教學用穩(wěn)壓電源的設(shè)計方法

1 引言

在職業(yè)教學的電子線路實驗中，大功率的直流穩(wěn)壓電源是實驗系統(tǒng)的能量保證。而經(jīng)典的DH1729穩(wěn)壓電源采用分立元件組成。電路復雜;FY13003-3D型穩(wěn)壓電源采用分立元件與集成比較器結(jié)合，電路更復雜，故障率高;簡易型WD-5穩(wěn)壓電源采用三端穩(wěn)壓集成電路，但性能低，適應(yīng)范圍窄;而新穎的數(shù)字化穩(wěn)壓電源成本高。這里基于LT3080低功耗集成穩(wěn)壓電路的特性，使用TL431做比較器，簡化電路設(shè)計，提高電源效率和工作可靠性.使整個穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)試，方便維修。

2 教學用穩(wěn)壓電源的設(shè)計要求

教學用穩(wěn)壓電源應(yīng)具備通用型穩(wěn)壓電源的各種技術(shù)參數(shù)：電壓穩(wěn)定度為(△UO/UO)×100%;穩(wěn)壓系數(shù)K=△UO/△Uil;負載調(diào)整率為△IO/(△UO/UO);紋波系數(shù)γ=(Ums/UO)×100%;輸出內(nèi)阻RO=O△UO/△ILO。

教學用穩(wěn)壓電源還必須具備以下功能性要求：輸出電壓的可調(diào)性最好在技術(shù)要求范圍內(nèi);輸出電流的限流保護，或具有可調(diào)電流源，確保試驗中出現(xiàn)短路或過載故障后電源及實驗電路不損壞;安全的功耗限制，保障電源的可靠運行;綠色化設(shè)計提高電源效率;維修調(diào)試簡單，降低成本，具備可自由加減功能，能夠任意選擇電源容量，方便教師自由擴展;電源性價比高，有利于技術(shù)革新和新產(chǎn)品開發(fā)。

3 LDO低功耗穩(wěn)壓集成電路

圖1是LT3080型低功耗集成穩(wěn)壓電路的典型應(yīng)用電路。VIN為直流輸入電壓(1.2～36 V)，調(diào)節(jié)RSET能夠在0～35 V之間改變輸出電壓。

圖2是LT3080低功耗集成穩(wěn)壓電路的電流源典型應(yīng)用電路。在輸出端接電流檢測電阻R1將電流轉(zhuǎn)換成電壓，并通過輸出電流調(diào)節(jié)電位器使反饋信號至SET端，實現(xiàn)輸出電流在0～1 A之間可調(diào)。

LS3080是1.1 A低壓差線性穩(wěn)壓器，可直接并聯(lián)以增加輸出電流或安裝在表面貼裝型電路板上以散熱。LT3080是一款精密電源和電壓跟隨器，因而可用在那些需大電流，可從零起調(diào)的電源中，無需散熱片。

LT3080利用流經(jīng)單個電阻的基準電流，可使輸出電壓在0～36 V之間可調(diào)。當輸出電容為2.2μ時，LT3080實現(xiàn)穩(wěn)定，無需額外的ESR陶瓷電容;內(nèi)部具有電流限制和熱限制。

LT3080結(jié)構(gòu)輸出電壓根據(jù)恒流源在電阻Rp上的電壓變化進行調(diào)節(jié)。所以輸出電壓UO=RSET×10μA，無需負電源支持就能夠使其從0 V起調(diào)，并且LT3080具有極低的壓降，能使△U在300 mV內(nèi)。保證輸出電壓的穩(wěn)定系數(shù)不小于0.001%，可根據(jù)輸出電流并聯(lián)多只LT3080而無需均流電阻。LT3080只需采用很小的取樣反饋電阻就能夠?qū)崿F(xiàn)電流源，性能十分優(yōu)良IOUT=1 V/R1，并可通過改變RP1調(diào)節(jié)IOUT。

4 教學用穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計

4.1 利用TL431的比較特性實現(xiàn)輸入電壓三段式自動調(diào)節(jié)

TL431是可變分流的穩(wěn)壓集成電路，由高精度的基準電壓源和高速比較器組成，適用范圍廣。該系統(tǒng)設(shè)計巧妙采用TL431的比較特性實現(xiàn)電壓的自動切換。由TL431的等效電路(圖3)可知，當Uref>2.5 V時，輸出三極管導通，UO=2 V;當Uref2.5 V時輸出三極管截止，故利用其比較特性組成輸入電壓切換電路，如圖4所示。TIA31采用TO-92封裝，并具有100 mA的驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動繼電器。所以使得整個輸入電壓切換跟隨輸出電壓變化，三段式自動轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)電路簡單。