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数显式直流稳压电源电路设计

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L1V4V1RLV3V2 图8 电感滤波电路

方案二:采用电容滤波电路。由于电容在电路中也是起到储存能量的作用,并联的电容器在电源供给的电压升高时,能够把部分能量储存起来,而当电源电压减低的时候,就能把能量释放出来,是负载电压比较平滑稳定,也就是电容也有平波的作用。电容滤波电路比较简单,而且负载直流电压比较高,纹波也比较少,适用于负载电压较高,负载变动不大的场合,也减轻了电路设计和实际焊接的工作。电容滤波电路原理图如图9所示。

V4V1CRLV3V2 图9 电容滤波电路

经过分析,最终决定采用方案二。

滤波电解电容C的选择原则是:取其放电时间常数RLC大于充电周期的3~5 倍,其耐压值必须大于脉动电压峰值。对于桥式整流电路来说,脉动电压峰值为2U2,C的充电周期等于交流电源周期T的一半,即C≥(3~5) T2RL,式中RL为整流后的等效负载电阻,经过考虑,本设计取C为2200uF。

LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压

块。317系列稳压块的型号很多:例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。 稳压电源的输出电压可用下式计算:

R2Vo?1.25(1?)R3

仅仅从公式本身看,R3、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式,R3和R2的阻值是不能随意设定的。1,2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能,R3应小于240欧姆。改变R2阻值即可调整稳压电压值。D5,D6用于保护LM317。

首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo=1.25V—37V(高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等,其输出电压变化范围是Vo=1.25V—45V),所以R2/R3的比值范围只能是0—28.6。它的使用非常简单,仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流,有的资料称为最小输出电流,也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同,其最小稳定工作电流也不相同,但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时,317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时,LM317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用LM 317稳压块制作稳压电源时,没有注意LM317稳压块的最小稳定工作电流,那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象:稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。

在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时,必须保证R1≥0.83KΩ和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。当然在317稳压块的输出端并联泄流电阻R(如图所示),也可以为317稳压块提供最小稳定工作电流。但是,由于并联的泄流电阻不能随输出电压的变化而变化,如果要保证317稳压块在输出电压为1.25V时,其输出电流大于其最小稳定工作电流,则在317稳压块的输出电压为37V时,流过泄流电阻的电流就太大了,这样不仅浪费了电能,而且增加了317稳压块的负担,不是一种妥当的办法。

通常LM117/LM317不需要外接电容,除非输入滤波电容到LM117/LM317输入端的连线超过6英寸(约15厘米)。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。

输入至少要比输出高2V,否则不能调压。输入电要最高不能超过40V。输出电流不超过1A。输入12V的话,输出最高就是10V左右。由于它内部还是线性稳压,因此功耗比较大。当输入输入电压差比较大且输出电流也比较大时,注意317的功耗不要过大。一般加散热片后功耗也不超过20W。

LM317属于深度负反馈的稳压电路,其功耗比较大,所以有必要讨论一下LM317稳压模块的散热问题。

稳压器的最大允许功耗取决于芯片的最高结温TJM,当T

TJM?TAMTJM?TAMPD??R?'R?A?R?d所以器件的最大功耗必须满足PDM≤PD。

在目前,各种直流电源产品的应用非常广泛,电源技术已经比较成熟。但是,基于成本的考虑,对于电源性能要求不是很高的场合,可采用带有过流保护的集成稳压电路,

同样能满足产品的要求。过流保护电路作为电源电路中不可缺少的一个组成部分,能够有效地保护电子元件,根据其控制方法大致可以分为关断方式和限流方式,而直流电机电源较宜采用关断方式。

过流保护电路首先要有一个电流取样环节,常用做法是串联一个小电阻或者是霍尔元件来获得电流信号。由于霍尔元件体积比较大,价格昂贵,因而考虑采用串联一个小电阻的方法。

电路的过流保护原理图如图12所示。 Q1R4R5R6C4R6为取样小电阻。当电

源工作时,稳压器输出端输出正向直流电压,电机开始启动。由于直流电机启动瞬时电流iout较大(约为额定电流的8~10倍),iout流过小电阻R6,并经R5对C4充电。通过设定R6、C4的值,使充电时间大于电机启动时间δ,Q1(9013)处于截止状态,电机启动到稳定状态后,电流恢复到工作电流。一旦电机发生短路或堵转,使电容C4两端电压达到Q1的导通电压,则Q1导通,强制稳压器的输出电压降为基准电压1.25V。

电机启动时必须满足充电时间大于启动时间δ,Q1不导通,电机才能正常启动。由于启动电流很大,一般是额定电流的4~7倍,可看成不变,设为I=5I0。根据图15,可得以下公式:

9013duc4UR5?R4C4()?ucdt

4

i?iR5?iR4

由于R4R5,所以iR5iR5因此i约等于iR5。此时为一阶零状态输入响应,求解得:

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