直流穩(wěn)壓電路設計

直流穩(wěn)壓電路設計在許多應用直流電機的場合中，要求為電機驅(qū)動電路供應1個其輸出能從0V開頭連續(xù)可調(diào)（0～24V）的直流電源，并且要求電源有愛護功能。實際上就是要求設計一個具有足夠調(diào)壓范圍和帶負載力量的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設計關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設計，其要求是輸出電壓從0V開頭連續(xù)可調(diào)；所選器件和電路必需達到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應能夠適應所帶負載的啟動性能。1.電路的設計

符合上述要求的電源電路的設計方法有許多種，比較簡潔的有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)壓電源電路很簡潔，但增加幫助電源后，電路比較簡單，由于都采納分立元件，電路的牢靠性難以保證。

（2）采納三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2所示，他采納輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載愛護的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬，設計一電壓補償電路可實現(xiàn)輸出電壓從0V起連續(xù)可調(diào)。

（3）用單片機制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采納可控硅作為第一級調(diào)壓元件，用穩(wěn)壓電源芯片LM317，LM337作為其次級調(diào)壓元件，通過AT89CS51單片機掌握繼電器轉(zhuǎn)變電阻網(wǎng)絡的阻值，從而轉(zhuǎn)變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，并加上軟啟動電路，獲得0～24V，0.1V步長，驅(qū)動力量可達1A，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、壓差掌握電路、穩(wěn)壓及輸出電壓掌握電路、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、負端壓差掌握電路的作用是削減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，輸出電壓掌握電路采納繼電器掌握的電阻網(wǎng)絡。

該電源穩(wěn)定性好、精度高，并且能夠輸出±24V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，但是電路比較簡單，成本較高，使用于要求較高的場合。在實際中，假如對電路的要求不太高（這種狀況較多），多采納其次種設計方案。

2.實際電路的設計

電路采納三端集成穩(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。

（1）三端集成穩(wěn)壓器LM317及其調(diào)壓原理。圖4中IC采納了LM317系列三端集成穩(wěn)壓器，其輸出電壓調(diào)整范圍可達1.25～37V，輸出電流可達1.5A，內(nèi)部帶有過載愛護電路，具有穩(wěn)壓精度高、工作牢靠等特點。其輸出電壓的調(diào)整原理如圖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（1.25V），故有：

其中，R1為固定電阻，故調(diào)整R2可以調(diào)整輸出電壓UO，并且UO的最小值為1.25V。

(2)電壓補償電路的設計。因要求輸出電壓從0V起調(diào)，LM317集成穩(wěn)壓器不能直接滿意要求，需設計一個電壓補償電路，抵消LM317的1.25V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(1.25V)。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。啟動的時間可以通過轉(zhuǎn)變C和R的值進行調(diào)整。

（4）改進方案。由于該電路的輸出電壓的調(diào)整完全依靠電電位器R2的轉(zhuǎn)變，因此R2的轉(zhuǎn)變范圍較大，這樣在輸出電壓的調(diào)整過程中，簡單調(diào)過頭或調(diào)不足，要精確?????地實現(xiàn)0～24V寬范圍的電壓任一電壓有些調(diào)整比較麻煩，必需反復調(diào)整，只依靠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1A時輸出電壓調(diào)整范圍如表1所示；在輸出電壓為額定值（24V）下的負載特性如表2所示。電網(wǎng)電壓波動±10％（負載電流1A）狀況下輸出電壓如表3所示。