1、024V可調直流穩壓電源電路的設計方法1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 0V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，

2、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0V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 0V開始調節。人圖1串聯式穩壓電源電路單純的串聯式直流穩壓電源電路很簡單

3、， 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。*可調式集成秘電略姑構樞陽h*(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

4、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。finn沾、 烯出*Hi再草沖機#宙電 口控IMtttO-nT10謔負蘋fE鶴!SSHL鴻錢一穆壓煤岀土24 V収樣電阻垃啟動電1ft舉樣也洌I O17 +LMJJ724 V4J圖3 周羊片機制作的直渡穩壓可調電源正、負端壓差控制電路的作用是減少 LM317

5、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

6、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U3

7、2為一 穩定的基準電壓(1.25 V)，故有：% = %。+= 1.25(1 +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。as 4 輸出屯壓可調的直流務壓電源電珞原理圖(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

8、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 0V開始增大。由于負載電流流過 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。0 5輸出電壓調節斥理（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

9、位（即U2）升高，使U3升高個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0 24 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&#

10、39;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。unTVTAHJTX日RIS 6 電壓謂整部分電略圖（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1A時輸出電壓調整范圍如表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。電網電壓波動±10%（負載電流1 A）情況 下輸出電壓如表3所示。=«1 出電i/a0 -; iv 1輸曲宅壓/V0* 005. QO 10.0015.0020.00 25.00ft 2特性0載電迫/A0.20.30.40.50.6出電民/V24.0023. 9824.0121.0023.99«軌電汛/A0.70.80.9L.0由電壓/V2<0024M1V24. 00