线性直流可调稳压电源完稿Word下载.docx
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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
2.1LM317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0.2V
LM317/LM3371.25V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1TO-220
塑料封装图
2.2LM317常用的电路
图2LM317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R1≈0.83KΩ,R2的最大取值为R2≈23.74KΩ,必须保证R1≤0.83KΩ,R2≤23.74KΩ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β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(TIP42C)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=βIb2>
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(22μF/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1.42×
30=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,UCE1=0.1-0.3V,UEB2=0.7V,UEC2<
0.5V。
(2)在过流保护状态下:
UR6>
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-245V
2.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
Uo(V)
24.50
24.49
24.48
24.46
24.44
输出电流
Io(A)
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
4.2制作安装要求
1LM317T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。
2LM317T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=1μs,toff=2μs,可用于开关频率20KHZ以上,75KVA(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输出端至接线柱端之间引线对输出动态电阻的影响。
稳压输出回路的连接线应尽可能粗而短。
4.为了提高效率、减小散热器面积尺寸及缩小机箱体积,可采用分档调节,即将1.25-24V划分为三档或者四档粗调,相应改变变压器次级电压来满足各档对电压的需求;
分档的方式一般是采用手动转换开关式,这种方式使用不太方便,而且在一些需要在较大范围内连续调节的使用场合是不能适用;
如果采用输出电压跟踪自动转换分档方式,则可克服上述存在的一些问题,我们曾经采用LM339四比较器与四只继电器组成输出电压跟踪自动转换分档开关电路,使用效果相当好。
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