................................................................................................................... 10

六、总结.................................................................................................................................. 10 参考文献.................................................................................................................................. 11 附录一 ....................................................................................................................................... 12

摘要 本电源设计可将 220V(市电)经过降压、整流、滤波、稳
压之后,输出-15~+15V 的连续可调直流稳定电压。可以给单 片机,及其他供电电压在该范围的芯片进行供电。其中稳压模块 由 LM317 和 LM337 组成,前者实现正向直流电压的稳定输出,后 者实现负向直流电压的稳定输出。具有输出稳定,简单易调的特 点。 关键词:直流 稳压 可调

一、方案论证及比较
1.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:

(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

(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。

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(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,会引起其电流有较大变化这一特点,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。 2.案设计与论证 方案一:采用 7805 三端稳压器电源 固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚 V0,输入脚Vi和接地 脚 GND 组成。它的稳压值为正 5V,它属于 CW78XX 系列的稳压器,输 入端接电容可以进一步滤波。 输出端也要接电容可以改善负载的瞬时 响应。此电路的稳定性也较好。只是采用的电容要漏电流较小的胆电 容,如果采用电解电容,电容量要其他的数值增加十倍。而且不能调 节输出的直流电压,所以此方案不宜采用。 方案二:采用 LM317 可调三端稳压电源 LM317 可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压,不 过它只能输出连续可调的正电压,稳压器内含有过流和过热保护电
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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)。 由此可见此稳压器的性能和稳压稳 定都比上一个三端稳压电源要好,所以此方案可选,此电源就选用了 LM317 三端稳压电源,也就是方案二。

二、单元电路设计与参数计算 单元电路设计与参数计算
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+R1/R2)*UREF

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图 1 LM317 封装图及原理图 其中, UREF 是集成稳压器件的输出电压,为 1.25V。如图所示, 改变 R2 的值,Uo 的值即可改变。当 R2 短路时,UO 最小,为 UREF 即 1.25V;当 R2 大于零时,Uo 都大于 UREF,最大可达 37V,如上图所示。 2.选择电源变压器 1)确定副边电压 U2 Uomax+(Ui-Uo)min≤Ui≤Uomin+(Ui-Uo)max 12V+3V≤Ui≤3V+40V, 15V≤Ui≤43V。 此范围内可任选:Ui=15V=Uo1 根据 Uo1=(1.1~1.2)U2 可得变压器的副边电压:U2=Uo1/1.15=9/1.1V, 取 U2=12V。 2)确定副边电流 I2:
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∵ Io1=Io 又副边电流 I2=(1.5~2)Io1 取 Io=Iomax=1A 则 I2=1*1.5A=1.5A。 3)选择变压器的功率 变压器的输出功率:Po>I2*U2=18W 3.选择整流电路中的二极管 ∵变压器的伏变电压 U2=12V ∴ 桥 式 整 流 电 路 中 的 二 极 管 承 受 的 最 高 反 向 电 压 为 :1.414 U2=17V。 桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为:Io/2=0.8/2 =0.4A。 查手册选整流二极管 IN4007,其参数为: 反向击穿电 UBR = 1000V >>17V , 最大整流电流 IF=1A>0.4A。 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=(?Uo/Uo)/( ?Ui/Ui)
设计要求: ?Uo<=50mV Sv<=0.003 Uo=+(-)3V~+(-)9V Ui=15V 代入上式,则可求?Ui= (Ui*? Uo)/(Uo*Sv)=(15*0.05)/(9*0.02)=4V 2)求滤波电容 C
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设定 Io=Iomax=0.9A,t=0.01S。 所以滤波电容 C=Iomax*t/Ui=(0.9 *0.01)/4=2200uF。 电路中滤波电容承受的最高电压为:1.414U2=17V,所以所选电 容器的耐压应大于 17V。

三、总原理图及元器件清单
1.LM317 可调稳压电源设计原理图

图 2 Proteus 仿真原理图 2.主要元器件清单 元件序号 TR1 J1 型号 变压器 主要参数 220V-双 12V 20W 数量 1 Io: 1 备注 20W

KBP210 整流 PRV:50-1000V 桥 2.0A 2200uF 50V 0.1uF

C1、C2 C3、C4

电解电容 瓷片电容

2 2

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U1

LM317

输入与输出工作压差 1 3V~40V

U2

LM337

输入与输出工作压差 1 3V~40V

D1、D2 C5、C6 R1、R2 RV1、RV2 C7、C8 C9、C10

1N4007 电解电容 电阻 电位器 电解电容 瓷片电容

Iz=1A Uz=1000V 33uF 25V 220 5k 330uF 25V 0.1uF

2 2 2 2

表 1 LM317 可调稳压电源主要元器件

四、安装与调试 安装与调试
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(LM337)输入端电压 Ui 的极性,若 Ui 的极性为负(正),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。

五、性能测试与分析 性能测试与分析
1.输出电压与最大输出电流的测试测试
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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=0.9A,可算出 RL=16 ,工作时 RL 上消耗的功率为 PL= UoIo = 15* 0.9 =13.5W。故 RL 取额定功率 20W, 阻值为 25 的电位器。 ,交流输入电压为 220V, 用数字电压测量

测试时, 先将 RL =30

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 Iomax,记下 Iomax 后,要马上调大 RL 的值,以减小稳 压器的功耗。 2.波纹电压的测试 。 用示波器观察 Uo 的峰峰值,测量?Uop-p 的值(约几十 mV) 3.测试仪器 1)万用表、25 2)示波器 设计要求 测试性能 -14.95V~+14.96V 误差分析 电路自身电阻产生压 降 Iomax=1A ?Uop-p=100mA 810mA 80mV 电路自身电阻 信号干扰 负载电阻

-15~+15V

表 2 测试数据表格

六、总结
经过一个阶段的学习与实践,我们终于把我们的课程设计报告
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完成了。在此期间得到来自老师和同学的很多帮助。通过这一次的学 习与实践,让我们对模电知识更近一步的了解,对模电课程中直流稳 压电源这一章所涉及的部分元件有了一定的认识;掌握了选择变压 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。

参考文献
[1] 童诗白,华成英. 模拟电子技术基础(第四版). 北京:高等教 育出版社,2006.5

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附录一

图 1 LM317 可调稳压电源实物图(1)

图 2 LM317 可调稳压电源实物图(2)

图 3 负向电压-3.24V 时的波纹电压 80.00mV

图 4 正向电压 2.14V 时的波纹电压 80.00mV

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