线性直流可调稳压电源完稿.doc

目 录第一章 绪言1第二章 芯片介绍22.1 LM317特性22.2 LM317常用的电路3第三章 电路原理及元器件作用43.1 电路原理43.2 电路元器件的作用5第四章 技术指标及制作64.1 技术指标64.2 制作安装要求8 带过流保护的直流可调稳压源 摘要 介绍一种性能优良、使用十分安全可靠、电路简洁和便于安装调试的可调直流稳压电源, 其主要性能特点是输出电压十分稳定, 温漂, 时漂都很小, 电压调整率及电流调整率都很低, 动态内阻小、纹波电压低; 输出电压可调范围宽和具有双重过流保护作用, 故十分适合于科研、生产部门及学校实验室使用。特别适合于那些对电源要求较高的测试仪器设备中。其关键在于使用性能优良的第二代可调集成稳压器及合理选配元器件、配备可靠的过流保护装置, 还应注意合理的电路布局及制作工艺。第一章 绪言 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端稳压器应用最为广泛，现今市面上的电源种类多，功能齐全，虽然三段稳压器本身就带有过流保护，但是整体设计带过流保护的相关产品甚微，因此下面就基于LM317和晶闸管设计的带有过流保护的连续可调直流稳压电源予以介绍。第二章 芯片介绍2.1 LM317特性 LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路，其输出范围是1.25V到37V，负载电流最大为1.5安。他的使用非常简单，外接两个电阻就可以设置输出电压，此外他的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好，LM317内置有过流保护和安全区保护等多种电路，通常也不需要外接电容。特性简介：可调整输出电压到1.2V。 保证1.5安输出电流。 典型线性调整率0.01%. 典型负载调整率0.1%。 80dB 纹波抑制比。 输出短路保护、过热过流保护、调整管的安全工作区保护标准三端晶体管封装。电压范围：输入输出最下压降为0.2VLM317/LM337 1.25V至37V可调。LM317与LM337集成稳压器的特性满足设计要求的输出电压Vo: 1.25 - 12V连续可调封装形式TO-220 塑料封装，T0-3铝壳封装，TO-202 塑料封装，TO-39 金属封装 图1 TO-220塑料封装图2.2 LM317常用的电路 图2 LM317典型电路工作原理：输出电压，所以输出电压取决于外接电阻R1、可调电阻R2的分压比。选取合适发的两个电阻的阻值变可以得到理想的输出电压，LM317输出端与调整端之间的电位差恒等于1.25V，调整端1的电流极小，所以流过R1、R2的电流几乎相等（约几毫安电流），通过改变电位器的阻值就能改变输出电压。LM317稳压器为了保持输出电压的稳定性，要求流经R1的电流要小于5mA，所以R2/R1的比值范围只能是0-28.6，经计算可知R1的最大取值为R10.83K，R2的最大取值为R223.74K，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。第三章 电路原理及元器件作用3.1 电路原理 图3 系统总体原理图电路的原理如图三所示.，电路由整流滤波器, 过流保护电路及稳压电路三部分组成， 见图3 所示。图中: R8 采用金属膜电阻; RW采用多圈电位;R6 应采用线绕电阻;TIP42 的值应大于80倍; 无标瓦数的电阻均为0.25w 。( 1) 整流滤波器: 由整流桥组成桥式全波整流电路, 整流输出经C1 电容滤波后, 取得比较平滑的直流电压, 经小功率三极管Q1( S9013) 与大功率三极管Q2( T IP42C) 组成的电子开关电路, 再送至集成三端稳压器LM317T 的输入端 ( 2) 过流保护电路: 由过流取样电阻R6和延时电路( 由R9、C3 组成) , 晶闸管( SCR)及电子开关电路组成截止式的过流保护电路。当稳压器输出电流超过额定值的20% 时, 使过流取样电阻R6 上的电压降能够使晶闸管触发导通, 从而使晶闸管UAK 降至0.8- 1.0伏, 经电阻R2 与R3 分压后使三极管Q1 的Ube1降至0.2 伏以下, 即低于硅管的死区电压( 0.5v) , 使三级管Q1 与Q2 同时截止而切断稳压电路的供电电压, 从而起到过流保护的作用。( 3) 稳压电路: 由第二代集成稳压块LM317( 其内部电路原理、封装及主要参数见图2) 与取样电路组成的稳压电路, 见图3 所示。因LM317 的输出端与调整之间的电压恒定为1. 25 伏, 所以取样电阻R8= 100 欧接在输出端与调整之间, 产生12.5 毫安取样电流, 通过取样电阻R7 与电位器RW 产生降压, 只要合理选择R8、R7 及RW 的阻值,就可使稳压输出能在1. 25 至24伏的范围内可调。按图3标出的阻值计算U0= 1. 25( 1+Rb/ Ra) = 1. 25 1+ ( RW / R7) / R8 = 1. 25v- 24. 5v 范围内可调。3.2 电路元器件的作用(1) 桥 堆( 3A/ 200V) : 组成桥式全波整流器。(2)C1( 3300UF/ 50V ) : 滤波电容器, 使整流输出电压较为平滑。(3) R1( 2K/ 2W) : 限流电阻, 用来限制晶闸管触发导通后的电流。但阻值不能过大, 应保证晶闸管导通电流大于其维持电流。(4) R2( 4.7K) , R3(1K) : 组成分压器,以保证在过流时, 晶闸管触发导通后的导通压降UAK ( 约为0. 8伏) , 经R2、R3 分压后加至三极管Q1 的UBE1= 0. 16V, 以确保Q1 管可靠截止。(5) R4( 1K/ 2W) : Q1 管集电极限流电阻, 以保证三极管Q1 与Q2 的工作安全, 并且可以减少电路的静态功耗, 但是R4 的阻值不宜过大, 应保证有足够的Ib2 使三极管Q2 的集电极电流Ic2= Ib2 1. 2A。并应保证Q2 能在此电流以上处于饱和导通状态。( 6) R5( 3.3K) : 用来提高三极管Q2 的温度稳定性, 这是由于R5 的接入, 可使三极管Q2 的穿透电流ICE0大大地减少的原故。( 7) R6(0.5/2W) : 过流取样电阻, 其阻值大小取决于过流保护电流的设定值, 对R6 要求阻值准确、稳定和有较大的耗散功率。故应采用线绕电阻。( 8) R9( 1K ) , C3( 22UF) : 组成延时电路, 其作用是将R6 的电压降延时一段时间后才加至晶闸管的触发极, 以避开接通电源瞬间由于稳压电源输出端滤波电容C4 及外接负载电路中滤波电容有较大的充电电流流过R6 产生附加压降而引起晶闸管误触发。( 9) S 按钮开关: 复位开关, 可使晶闸管由导通状态转为截止状态。(10) R8、R7、RW : 稳压电源取样电路,其中R8 用于决定取样电流的大小, 而用R7并接在多圈电位器RW 两端是用来限制稳压输出电压的调节范围, 使电位器Rw 调至阻值最大时, 最大输出电压略比设定值高一点。( 例如设定值为24V, 按图1 取样元件参数可调至24.5 伏。)( 11) C5( 22F/ 35V) : 用来进一步减少稳压输出端的纹波电压。这是由于C5 对交流的傍路作用使稳压输出端的交流成分全部加至LM317 的输出端与调整端之间, 这样可通过LM317 内部的比较放大器及调整电路的自动调整作用来达到降低稳压输出的纹波电压的作用。( 12) 二极管D: 1N4001, 用于保护集成稳压器LM317。电路各点电压值: 图1 当采用AC30V供电, 经桥式整流及大电容滤波后, 直流电压范围在( 0.9-1.42) 30V, 其大小取决于滤波电容量及负载电流大小, 在空载或轻负载时, 整流输出电压可达到1.4230= 42V 左右, 在1 安负载时, 约在( 1.1-1.2)30V=33V-36V 左右。( 1) 在额定负载条件下, UR6 0. 6V, 晶闸管处于截止状态, UAK= 25V, UB1= 0. 7V,U CE1= 0.1-0.3V, UEB2 = 0.7V, UEC2 0. 6V, 使可控硅触发导通, UAK= 0. 16V,UCE1 =38V, Ue2 =38V, UC2 =0V, 使稳压输出电压为0, 从而达到过流保护的作用。第四章 技术指标及制作4.1 技术指标1. 设计指标参数:(1) 稳定输出调节范围: 1. 25- 24V:( 1A条件下)(2) 额定输出电流1安。(3) 输出波纹电压:小于等于 2 毫伏: ( 在输出24V/ 1A条件下) 。(4) 动态内阻: 0.05- 0.1(5) 过流保护设定值: 1.2安左右。(6) 适应市电电压范围: 195V-245V2. 实际测试结果:(1) 稳压输出调节范围: 1.25- 24.5V( 在1安 条件下测试)(2) 动态内阻: 0.075欧姆(3) 纹波电压: 1.0mv ( 在输出24V/ 1A条件下测试) )(4) 适应市电电压范围: 185V- 250V(5) 稳压输出电压随温度的变化关系:当环境温度从20 升高到60 时, 输出电压则从24. 5V 下降至24.3V, 即下降0.2V, 输出电压的温度系数为0.2V/ 24.5V/ 40 =0.02%/ 。(6) 输出电压随输出电流的变化关系见下面Uo- Io 关系表及曲线所示。Uo- Io 关系表输出电压Uo( V)24. 5024. 4924. 4824. 46 24. 44 输出电流Io( A)0. 200. 400. 600. 801. 004.2 制作安装要求1 LM317T 的最高输入电压U不得超过40V, 以免击穿损坏; 而输入端与输出端之间电压差不得低于3V, 以保证稳压性能。2 LM317T 必须加足够大面积的散热器。同时应选用散热效果较好和便于安装的散热器, LM317 与散热器之间必须用云母片等绝缘, 并且在它们之间涂以硅脂。率模块, 由IGBT 功率开关构成三相逆变部分和再生制动部分, 它们的栅极驱动电路和保护电路已集成化。保护包括驱动欠压、开关过流、桥臂短路及过热等系统保护功能。使用时只需用少量连成, 提供控制部分的电源, 输入相应开关量控制信号即可, 大大减少了系统设计时间, 提高了系统抗干扰能力和可靠性。该IPM 耐压为1200V, 额定工作电流为50A, 开关时间ton= 1s, toff= 2s, 可用于开关频率20KHZ 以上, 7 5KVA (5.5KW) 三相交流电机变频调速检测。三菱电机公司第三代IPM 系列有如下主要特点:(1) 采用低饱和压降、高开关速度、内设低损耗电流传感器的IGBT 功率器件。该电流传感器是射极分流式, 采样电阻上流过的电流很小, 但与开关流过的大电流成确定比例关系,从而可代替一般要外接的电流到互感器、霍尔电流传感器等检测元件。(2) 采用单电源、逻辑电平输入、优化的栅极驱动。实行RTC( 实时逻辑栅压控制)模块, 以严密的时序逻辑, 对过流、短路、过热、欠压等故障进行总监控保护。光电耦合输入, 带RC 信号干扰抑制和电源干扰抑制。(3) 提供系统故障输出, 向系统控制器提供报警信号。对输出三相故障, 如桥臂直通、三相短路, 对地短路故障提供良好保护。该公司智能功率模块已成系列, 电压有600V 和1200V 两个等级, 电流有10- 600A多种规格, 可供用户选用。3. 为了取得较好的稳压性能指标, 除了按照图1 所标注元器件规格参数等要求, 合理地选配元器件外, 还应特别注意合理的电路布局、布线及制作工艺, 这对输出动态电阻及输出纹波的影响极大。例如, 整流滤波电容器应直接接到整流桥的输出端, 其连接线应短而粗; 稳定输出端的取样电路应直接并接到输出接线柱端, 以减小LM317 输出端至接