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基于LM317的大功率直流稳压电源设计
浏览: 发布日期:2018-11-07
总体设计框图
 
 
设计要求:电子设备中的大功率直流稳压电源通常是由电网提供的220V/50Hz交流电,经过降压、整流、滤波、稳压等环节处理得到。输出电压的幅值稳定、平滑、变换效率高、负载能力强、输出电阻小、温度稳定性好电压的稳定性和带载能力。
 
设计期望:电路接入幅值为220V、频率为50Hz的输入电压,通过电源变压器,将220V的电压幅值调整为合适的电路工作压值。通过电源变压器输送过来的交流电,再通过桥式整流电路,得到单方向全波脉动的直流电压。由于单方向全波脉动的直流电压中含有交流成分,为了获得平滑的直流电压,在整流电路的后面加一个滤波电路,以滤去交流成分,电容就起到这个作用;在滤波电路的后面再接一个基于LM317的集成稳压电路,以输出1.2-12v的连续可调直流信号,最后再次加上对称的电容以改善负载的瞬态效应,消除电路的高频噪音。
 
电路设计
原理图
 
 
模块设计
降压模块
 
 
源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的匝数比为n2/ n1=12/220=0.54545
 
桥式整流电路
 
 
工作原理:
 
选择容性负载单相桥式整流电路。它的四臂是由四只二极管构成,当变压器B次级的2端为正、3端为负时,二极管D3和D6因承受正向电压而导通,D4和D5因承受反向电压而截止。此时,电流由变压器2端通过D3,再经D6返回3端。当3端为正时,二极管D4、D5导通,D3、D6截止,电流则由3端通过D4流经后级电路,再经5返回2端。因此,与全波整流一样,在一个周期内的正负半周都有电流流过负载,而且始终是同一方向。
 
相关计算: 
负载电压vL的平均值为 VL = 0.9V2 
直流电流为: IL = 0.9V2/R2 
流经每个二极管的电流为 ID = 0.5IL =0.45V2/R2 
0.45V2/R2 一般电网电压的波动范围为-10%到+10%之间,实际上选用的二极管的最大整流电流和最高反向电压应该留有大于10%的余量。
 
1N4007参数:
 
 
 
经计算1N4007满足各项参数,顾可以选用作为桥式整流的二极管。
1
滤波电路
 
 
电容滤波电路工作原理: 
特点:二极管的导电角小于180° , 流过二极管的瞬时电流很大。输出直流电压提高, 脉动成分也降低,且 时间常数越大,VL越高。一般VL=(1.1-1.2)V2,实际工作中按下式选择滤波电容的容量 
故电容滤波适用小电流,对整流管冲击电流大的电路
 
稳压电路
 
 
LM317资料 
 
 
 
由LM317的中文资料可知,输出电压在1.2-37V间波动,输出电流超过1.5A,仿照其标准应用搭建了稳压电路模块,选用5k欧姆滑动变阻器,理论电压最高可达27v,电阻与电容选值适中。
 
软件仿真与硬件测试
仿真
输出波形: 
 
 
 
 
由仿真得出结论,当输出电压过高时,输出波形容易出现杂波,此时信号不稳定。
 
带负载(8欧姆)时输出电压电流:
 
可以看出输出电流较小,所以该电路不能驱动大负载,大功率的电路,其输出功率也在毫瓦级。
 
硬件测试
示波器检测输出波形
数码管显示(附加功能) 
 
 
实物展示
PCB板
实物图
 
心得体会
本次实践算是第一次接触模拟电路的设计与具体的制作,总的来说还算简单,首先是电路的设计,参考了很多网上的资料,尤其是稳压模块,借鉴了芯片资料里的典型应用电路,这个过程中的难点是具体芯片型号与参数的选取,比如什么时候用电解电容,电阻具体的取值,二极管选择哪种型号,这些都是要考虑的,由于书本参考电路很多,所以设计过程中没有太多的困难。
接下来就是具体的制作,由于条件有限,电路板是工场板发货,而元器件都是打包的,我只完成了焊接的工作,大一时就在科协接触过元件焊接,所以对我来说不是难事。电路板外的透明玻璃外壳起到了保护电路的作用,220v电源线外也加上了胶布以防止漏电,安全问题要时刻注意。
调试的过程很顺利,输出信号稳定并且连续可调,最大输出12V,该电路板能够在数码管上显示当前的电压,输出端可以输出低频方波信号,这些都是电路板的附加功能,在此不做叙述。缺点是当输出到12V时信号不稳定,调节滑动变阻器旋钮没用反应,说明变阻器阻值可以选更小一点。
希望以后能够更加深入模拟电路的设计制作,做到真正的学以致用,理论与实践结合。
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作者:glaxy1998922 
来源:CSDN 
原文:https://blog.csdn.net/glaxy1998922/article/details/78988720 
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