基于数显直流稳压电源的设计

基于数显直流稳压电源的设计

摘要

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。常用的稳压电源有交流和直流之分，当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。不可否认电源已经广泛地应用于我们生活的方方面面，所以，学习并了解电源的制作原理和技术对于我们的生产和发展都具有积极的意义。

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

本文主要设计并制作数字显示的直流稳压电源。本电源作为一个微型启动器，具有可调整电压，调压范围是1.25V-20V，而且具备输出电压可以显示的功能。本文介绍了直流稳压系统的总体的设计方案，它主要由变压器部分、整流滤波部分、稳压部分、电压数字显示部分和输出部分组成。电源的稳压部分用三端集成稳压管LM317完成，数字显示部分用ICL7107芯片完成。ICL7107是一种市场上应用非常广泛的集成芯片，内置程序，可以直接驱动LED数码管。本设计的显示部分是采用ICL7107芯片制作LED显示的数字电压表，并联到输出端，完成电压显示的功能。本电源具有设计简单灵活，成本低，效率高，调整精度高等优点，在市场上有很好的应用前景。

1 前言

1.1 稳压直流电源的研究背景

直流稳压电源一般由三大部分组成，它们分别是变压器部分，整流滤波部分和稳压器部分。通过变压器把220V的市电变为电源所需要的低压交流电，然后经过整流器，把交流电变成直流电，但是这时候的直流电并不稳定，需要经过滤波后，再由稳压器稳压输出稳定的直流电。本设计采用lm317芯片作为集成稳压电路的芯片，不仅电路简单，而且电压可以在1.25V-37V内连续可调，而且它效率高，性能好，有较高的调整精度，各方面都适合设计的要求。本电源在市场上很有应用前景，可以作为收音机或掌机的外接电源，也可以用作手机电池的充电器，功率高点的还作为小型电视或其他家用电器的电源。

直流稳压电源是电子技术常用的仪器之一，它现在广泛的应用在学校教学，科学研究等领域，是电子设计人员进行实验操作和科学研究必不可少的电子仪器。在日常的电子电路中，供电电源常常要用到稳压直流电源。所以，稳压直流电源具有非常重要的研究意义。

在日常生活中，很多家用电器或者IT产品都要用到稳压直流电源供电。但是在实际生活中，我们的家庭用电都是用到220V的交流电网。这就需要通过变压，整流，滤波，稳压电路来将交流电转换成稳压的直流电，供家用电器使用。变压器可以将220V的交流电转换成适合用电器的低压交流电。整流器由二极管组成，用于滤去整流输出电压中的纹波。

1.2 课题的主要内容

1.2.1 电源的输出控制

本系统利用lm317的稳压及其电压可调的功能，通过旋转接在调整脚的电位器，实现输出电压在1.25-20V内连续可调，调整精度较高。LM317的电压调整电路图如图1所示。

VI

3

VO

2

A D J

1

U1

LM317L R1

220R

RV1

POT

图1 lm317的电压调整原理电路图

如图1所示，通过调整可调电阻RV1的阻值，就可以调整输出电压Vo 的大小。所以，如果希望调整的精度高，可调电阻RV1的调整精度也要高。 1.2.2 稳压直流电源的功能

本设计的稳压直流电源，除了可以输出稳定的直流电压和实现电压的平滑连续可调外，还有数显功能，能够用LED 数码管显示输出端的电压。 1.2.3 性能指标

输出最大电压：20V 输出最小电压：1.25V 输出最大电流：1.5A 最大传送功率：20W 1.2.4 论文的总体结构

第一部分主要介绍课题的背景，研究意义，介绍本文的主要研究内容，包括实现的功能和性能指标等。

第二部分提出稳压直流电源的总的设计思路和几种可行的方案，以及各方案实现的功能，并对这些不同的方案进行分析，最终选择了本方案，并对本方案需要用到的元器件进行详细的介绍。

第三部分对选择的方案进行分析阐述，把电路分模块地论述，给出各部分电路图。 第四部分对稳压直流电源的性能参数进行测量和评估，以及对被控对象进行研究。 第五部分给出设计的实物图。

第六部分对本稳压直流电源给出本课题的结论，作结束语。

2 方案的选择和设计思路

2.1 方案设计与论证

1 输出电压范围1.25V-20V ；

2 波纹系数尽量小，输出稳定； 3

能数字显示电压。

三个方案的选择：

方案一：开关电源，采用PWM 脉宽调节。它的功耗比较小，效率高，稳压范围宽，电路的形式多样。但是，PWM 占空比的线性变化使相应的电流呈非线性变化，经分析发现滤波电容的存在对占空比很小的PWM 波积分效果明显，导致电压的非线性变化更显著，特别是PWM 占空比很小的时候，即希望调出很小的电压的时候。

方案二：用单片机控制输出电压的调整，使用电压采样电路，通过A/D 转换实现闭环控制。主要由微控制器模块，稳压控制模块，电压采样模块，显示键盘模块，电源模块五部分组成。方案二系统框图如图2所示。

图2 方案二系统框图

掉电贮存

单元 51 单 片 机

LCD 显示单元 电压控制单元 按键电路

电压/电流采样电路

输出

电源电路

方案三：利用lm317集成稳压芯片为核心，通过变压器之后整流滤波再稳压输出稳定的直流电。再用ICL7107芯片制作数字显示电压表头，芯片的供电也是用lm317制作+5V 的稳压电源提供。方案三系统框图如图3所示。

图3 方案三系统框图

根据课题的要求最终选择方案三，虽然方案三电压调节精度不及方案二，但是连续可调的直流电压比较符合课题，方案二中的数控直流电源是步进调压的。而且方案三具有电路简单，价格低廉，便于操作等优点，而且经过调试，其电压输出稳定，调压精度高，效率高，完全符合课题的要求。 2.2 芯片的选择

2.2.1 LM317三端可调节稳压器

Lm317是可调节三端正电稳压器，在输出电压的范围是1.25V-37V 的时候能够提供超过1.5A 的电流，此稳压器非常容易使用，只要两个外部电阻来设置输出电压。此外，还使用内部限流，热关断和安全工作区补偿从而使之能防止烧断保险丝。

Lm317是应用很广泛的集成电路之一。它不仅能构成三端稳压电路的最简单形式，同时输出电压具有可调的功能。此外，它还有众多的优点，例如，调压范围宽，稳压性能好，噪声低，纹波抑制比高。它的主要性能参数如下：

输出电压：1.25-37V DC ； 输出电流：5mA-1.5A ；

保护电路：芯片内部有过热，过流，短路保护电路； 最大输入输出电压差：40V DC ； 最小输入输出电压差：3V DC

220AC 输入 变压器

LM317稳压电路

输出

ICL7107

LED 显示