LM317可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)精講

LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。317系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如LM317HVH、W317L等。電子愛(ài)好者經(jīng)常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。

可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

一、 設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一個(gè)正負(fù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，要求：

1、 輸出電壓：±5v~±12 v

2、 最大輸出電流0.5A

3、 當(dāng)交流電網(wǎng)電壓在220v上下波動(dòng)10%，環(huán)境溫度在10oC~40 oC范圍內(nèi)時(shí)，均能正常工作。

二、 方案選擇

直流穩(wěn)壓電源有以下幾種方案

1、 由晶體管、變壓器等組成的可調(diào)直流電源

特點(diǎn)：設(shè)計(jì)調(diào)整靈活，元器件多，故障率高。

2、 由三端穩(wěn)壓器、變壓器等組成

特點(diǎn)：設(shè)計(jì)調(diào)整容易，故障率低，有內(nèi)部保護(hù)，效率低。

3、 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源：

220v/50Hz 整流濾波 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓 用改變脈沖寬度的方法調(diào)整輸出電壓。

特點(diǎn)：體積小，重量輕，效率高，但開(kāi)關(guān)信號(hào)易造成電磁干擾，電源噪聲大。

比較上述三種方案，考慮到主要用于模擬放大器、信號(hào)發(fā)生器、濾波器等模擬信號(hào)處理電路，要求電源紋波小，噪聲小。室內(nèi)使用，對(duì)效率、體積、重量沒(méi)有嚴(yán)格要求，故選擇方案2。

三、 元、器件參數(shù)選擇

1、 首先選擇關(guān)鍵元器件——三端穩(wěn)壓器

根據(jù)負(fù)載電壓(±5v~±12 v)與負(fù)載電流(0.5A)的要求，

選擇LM337和LM317(±1.2v~±37 v，1.5A)

以下設(shè)計(jì)按照輸出最大電壓12v進(jìn)行設(shè)計(jì)

2、 計(jì)算V2和C1：(V2`和C1`與V2和C1對(duì)稱，取相同值)

依穩(wěn)壓電源的工作原理可知，如果V2太大，則VI太大，317兩端電壓大，317功耗大，芯片溫升高，容易損壞芯片且浪費(fèi)電能。反之，如果V2太小，則317內(nèi)部調(diào)整管管壓降太小，不在放大區(qū)，失去調(diào)整作用。這個(gè)值應(yīng)使317在最不利的條件下能正常工作。而且在能正常穩(wěn)壓的前提下，壓降盡可能小，以減小功耗。這里說(shuō)的最不利條件是指交流電網(wǎng)電壓V1最低和輸出電流Io最大。

由317資料可知，它的正常工作條件是VI-Vo>3v (見(jiàn)P.2)，所以VI >15v

由于C1的充放電作用，波形如圖所示。T1是充電時(shí)間，T2是放電時(shí)間，通常

T2>>T1， T2≈T1 +T2=10ms

∴ 為了設(shè)計(jì)C1，應(yīng)計(jì)算ΔVI

其中 1v是橋式整流電路中1個(gè)二極管的壓降(粗略計(jì)算)

由上述，VImin=15v

考慮最不利條件：

V2取V2min=0.9V2(電網(wǎng)向下波動(dòng)10%)， Io取Iomax=0.6A(按設(shè)計(jì)要求0.5A留10%裕量)

則 C1=C1max

由 可知，C1越大，ΔVI越小，V2也越小，紋波小，變壓器匝數(shù)少，這是我們所希望的。但是，C1太大，整流元件瞬時(shí)電流太大，對(duì)整流橋與變壓器的電流提出了高要求。而且電容容量大體積大，價(jià)格貴。所以，C1 不能太大，也不能太小。

我們?cè)O(shè)計(jì) ，我們選用

C1=2200 /25V

得，V2=14.7v 留有裕量，設(shè)計(jì)V2=18v

3、 設(shè)計(jì)整流元件

(1)、整流二極管反向耐壓

由整流橋工作原理知，每個(gè)整流二極管承受的最大反向峰值電壓

為了安全，選整流二極管時(shí)反向耐壓比上述值至少高50%

選VRM≥90v, 擊穿電壓180v以上

(2)二極管最大整流電流IF

橋式整流電路中，四個(gè)二極管兩兩輪流導(dǎo)通。所以每個(gè)整流二極管的最大整流電流平均值是輸出電流的一半。

由于整流管的電流不是正弦波，它的正向電流比平均值大很多。而且在接通瞬間有相當(dāng)大的沖擊電流通過(guò)整流二極管，電容越大這個(gè)電流越大。因此，二極管最大整流電流IF應(yīng)比上述值大0.5~2倍。按0.8倍計(jì)算，

IF=1.8(iDAV)max=1.8 ×0.25=0.45A

據(jù)此，可選用1A/200v的橋堆 　　4、 變壓器副邊繞組電流

同樣由于流過(guò)變壓器副邊的電流不是正弦波，故選變壓器副邊繞組電流有效值Iac比輸出電流Io大。一般取1.1~3倍

這里取 Iac=1.8Iomax=1.8×0.6=1.08A， 取2A

5、 估算三端穩(wěn)壓器的功耗和散熱器參數(shù)

三端穩(wěn)壓器的功耗

三端穩(wěn)壓器正常工作溫度是0oC~70oC。留有裕量,按三端穩(wěn)壓器溫度不超過(guò)60oC計(jì)算,并考慮最不利的條件(環(huán)境溫度40oC),則散熱器熱阻

由此選擇散熱片。SRZ203叉指型散熱片熱阻為2.5oC/w(64×100×35mm)

6、 其它

(1)、根據(jù)317芯片使用建議，Cadj用10μF/25v。C2為C1的高頻補(bǔ)償電容，用以補(bǔ)償鋁電解電容C1在高頻時(shí)電容性能的下降。一般C2選0.1μF的瓷片電容。為了在輸出端進(jìn)一步濾波，C3，C4選取與C1，C2相同。

(2)、根據(jù)317芯片使用建議，R1取240Ω/0.125w

應(yīng)該用一個(gè)720Ω電阻與R2電位器串聯(lián)

由317說(shuō)明書(P.7)，R1應(yīng)緊靠在317管腳處焊接，R2接地端應(yīng)靠近輸出端。

(3)、D1和D2是保護(hù)二極管。當(dāng)由于某種原因使輸入端短路時(shí)，給C3，Cadj提供放電通路，避免它們通過(guò)317放電，損壞317。

(4)、在電源輸出端可加發(fā)光二極管作為指示燈。

7、電源設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

(1)、各元器件的工作電流、電壓、頻率和功耗應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，并留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚员ＷC電路在規(guī)定的條件下能正常工作，達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，并留有一定的裕量;

(2)、對(duì)于環(huán)境溫度、交流電網(wǎng)電壓等工作條件，計(jì)算時(shí)應(yīng)按照最不利的情況考慮;

(3)、涉及元器件的極限參數(shù)(例如整流橋的耐壓)時(shí)必須留有足夠的裕量。一般按1.5倍左右考慮。例如：如果實(shí)際電路中三極管VCE的最大值為20v，挑選三極管時(shí)應(yīng)按V(BR)CEO≥30v考慮;

(4)、電阻值盡可能選在1MΩ范圍內(nèi)，最大一般不應(yīng)超過(guò)10MΩ。其數(shù)值應(yīng)在常用電阻標(biāo)稱系列之內(nèi)，并根據(jù)具體情況正確選用電阻器的品種;

(5)、非電解電容，應(yīng)盡可能在100pF~0.1μF范圍內(nèi)選擇。其數(shù)值應(yīng)在常用電容器標(biāo)稱值系列之內(nèi)，并應(yīng)根據(jù)具體情況正確選用電容器的品種;

(6)、在保證電路性能的前提下，應(yīng)盡可能設(shè)法降低成本，減少元器件品種，減小元器件的功耗和體積，并為安裝調(diào)試創(chuàng)造有利條件;

(7)、在滿足性能指標(biāo)和上述各項(xiàng)要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用現(xiàn)有的或容易買到的元器件，以節(jié)省時(shí)間和精力;

(8)、應(yīng)把根據(jù)計(jì)算所確定的各參數(shù)值標(biāo)在電路圖中恰當(dāng)?shù)奈恢?

(9)、安裝焊接時(shí)注意板面布局，可靠緊湊，干凈美觀。