談可調穩壓電源的設計

摘 要：小功率穩壓電源是使用、測試和維修電子設備必備的電子產品。市面上出售的小功率穩壓電源多為固定電壓輸出或雖電壓可調但沒有直觀的數字顯示，且價格比較貴，給使用者帶來不便。介紹一款數字顯示電壓可調的穩壓電源的設計與調試。

關鍵詞：穩壓電源；數字顯示；可調

中圖分類號：TM44 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 22-0000-01

小功率穩壓電源是使用、測試和維修電子設備必備的電子產品。對于電子愛好者來說自己設計和裝配一個數字顯示電壓可調的穩壓電源很有實用價值。數字顯示可調穩壓電源的設計可按如下步驟進行。

一、畫原理框圖

畫原理框圖的過程是對整個電子系統進行構思的過程。數字顯示可調穩壓電源要將220V交流電壓變成電壓數值可調的直流電壓。需要經過變壓、整流、濾波、穩壓、模數轉換、譯碼顯示過程，用原理框圖表示如圖1：

各方框的功能為：（1）變壓器：將220V交流降壓到合適的交流數值；（2）整流：將交流電變成脈動的直流電；（3）濾波：濾除整流后的交流分量，輸出平滑的直流電；（4）穩壓：當負載變化或電源電壓波動時能輸出穩定的直流電壓；（5）A/D轉換：將輸出的模擬電壓轉換為數字量；（6）譯碼顯示：將數字信號轉換成段碼輸出并驅動數碼管顯示數字。

二、各單元電路設計

（一）變壓器選取。本設計中直流電壓最大輸出要求12V，穩壓器大約有3V電壓降，所以電容濾波后電壓約為15V，則變壓器次級電壓有效值U2=Uc/1.2=15/1.2=12.5V，因為是小功率電源，選用15V/10W小型電源變壓器。

（二）整流濾波電路。整流橋的選取主要依據兩個參數，整流二極管的耐壓VRM和通過整流二極管電流的平均值ID。

VRM= U2= *15=21.21V ID=1/2 IL<1A

選用1A/50V的圓橋。濾波電容經驗值為470μ-1000μ都可以，選用標稱值1000μ耐壓25V的電解電容。

（三）三端可調穩壓器。選用LM317可調集成三端穩壓器。LM317是美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器集成電路。LM317的輸出電壓范圍是1.25V至37V，負載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。它的特點是輸出電壓連續可調，調節范圍較寬且線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩壓器好。LM317內置有過載保護、安全區保護等多種保護電路。為了改善瞬態響應，可以在輸出端接電容。LM317典型參數如下：

1.5A輸出電流；典型線性調整率0.01%；典型負載調整率0.1%；80dB紋波抑制比；輸出短路保護；過流、過熱保護；調整管安全工作區保護；標準三端晶體管封裝；其典型應用電路接法如圖2。

R1 Rp是決定輸出電壓的關鍵元件。R1 Rp的取值從兩方面考慮：從輸出電壓計算公式看，Uo=1.25（1+Rp/R1）；從輸出最小電流考慮，LM317正常工作時最小工作電流一般為1.5mA，空載時R1是最小電流泄放的唯一通路。如果R1值選取過大，將使空載和有載時輸出電壓有較大差別，這是不允許的。從上述兩方面考慮，R1 Rp計算如下：Uo=1.25（1+Rp/R1）取Uo=15V得Rp/R1=11又1.25/R1≥1.5mA求得R1≤830Ω，取R1=120Ω則Rp=11*0.12K=1.32K留余地取標稱值2.2K的電位器，以便于調節輸出電壓。D1、D2是保護LM317的二極管，當輸入端不慎短路時，D1導通，C4經D1放電；輸出端短路時，D2導通，C2經D2放電，保護了LM317不被燒毀。D1、D2都選用1N4001。C1、C3可以起到濾除高次諧波目的。C4用于改善負載的瞬態響應。C1、C3取0.1μF，C4取33μF。

（四）A/D轉換和譯碼顯示電路。A/D轉換和譯碼顯示電路選用CMOS大規模集成電路IC7107。IC7107是3 位雙積分型模數轉換器，最大顯示值為1999，最小分辨率為100μV，轉換精度是0.05 1個字，不用另加驅動電路就能直接驅動共陽極數碼管，具有自動調零和自動極性顯示功能。IC7107集成度很高，對應于不同的量程外接元件是固定的，不需要復雜的計算，按滿量程直接選取元件就可以達到滿意的精度。IC7107各引腳功能如下：（1）a1-f1；a2-f2； a3-f3分別輸出個位、十位、百位的譯碼驅動信號，低電平有效，驅動數碼管的對應字段顯示；（2）bc4輸出第4位驅動信號，低電平有效。對于三位半顯示，接千位數碼管的b、c字段。POL是自動極性驅動信號，低電平有效。接千位數碼管的g字段；（3）osc1-osc3是時鐘振蕩器的引出端，外接震蕩電阻和電容。在滿量程為200mV時取值C=100pF，R=100K；（4）Test經一開關接+5V，用于測試；（5）VREF+VREF-是內部基準電壓引出端，要求VREF+和VREF-之間外加電壓100mv，從+5V經過R1、R2分壓獲得。R1、R2計算： = =0.02 取R1=24K 則R2=0.5K，選擇1K電位器。CREF+ CREF-需要外接0.1μF基準電容；（6）INT是積分電容外接端，BUF是積分電阻外接端，積分電容和積分電阻在200mV滿量程時取值0.22μF和47KΩ；（7）CAZ外接自動調零電容，滿量程為200mV時典型值是0.47μF；（8）IN+ IN-是模擬量輸入端，輸入模擬電壓200mV時，數碼管顯示1999。本設計中可調穩壓電源最大輸出電壓為12V，選20V檔位通過R3、R4分壓獲得200mV電壓。分壓電阻計算：20V× =200mV 選R3=100K則R2=1K，取R2為2K多圈精密電位器。

參考文獻：

[1]康華光.電子技術基礎數字部分[M].北京：高等教育出版社，2006.

[作者簡介]賈杰（1951.03-），女，副教授，大專，研究方向：電子應用。