1、Zaiyao: 本直流穩壓電源電路具備接于輸入輸出端子間的PNP型輸出晶體管、以輸出端壓的分壓與基準電壓之差控制輸出晶體管基極驅動電流的基極驅動電路和根據檢測到的輸入輸出端子間的電壓抑制基極驅動電路的驅動電流的電路，輸入輸出間電壓越大該抑制電路越使基極驅動電路流往輸出晶體管的驅動電流受到抑制,并抑制輸出電流。以此使不在輸出線路上連接電流檢測電阻,具有集成化控制電路的電源的輸出晶體管功率損耗受抑制，防止其傷。024V可調直流穩壓電源電路的設計方法發布：20110603 作者: 來源： mahuaxiao | 查看:1637次 用戶關注:摘要：實現了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了

2、跨導放大器電容（OTAC)連續時間型濾波器的結構、設計和具體實現，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證.仿真結果表明，該濾波器帶寬的可調范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內波紋小于05 dB,采用18 V電源,TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW,頻響曲線接近理想狀態。關鍵詞:Butte1 引 言電子電路要正常工作，電源必不可少,并且電源性能對電路、電子儀器和電子設備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負載的電路和設備（如電機)中,對電源的性能要求更高。在很多應用直流電機的場合中,要求為電機驅動電路

3、提供1個其輸出能從0 V開始連續可調(024 V）的直流電源，并且要求電源有保護功能.實際上就是要求設計一個具有足夠調壓范圍和帶負載能力的直流穩壓電源電路。該電路的設計關鍵在于穩壓電路的設計,其要求是輸出電壓從0 V開始連續可調;所選器件和電路必須達到在較寬范圍內輸出電壓可調；輸出電壓應能夠適應所帶負載的啟動性能.此外，電路還必須簡單可靠,能夠輸出足夠大的電流。2 電路的設計符合上述要求的電源電路的設計方法有很多種，比較簡單的有3種:（1)晶體管串聯式直流穩壓電路。電路框圖如圖1所示，該電路中,輸出電壓UO經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,該誤差電壓對調整管

4、的工作狀態進行調整，從而使輸出電壓發生變化,該變化與由于供電電壓UI發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(穩壓值).因輸出電壓要求從0 V起實現連續可調，因此要在基準電壓處設計輔助電源,用于控制輸出電壓能夠從0 V開始調節。 單純的串聯式直流穩壓電源電路很簡單，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）采用三端集成穩壓器電路。如圖2所示，他采用輸出電壓可調且內部有過載保護的三端集成穩壓器，輸出電壓調整范圍較寬,設計一電壓補償電路可實現輸出電壓從0 V起連續可調，因要求電路具有很強的帶負載能力,需設計一軟啟動電路以適應所帶負載的

5、啟動性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。 (3）用單片機制作的可調直流穩壓電源。該電路采用可控硅作為第一級調壓元件,用穩壓電源芯片LM317，LM337作為第二級調壓元件，通過AT89CS51單片機控制繼電器改變電阻網絡的阻值,從而改變調壓元件的外圍參數，并加上軟啟動電路,獲得024 V，0.1 V步長,驅動能力可達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、穩壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數據存儲電路、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LM31

6、7和LM337輸入端和輸出端的壓差以降低LM317和LM337的功耗。穩壓電路由三端穩壓芯片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絡.電阻網絡的每個電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度.電壓電流采樣電路由單片機控制實時對當前電壓電流進行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數據存儲電路用以保存當前設置的電壓值，可以方便用戶在重新上電后不用設置,而且也不會因為電壓值過高損壞用戶設備。該電源穩定性好、精度高,并且能夠輸出±24 V范圍內的可調直流電壓，且其性能優于傳統的可調直流穩壓電源，但是電路比較復雜，成本較高，使用于要求較

7、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)，多采用第二種設計方案。3 實際電路的設計電路采用三端集成穩壓器電路方案，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.(1)三端集成穩壓器LM317及其調壓原理.圖4中IC采用了LM317系列三端集成穩壓器,其輸出電壓調節范圍可達1.2537 V，輸出電流可達1。5 A，內部帶有過載保護電路，具有穩壓精度高、工作可靠等特點。其輸出電壓的調節原理如圖5所示。由于LM317的2，3腳之間的電壓U32為一穩定的基準電壓(1.25 V），

8、故有： 其中，R1為固定電阻，故調節R2可以調節輸出電壓UO，并且UO的最小值為1.25 V。 （2)電壓補償電路的設計。因要求輸出電壓從0 V起調，LM317集成穩壓器不能直接滿足要求，需設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只串聯的鍺材料整流二極管的導通壓降來實現。當調節R2少，使U3達到與UD相等時，輸出電壓即為0 V。之后，當調節R2逐漸增大時，UO即由0 V開始增大。由于負載

9、電流流過D，故D的最大工作電流應能適應負載電流的要求。圖5中R4用于給D提供工作電流. (3）軟啟動電路設計。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,隨著C的充電，T的基極電位下降，其集電極電位（即U2）升高,使U3升高（因U32為一穩定電壓)，所以UO也升高.當C充滿電時,T被截止,啟動電路失去作用,UO也達到設定值。啟動的時間可以通過改變C和R的值進行調整。(4)改

10、進方案。由于該電路的輸出電壓的調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整過程中，容易調過頭或調不足，要準確地實現024 V寬范圍的電壓任一電壓有些調整比較麻煩，必須反復調整,只依賴R2是比較困難的,如果將電位器R2用一個電位器R2'和電阻R檔串聯實現，通過一個開關實現電阻R檔的改變從而改變輸出電壓的范圍，并在所選擇的輸出電壓范圍內通過改變電位器R2的阻值得到所需要的準確的直流電壓輸出.電路如圖6所示。 （5)電路主要測試數據。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果為:電路在負載為1 A時輸出電壓調整范圍如表1所示；在輸出電壓為額定值（24

11、 V）下的負載特性如表2所示。電網電壓波動±10（負載電流1 A）情況下輸出電壓如表3所示。 4 結 語該穩壓電路應用三端集成穩壓電器，并加入補償電壓的方法解決LM317系列輸出電壓不能從0 V開始起調的問題。軟啟動電路的引入適應負載的啟動特性。電路的結構簡單、功能完善、可靠性高。 電源一般由變壓器、整流器和穩壓器三大部分組成，如圖5一21所示。變壓器把市電交流電壓變為所需要的低壓交流電。整流器把交流電變為直流電。經濾波后，穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出. 一、穩壓電源的技術指標及對穩壓電源的要求穩壓電源的技術指標可以分為兩大類：一類是特性指標，如輸出電壓、輸出電濾

12、及電壓調節范圍；另一類是質量指標，反映一個穩壓電源的優劣,包括穩定度、等效內阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數等。對穩壓電源的性能，主要有以下四個萬面的要求:1穩定性好當輸入電壓Usr（整流、濾波的輸出電壓)在規定范圍內變動時，輸出電壓Usc 的變化應該很小一般要求 。由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩定度指標,常用穩壓系數S 來表示：S的大小,反映一個穩壓電源克服輸入電壓變化的能力.在同樣的輸入電壓變化條件下,S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩定度越高。通常S約為。2.輸出電阻小負載變化時(從空載到滿載)，輸出電壓Usc ，應基本保持不變。穩壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征

13、。輸出電阻（又叫等效內阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負載電流變化量之比。rn 反映負載變動時,輸出電壓維持恒定的能力，rn 越小，則Ifz 變化時輸出電壓的變化也越小。性能優良的穩壓電源，輸出電阻可小到1歐,甚至001歐.3.電壓溫度系數小當環境溫度變化時,會引起輸出電壓的漂移.良好的穩壓電源，應在環境溫度變化時，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩定，輸出電壓的漂移用溫度系數KT來表示。4.輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示.經過穩壓作用,可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數反比于穩壓系數S 。上節介紹的串聯型

14、穩壓電路，用做一種簡單的穩壓電源,可以滿足一般無線電愛好者的需要。但是,這種電源還有許多“天生的"缺陷，要提高對性能的要求，就必須再做一些改進。從以下四個右面對它的性能加以改善，便可做成一臺有實用價值的穩壓電源了。這就是：增加放大環節，提高穩定性，使輸出電壓可調；用復合管做調整管，使輸出電流增大;增加保護電路，使電源工作安全可靠。二、帶有放大環節的穩壓電源輸出電壓的變化量Usc 是很微弱的，它對調整管的控制作用也很弱，因此穩壓效果不夠好,帶有放大環節的穩壓電源，就是在電路中增加一個直流放大器，把微弱的輸出電壓變化量先加以放大,再去控制調整管，從而提高對調整管的控制作用，使穩壓電源的穩

15、定性能得到改善。圖5-22 是帶有放大環節的穩壓電源電路。圖中,BG1 是調整管，BG2 是比較放大管。輸出電田變化量Usc 的一部分與基準電壓Uw 比較，并經BG2 放大后進到了BG1 的基極.Rc 是BG2 的集電極電阻,又是BG1 的上偏置電阻。R1、R2是BG2 的上、下偏置電阻，組成分壓電路,把Usc 的一部分作為輸出電壓的取樣，送給BG2 的基極，因此又叫取樣電路 R2 上的電壓Ub2:叫取樣電壓.DW和R3組，成穩壓電路,提供基準電壓。從電路路中可以看出,當輸出電壓Usc 下降的時候,通過R1 、R2組成的分壓電路的作用,BG2 的基極電位Ub2也下降了。由于基準電壓UW 使BG

16、2 的發射極電位保持不變，Ubc2 ：Ub2，一UW隨之減小。于是BG2 集電極電流Ic：減小，Uc2增高,即BG1 的基極電位Ub1增高，使Icl增加，管壓降Uce1減小，從而導致輸出電壓Usc 保持基本穩定.BG2 的放大倍數越大，調整作用就越強，輸出電壓就越穩定。如果輸出電壓Usc 增高時，同樣道理，又會通過反饋作用使Usc減小，保持輸出電壓基本不變。 下面談談各元件的選取原則.前面已經提到，Rc是放大級的負載電阻,又相當于調整管的偏置電阻.Rc大,放大倍數大，有利于提高穩壓器指標,但Rc過大會使BG2 和調整管電流太小，限制了負載電流和調整范圍。通常Rc根據下列公式選取：Usrmin為

17、整流輸出的最小電壓.Ic2可取13毫安。穩壓管DW的穩定電壓Uw，選擇范圍比較寬，只要不使BG2 飽和（即Uw比Usc 低2伏以下）均可。Uw取得大,取樣電壓可大些,有利于提高穩壓性能。限流電阻R3通過的電流I3，應該等于DW的穩定電流，那應滿足下述關系:輸入電壓Usr 應大于輸出電壓Usc 38伏.Usr 過小，調整管容易飽和而起不到調整作用；Usr 過大，則增加管子耗損，并浪費功率。整流紋波小的,Usr 可取低些;紋波大的，Usr 應取高些。調整管BG1 的值要盡量大,為此可以使用復倉管。調整管的功耗也要足夠大，應滿足下式要求：Usrmax 為電網電壓最高時的整流輸出電壓。放大管BG2也要

18、選用值大的管子，以增強對調整管的控制作用，使輸出的更穩定。在Usc較大的穩壓電路中，還應注意BG2所能承受的反向電壓，應選取的晶體管。分壓電阻(R1R2)要適當小些，以提高電路性能。通常取流過分壓電阻的電流大于放大管基極電流的5-10倍。分壓比決定于輸出電壓Usc 和參考電壓Uw，由下式決定:一般可先選定R1 或R2，再通過計算調整另外一只電阻器，分壓比要選得大些，一般選0508.三、輸出電壓可調的穩壓電源從上面電路可以看到,輸出電壓與基準電壓之間的關系，是由分壓電路來“調配"的。在基準電壓一定的情況下，改變分壓比，就可以在一定范圍里改變輸出電壓.在R1與R2之間加接一個電位器W(見

19、圖5-23）,便可以實現輸出電壓在一定范圍內連續可調。四、用復合管做調整管的穩壓電源在穩壓電源中，負載電流Ifz 要流過調整管，輸出大電流的電源必須使用大功率的調整管，這就要求有足夠大的電流供給調整管的基極，而比較放大電路供不出所需要的大電流，另一方面,調整管需要有較高的電流放大倍數，才能有效地提高穩壓性能，但是大功率管一般電流放大倍數都不高。解決這些矛盾的辦法，是給原有的調整管再配上一個或幾個“助手”，組成復合管。用復合管做調整管的穩壓電源電路如圖5一24所示。用復合管做調整管時，BG2的反向電流Iceo2將被放大，尤其是采用大功率鍺管時，反向截止電流Icbo比較大，并隨溫度增高按指數增加，很容易造成高溫空載時穩壓電源的失控，使輸出電壓Usc增大.誤差信號Usc 經放大加到BG2 的級基極來減少Ic人,可能迫使BG2 截止。為了使調整管在不同溫度下都工作在放大區,常在BG1 的基