0-24V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)方法

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(shè)備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負(fù)載的電路和設(shè)備(如電機(jī))中，對電源的性能要求更高。在很多應(yīng)用直流電機(jī)的場合中，要求為電機(jī)驅(qū)動電路提供1個(gè)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(hù)功能。實(shí)際上就是要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)，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(dá)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(fù)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。

電路的設(shè)計(jì)

符合上述要求的電源電路的設(shè)計(jì)方法有很多種，比較簡單的有3種：

(1)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(zhǔn)電壓進(jìn)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(jìn)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)。因輸出電壓要求從0 V起實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計(jì)輔助電源，用于控制輸出電壓能夠從0 V開始調(diào)節(jié)。

(2)電壓補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)。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(jì)一個(gè)電壓補(bǔ)償電路，抵消LM317的1.25 V最小輸出電壓。電壓補(bǔ)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(bǔ)償電壓，其值略大于LM317的基準(zhǔn)電壓(1.25 V)。這里用3只串聯(lián)的鍺材料整流二極管的導(dǎo)通壓降來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)調(diào)節(jié)R2少，使U3達(dá)到與UD相等時(shí)，輸出電壓即為0 V。之后，當(dāng)調(diào)節(jié)R2逐漸增大時(shí)，UO即由0 V開始增大。由于負(fù)載電流流過D，故D的最大工作電流應(yīng)能適應(yīng)負(fù)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(shè)計(jì)。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(gè)緩慢的上升過程，以適應(yīng)感性負(fù)載(如直流電機(jī))的啟動特性。當(dāng)輸入電壓UI接入時(shí)，因C上的電壓不能突變，故T因基極電位較高而飽和導(dǎo)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(wěn)定電壓)，所以UO也升高。當(dāng)C充滿電時(shí)，T被截止，啟動電路失去作用，UO也達(dá)到設(shè)定值。啟動的時(shí)間可以通過改變C和R的值進(jìn)行調(diào)整。

(4)改進(jìn)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(zhǔn)確地實(shí)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(fù)調(diào)整，只依賴R2是比較困難的，如果將電位器R2用一個(gè)電位器R2'和電阻R檔串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，通過一個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)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(nèi)通過改變電位器R2'的阻值得到所需要的準(zhǔn)確的直流電壓輸出。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(jìn)行測試的結(jié)果為：電路在負(fù)載為1 A時(shí)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(fù)載特性如表2所示。電網(wǎng)電壓波動±10％(負(fù)載電流1 A)情況下輸出電壓如表3所示。

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(bǔ)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(fù)載的啟動特性。電路的結(jié)構(gòu)簡單、功能完善、可靠性高。