用LM317T設計的三端穩壓器電源電路
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時(shí)間：2012-05-20
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關(guān)鍵詞：電源設計；三端穩壓器LM317T；整流橋；仿真
引言
在設計小型單片機控制系統時(shí)，控制板上的集成芯片都需要外加直流電源，而且為了提高芯片及整個(gè)系統的穩定性能，對直流電源的電源質(zhì)量也有較高的要求。一般外加直流電源的做法有2種:外置式和內置式。外置式即將芯片所需要的電源安放在外面，通常由電源模塊組成，此電源模塊直接產(chǎn)生芯片所需要的直流電壓。內置式即在控制板內部制作芯片所需要的直流電壓電源。外置式電源可以使布板更方便，但是成本較高;而內置式電源成本較低，布板較麻煩。國內常采用的方法是直接使用外置式電源，方便布板。
LM317T是由美國國家半導體公司在2001年生產(chǎn)的一種三端口穩壓器件，他的輸出電壓可以通過(guò)調整電阻進(jìn)行一定幅度的調整。輸出的電壓幅度在1.2～27V之間，基本上可以滿(mǎn)足大多數集成芯片所需要的電壓幅度?；诮?jīng)濟方面的考慮，筆者設計了一種內置式的電源供電電路，制板后通過(guò)實(shí)驗測試和軟件仿真，證明此電源供電是可行且可靠的。
電源設計思路
在電源穩定方面，設計中使用了大部分的電解電容，他們一方面起濾波的作用，另一方面穩定參考電壓(芯片的工作電壓)，參看下面給出的原理圖。對于輸入輸出電容，一般的要求是輸入電容要盡可能大，相對容量的要求，對ESR的要求可以降低一些，因為輸入電容主要是耐壓，如果使用的是開(kāi)關(guān)電源，他還能起到吸收MOSFET開(kāi)關(guān)脈沖的作用。在不引起開(kāi)關(guān)電路振動(dòng)的情況下，輸出電容耐壓和容量可以低一些，ESR的要求要高一點(diǎn)，因為要保證足夠的電流通過(guò)量。
參看原理圖的電源部分可知，此電源和普通的電源電路差不多，也是交流整流、濾波、穩壓，為了防止高頻信號的竄入，在輸出端口還加了一組濾波的電容。其間的過(guò)程如圖1所示。
圖1電源電壓主要轉換過(guò)程
LM317T在焊接控制板中的運用
電路結構及工作原理
電源電路原理如圖2所示。
圖2電源電路原理圖
穩壓器件LM317T
在上述原理圖電路中，主要使用了一個(gè)三端穩壓器件LM317T，功能主要是穩定電壓信號，以便提高系統的穩定性能和可靠性能。LM317T是一種這樣的器件:由Vin端提供工作電壓后，他便可以保持其+Vout端(2腳)比其ADJ端(1腳)的電壓高1125V。因此，只需要用極小的電流來(lái)調整ADJ端的電壓，便可在Vout端得到比較大的電流輸出，并且電壓比ADJ端高出恒定的1125V。還可以通過(guò)調整ADJ端(1端)的電阻值改變輸出電壓(LM317T會(huì )保證接入ADJ端和+Vout端的那部分電阻上的電壓為1125V)。所以，當ADJ端(1端)的電阻值增大時(shí)，輸出電壓將會(huì )升高。
LM317T的輸出電壓可以從1125V連續調節到37V，其輸出電壓值可由式(1)算出:
值得注意的是，LM317T有一個(gè)最小負載電流的問(wèn)題，即只有負載電流超過(guò)某一數值時(shí)，他才能起到穩壓的作用。這個(gè)電流隨器件的生產(chǎn)廠(chǎng)家不同在3～8mA不等，這個(gè)可以通過(guò)在負載端口外接一個(gè)合適的電阻來(lái)解決。
實(shí)驗指標及主要波形
為了確保設計的正確性，在設計并制成板件后進(jìn)行了實(shí)驗數據的測試，數據如表1～表3所示。
穩壓器輸出電壓值計算過(guò)程：
RG2輸出值:
RG1輸出值：
在仿真過(guò)程中，有很多軟件可以選擇。但是如果仿真軟件中能直接帶有所用器件芯片的模型，整個(gè)仿真過(guò)程將會(huì )簡(jiǎn)單些。筆者選用了現今比較流行的制板軟件Protel，其內部仿真庫中就有LM317T的芯片模型。圖3和圖4分別是產(chǎn)生5V和15V直流電壓的電壓波形，由于仿真模型的差別，仿真值與理論值有些差別。
圖35V直流電壓信號波形
圖415V直流電壓信號波形
結 語(yǔ)
LMT317器件構成的電源模塊輸出電壓的值與外接的電阻有密切的關(guān)系，因此如果需要其他的輸出電壓值，可以改變有關(guān)外接電阻的阻值，因此在設計電源輸出電壓值方面靈活性較強。
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