可调数显稳压电源的设计

刘秋艳

(天津滨海职业学院,天津市 300451)

一、引言

LM 317是常见的可调集成稳压器,输出电压范围是1.25V-37V,它的使用非常简单,仅需两个外接电阻来调节输出电压。ICL7107是双积分模数转换器,广泛用于各种测量电路,可组装成各种数字仪表。将LM 317输出的模拟电压经过ICL7107进行模数转换,得到电压的数字量,然后经过数码管显示电路显示出来就构成了数显式稳压电源,数显式稳压电源广泛应用于各种仪器仪表的电源电路。

二、系统的总体设计

数显式稳压电源采用模数转换的方法将直流稳压电源的输出电压以数字的形式显示出来。它主要由三大部分组成:电源部分、模数转换部分、显示部分。电源部分由LM 317构成的可调稳压电源电路和由7805构成的固定+5V电压输出电路组成,模数转换部分由模数转换集成电路ICL 7107的A/D模数转换电路完成,显示部分可接LED数码管显示电路。

三、各部分电路的组成及工作原理

(一)电源部分:

电源部分由LM 317构成的可调稳压电源电路和由7805构成的固定+5V电压输出电路两部分组成。该电源主要由电源变压器、桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分组成。220V交流电经过这几部分电路后即可转换成稳定的直流电压。电源部分电路如图1所示。

该电源输入为220V交流电,T1为电源变压器,220V交流电经 T1电源变压器转换成9V的交流电,然后经过4个二极管D1-D4组成的桥式整流电路输出脉动直流电,C1,C2构成滤波电路,电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑,即滤去其中的交流成分。滤波后经过7805输出为固定+5V的直流电压,经过LM 317输出为1.25V-37V的可调直流电压。+5V电压主要是给ICL 7107供电,LM 317输出Uo接到ICL7107的被测电压端,作为ICL 7107的输入信号。

图1 电源部分电路

LM 317是常见的可调集成稳压器,输出电压范围是1.25V-37V,负载最大电流为1.5A。输出电压Uo的大小为:Uo=1.25×(1+RP/R1)。式中1.25V为基准电压(输出端2脚与调整端1脚之间的电压)。为保证稳压器的输出性能,R1应小于240Ω,改变RP阻值即可调整稳压电压值,即输出电压取决于RP的阻值。改变RP的阻值,可以使输出电压由1.25V连续变化到37V。当输出短路时,D6为C3上的电压泄放创造一个放电通路,当输入短路时,D5为C4上的电压泄放创造一个放电通路,从而达到保护LM 317的目的。C3用以提高IC的纹波抑制能力,C4用以改善IC的瞬态响应。

(二)模数转换部分

模数转换部分由模数转换集成芯片ICL 7107完成。ICL 7107是一种大规模集成电路A/D转换器,它把输入的模拟电压变成数字量输出并直接驱动共阳极LED显示器。它包含双积分模数转换器,BCD七段译码器,显示驱动器,时钟和参考源,具有自动调零和自动转换极性的性能,双电源供电,工作电压多为+5V。

图2 ICL7107模数转换电路

ICL7107的封装为D IP40,典型连接电路如图2所示,各引脚介绍如下:

(1)电源及地信号引脚:1脚V+为电源,接+5V,由7805组成的固定+5V电压输出电路来供电。26脚V-接负电压,负电压产生电路我们用U 3反相器,D10,D11二极管,和两只电容C7,C8来实现,得到负电压供给ICL 7107的26脚使用。21脚GND是芯片的电源地,32脚COM是模拟地,30脚V IN-是信号地,35脚VREF-是基准地,通常使用情况下,这4个引脚都接地。

(2)振荡器引脚:38,39,40脚为OSC1、OSC2、OSC3,是振荡器的引出端,外接 R、C元件。振荡器主振频率f0与 RC的关系为:f0≈0.45/RC。R,C是振荡器的阻容振荡元件,常用参数 R=100 KΩ,C=100PF,振动频率为f0≈0.45/RC=45k Hz。测量速率为M R=f0/16000,因此本电路测量速率为M R=45000/16000次/秒=2.5次/秒。

(3)基准电路引脚:VREF+和VREF-为基准电压的正、负端。R25和RP1为基准电压的分压电路,基准电压可通过调节可调电位器实现,通常R25为24KΩ,RP1为2KΩ可调电位器。ICL 7107量程有两档,200m V和2.000V,本文介绍的电路量程为200m V。当量程为200m V时,基准电压VREF为100m V,基准电压VREF是保证A/D转换准确度的关键,测量前应调整RP1,使基准电压VREF=100.0m V。CREF+和CREF-为基准电容正压、负压端,它被充电的电压在反相积分时,成为基准电压,通常取C9为0.1μF。

在基本表头的输入端加电阻分压器,使输入电压先进行衰减,再输入到7107的输入端,便可实现数字电压表量程的扩展。扩展量程可为20V,200V,1000V。2V档的电阻分压比为1/10,20V档分压比为1/100,200V档分压比为1/1000,本电路设计的量程为20V。

(4)积分网络引脚:27脚V IN T,28脚VBUFF,29脚CAZ,它们是芯片工作的积分网络,通常外接积分电阻一般取47K,自动调零电容0.47uF,外接积分电容一般取0.22μF。

(5)外接数码管的引脚:A 1～G1、A 2～G2、A 3～G3分别是个位、十位、百位的LED段驱动信号,AB4为千位驱动信号,POL为负极性显示驱动信号。

(6)模拟信号输入及测试引脚:V IN+和V IN-为模拟信号输入电压正、负引脚,输入信号应经过RC阻容滤波器,以滤除干扰信号。37脚 TEST为测试端,当它与V+短接后,LED显示器全部笔划点亮,显示—1888。

(三)显示部分

显示部分由四个共阳极数码管组成。ICL 7107的A 1～G1、A 2～G2、A 3～G3分别与数码管对应的笔段A～G相连接,每段加一个100Ω的限流电阻。AB4为千位驱动信号,接千位LED的B、C两段。当测量数值大于1999时,千位显示“1”,表示超量程。POL为负极性显示驱动信号,与千位数显示器的g笔段相连接。当输入信号的电压极性为负时,负号显示,如“-19.99”;当输入信号的电压极性为正时,极性负号不显示如“19.99”。

四、电路的调试

由ICL 7107构成的转换电路调试比较简单,主要调试工作为基本量程200m V时的基准电压VREF=100m V的调整。调试后对电路工作状态的检查步骤为:

(1)检查零输入时的显示值:将模拟信号输入V IN+和V IN-短接,即将31脚与30脚短接,LED应显示“0000”;

(2)检查比例读数:将V IN+与VREF+(31与36脚)短接,就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端,这时候,数码管显示的数值最好是显示“100.0”,通常在99.7-100.3之间,越接近100.0越好。如果差的太多,就需要更换芯片了。

(3)检查LED各笔段:将 TEST与V+短接,即将37脚与1脚短接,LED应显示“-1888”,全部笔段亮。

(4)检查负号位溢出功能:将正输入端V IN+与V-短接,即将31脚与26脚短接,使V IN=-5V,因为V IN<-200mV,所以LED显示负号和显示千位的“1”字(即-1),而百、十、个位各段均不亮。

(5)检查正信号溢出功能:将正输入端V IN+与V+短接,即将31脚与1脚短接,使V IN=+5V,因为V IN>200m V,所以LED显示千位的“1”字,而百、十、个位各段均不亮。

[1]解建军,万文辉.采用LM 317T芯片的电路电源设计[J].制造与设计.2005.(05).

[2]何杰生.采用ICL7107实现测量值自动记忆电路[J].电子技术.2000.(05)