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標簽 > 穩(wěn)壓電源電路
穩(wěn)壓電源是能為負載提供穩(wěn)定的交流電或直流電的電子裝置，包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類。
當今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個共同的電路--電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復雜程度千差萬別。超級計算機的電源電路本身就是一套復雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計算
機各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護等高級功能。可以說電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設(shè)備。
在很多應(yīng)用直流電機的場合中，要求為電機驅(qū)動電路提供1個其輸出能從0 V開始連續(xù)可調(diào)（0～24 V）的直流電源，并且要求電源有保護功能。實際上就是要求設(shè)計一個具有足夠調(diào)壓范圍和帶負載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計，其要求是輸出電壓從0 V開始連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負載的啟動性能。
穩(wěn)壓電路是指在輸入電壓、負載、環(huán)境溫度、電路參數(shù)等發(fā)生變化時仍能保持輸出電壓恒定的電路。這種電路能提供穩(wěn)定的直流電源，廣為各種電子設(shè)備所采用。
直流穩(wěn)壓器基本原理
圖1為典型的直流穩(wěn)壓器的框圖。交流輸入電壓e1由變壓器Tp變成電壓e2，經(jīng)整流、濾波后向調(diào)整電路（穩(wěn)壓電路）輸送一個不穩(wěn)定的脈動的直流電壓 
。因 或穩(wěn)壓電路輸出電流 
的變動而引起輸出電壓 
變化時，調(diào)整電路使 保持原值或者只有極小的變動。調(diào)整電路中的調(diào)整管工作在線性放大區(qū)的稱為線性電源，工作在非線性區(qū)的則稱為開關(guān)電源。線性電源分為簡單穩(wěn)壓電路、并聯(lián)穩(wěn)壓電路、串聯(lián)穩(wěn)壓電路和集成化穩(wěn)壓電路。
直流穩(wěn)壓電路
在輸入直流電壓和負載之間串聯(lián)入一個三極管，用三極管的管壓降代替穩(wěn)壓二極管電路中的穩(wěn)壓電阻R。當 或 
變化引起輸出電壓 變化時， 的變化將反映到三極管的發(fā)射結(jié)電壓 
上，引起 
的變化，從而調(diào)整 ，以保持輸出電壓的基本穩(wěn)定。根據(jù)三極管所起的作用，稱為調(diào)整管。由于調(diào)整管與負載是串聯(lián)關(guān)系，所以圖15-2-1稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。它主要由基準電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件組成。比較放大可以是單管放大電路、差動放大電路、集成運算放大器。調(diào)整元件可以是單個功率管，復合管或用幾個功率管并聯(lián)，取樣電路取出輸出電壓 的一部分和基準電壓VREF比較。
簡介幾種直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計方法
當今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個共同的電路--電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復雜程度千差萬別。超級計算機的電源電路本身就是一套復雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計算
機各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護等高級功能。可以說電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設(shè)備。
在很多應(yīng)用直流電機的場合中，要求為電機驅(qū)動電路提供1個其輸出能從0 V開始連續(xù)可調(diào)（0～24 V）的直流電源，并且要求電源有保護功能。實際上就是要求設(shè)計一個具有足夠調(diào)壓范圍和帶負載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計，其要求是輸出電壓從0 V開始連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必須達到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負載的啟動性能。
2 電路的設(shè)計
符合上述要求的電源電路的設(shè)計方法有很多種，比較簡單的有3種：
?。?）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖1所示，該電路中，輸出電壓UO經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準電壓進行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對調(diào)整管的工作狀態(tài)進行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化，該變化與由于供電電壓UI發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓UO為恒定值（穩(wěn)壓值）。
單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證。
（2）采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2所示，他采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設(shè)計一電壓補償電路可實現(xiàn)輸出電壓從0 V起連續(xù)可調(diào)。
?。?）用單片機制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片LM317，LM337作為第二級調(diào)壓元件，通過AT89CS51單片機控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值，從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，并加上軟啟動電路，獲得0～24 V，0.1 V步長，驅(qū)動能力可達1 A，同時可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。
其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存儲電路、單片機、鍵盤顯示等幾部分，硬件部分原理圖如圖3所示。
正、負端壓差控制電路的作用是減少LM317和LM337輸入端和輸出端的壓差以降低LM317和LM337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317（負壓用LM337）及外圍器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò)。
該電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出±24 V范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復雜，成本較高，使用于要求較高的場合。在實際中，如果對電路的要求不太高（這種情況較多），多采用第二種設(shè)計方案。
3 實際電路的設(shè)計
電路采用三端集成穩(wěn)壓器電路方案，電路原理圖如圖4所示。其中IC為三端集成穩(wěn)壓器。晶體管T，阻R3，和電容器C組成軟啟動電路。電阻R4和二極管D組成電壓補償電路。電容C2為輸出濾波電容。
?。?）三端集成穩(wěn)壓器LM317及其調(diào)壓原理。圖4中IC采用了LM317系列三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓調(diào)節(jié)范圍可達1.25～37 V，輸出電流可達1.5 A，內(nèi)部帶有過載保護電路，具有穩(wěn)壓精度高、工作可靠等特點。其輸出電壓的調(diào)節(jié)原理如圖5所示。由于LM317的2，3腳之間的電壓U32為一穩(wěn)定的基準電壓（1.25 V），故有：
其中，R1為固定電阻，故調(diào)節(jié)R2可以調(diào)節(jié)輸出電壓UO，并且UO的最小值為1.25 V。
?。?）電壓補償電路的設(shè)計。因要求輸出電壓從0 V起調(diào)，LM317集成穩(wěn)壓器不能直接滿足要求，需設(shè)計一個電壓補償電路，抵消LM317的1.25 V最小輸出電壓。電壓補償電路由電阻R4和二極管D組成。
式中，U3為LM317的3腳電壓；UO為輸出電壓；UD為二極管D的正向壓降，即為補償電壓，其值略大于LM317的基準電壓（1.25 V）。這里用3只串聯(lián)的鍺材料整流二極管的導通壓降來實現(xiàn)。
（3）軟啟動電路設(shè)計。軟啟動電路由晶體管T，電阻R3，R和電容器C組成。其作用是使電路輸出電壓UO有一個緩慢的上升過程，以適應(yīng)感性負載（如直流電機）的啟動特性。當輸入電壓UI接入時，因C上的電壓不能突變，故T因基極電位較高而飽和導通，使U2（LM317的2腳電位）和U3都很低，故UO很小。啟動的時間可以通過改變C和R的值進行調(diào)整。
?。?）改進方案。由于該電路的輸出電壓的調(diào)整完全依賴電電位器R2的改變，因此R2的改變范圍較大，這樣在輸出電壓的調(diào)整過程中，容易調(diào)過頭或調(diào)不足，要準確地實現(xiàn)0～24 V寬范圍的電壓任一電壓有些調(diào)整比較麻煩，必須反復調(diào)整，只依賴R2是比較困難的。電路如圖6所示。
（5）電路主要測試數(shù)據(jù)。接上電源變壓器和整流濾波電路以后對電路進行測試的結(jié)果為：電路在負載為1 A時輸出電壓調(diào)整范圍如表1所示；在輸出電壓為額定值（24 V）下的負載特性如表2所示。電網(wǎng)電壓波動±10％（負載電流1 A）情況下輸出電壓如表3所示。
4 結(jié) 語
該穩(wěn)壓電路應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓電器，并加入補償電壓的方法解決LM317系列輸出電壓不能從0 V開始起調(diào)的問題。軟啟動電路的引入適應(yīng)負載的啟動特性。電路的結(jié)構(gòu)簡單、功能完善、可靠性高。
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