用LM317T設(shè)計(jì)的三端穩(wěn)壓器電源電路

介紹了三端穩(wěn)壓器LM317T芯片的工作過程及其輸出電壓的計(jì)算公式。基于電路板芯片供電電源的考慮，設(shè)計(jì)了一種采用LM317T的三端穩(wěn)壓器的電源電路，用于給控制板芯片供電。設(shè)計(jì)電路時(shí)，詳細(xì)分析了其電路設(shè)計(jì)方法，給出了此電路主要參數(shù)的計(jì)算及實(shí)驗(yàn)波形。最后將此供電電源電路制成印刷電路板，測取各重要測試點(diǎn)的電壓信號，用Protel對電源供電電路進(jìn)行仿真，仿真的結(jié)果與實(shí)際測試計(jì)算值相符，證明設(shè)計(jì)的電源供電電路是可靠的，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電源設(shè)計(jì)；三端穩(wěn)壓器LM317T；整流橋；仿真

引言

在設(shè)計(jì)小型單片機(jī)控制系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)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(nèi)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(nèi)置式即在控制板內(nèi)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(nèi)置式電源成本較低，布板較麻煩。國內(nèi)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(dǎo)體公司在2001年生產(chǎn)的一種三端口穩(wěn)壓器件，他的輸出電壓可以通過調(diào)整電阻進(jìn)行一定幅度的調(diào)整。輸出的電壓幅度在1.2～27V之間，基本上可以滿足大多數(shù)集成芯片所需要的電壓幅度?；诮?jīng)濟(jì)方面的考慮，筆者設(shè)計(jì)了一種內(nèi)置式的電源供電電路，制板后通過實(shí)驗(yàn)測試和軟件仿真，證明此電源供電是可行且可靠的。

電源設(shè)計(jì)思路

在電源穩(wěn)定方面，設(shè)計(jì)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(wěn)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?yàn)檩斎腚娙葜饕悄蛪?，如果使用的是開關(guān)電源，他還能起到吸收MOSFET開關(guān)脈沖的作用。在不引起開關(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?yàn)橐ＷC足夠的電流通過量。

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(wěn)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。其間的過程如圖1所示。

圖1電源電壓主要轉(zhuǎn)換過程

LM317T在焊接控制板中的運(yùn)用

電路結(jié)構(gòu)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(wěn)壓器件LM317T
在上述原理圖電路中，主要使用了一個(gè)三端穩(wěn)壓器件LM317T，功能主要是穩(wěn)定電壓信號，以便提高系統(tǒng)的穩(wěn)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調(diào)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。還可以通過調(diào)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(dāng)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(xù)調(diào)節(jié)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(fù)載電流的問題，即只有負(fù)載電流超過某一數(shù)值時(shí)，他才能起到穩(wěn)壓的作用。這個(gè)電流隨器件的生產(chǎn)廠家不同在3～8mA不等，這個(gè)可以通過在負(fù)載端口外接一個(gè)合適的電阻來解決。

實(shí)驗(yàn)指標(biāo)及主要波形

為了確保設(shè)計(jì)的正確性，在設(shè)計(jì)并制成板件后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測試，數(shù)據(jù)如表1～表3所示。



穩(wěn)壓器輸出電壓值計(jì)算過程：
RG2輸出值:



RG1輸出值：





在仿真過程中，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)仿真過程將會(huì)簡單些。筆者選用了現(xiàn)今比較流行的制板軟件Protel，其內(nèi)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(jié)　語

LMT317器件構(gòu)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(shè)計(jì)電源輸出電壓值方面靈活性較強(qiáng)。