新穎的教學(xué)用穩壓電源的設計

1 引言

　　在職業(yè)教學(xué)的電子線(xiàn)路實(shí)驗中，大功率的直流穩壓電源是實(shí)驗系統的能量保證。而經(jīng)典的DH1729穩壓電源采用分立元件組成。電路復雜；FY13003-3D型穩壓電源采用分立元件與集成比較器結合，電路更復雜，故障率高；簡(jiǎn)易型WD-5穩壓電源采用三端穩壓集成電路，但性能低，適應范圍窄；而新穎的數字化穩壓電源成本高。這里基于LT3080低功耗集成穩壓電路的特性，使用TL431做比較器，簡(jiǎn)化電路設計，提高電源效率和工作可靠性．使整個(gè)穩壓電源結構簡(jiǎn)單，易于調試，方便維修。

　　2 教學(xué)用穩壓電源的設計要求

　　教學(xué)用穩壓電源應具備通用型穩壓電源的各種技術(shù)參數：電壓穩定度為(△UO／UO)×100％；穩壓系數K=△UO／△Uil；負載調整率為△IO／(△UO／UO)；紋波系數γ=(Ums／UO)×100％；輸出內阻RO=∣△UO／△IL∣。

　　教學(xué)用穩壓電源還必須具備以下功能性要求：輸出電壓的可調性最好在技術(shù)要求范圍內；輸出電流的限流保護，或具有可調電流源，確保試驗中出現短路或過(guò)載故障后電源及實(shí)驗電路不損壞；安全的功耗限制，保障電源的可靠運行；綠色化設計提高電源效率；維修調試簡(jiǎn)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?xún)r(jià)比高，有利于技術(shù)革新和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

　　3 LDO低功耗穩壓集成電路

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

　　圖2是LT3080低功耗集成穩壓電路的電流源典型應用電路。在輸出端接電流檢測電阻R1將電流轉換成電壓，并通過(guò)輸出電流調節電位器使反饋信號至SET端，實(shí)現輸出電流在0～1 A之間可調。

　　LS3080是1.1 A低壓差線(xiàn)性穩壓器，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，可從零起調的電源中，無(wú)需散熱片。

　　LT3080利用流經(jīng)單個(gè)電阻的基準電流，可使輸出電壓在0～36 V之間可調。當輸出電容為2.2μ時(shí)，LT3080實(shí)現穩定，無(wú)需額外的ESR陶瓷電容；內部具有電流限制和熱限制。

　　LT3080結構輸出電壓根據恒流源在電阻Rp上的電壓變化進(jìn)行調節。所以輸出電壓UO=RSET×10μA，無(wú)需負電源支持就能夠使其從0 V起調，并且LT3080具有極低的壓降，能使△U在300 mV內。保證輸出電壓的穩定系數不小于0.001％，可根據輸出電流并聯(lián)多只LT3080而無(wú)需均流電阻。LT3080只需采用很小的取樣反饋電阻就能夠實(shí)現電流源，性能十分優(yōu)良IOUT=1 V／R1，并可通過(guò)改變RP1調節IOUT。

　　4 教學(xué)用穩壓系統設計

　　4.1 利用TL431的比較特性實(shí)現輸入電壓三段式自動(dòng)調節

　　TL431是可變分流的穩壓集成電路，由高精度的基準電壓源和高速比較器組成，適用范圍廣。該系統設計巧妙采用TL431的比較特性實(shí)現電壓的自動(dòng)切換。由TL431的等效電路(圖3)可知，當Uref>2.5 V時(shí)，輸出三極管導通，UO=2 V；當Uref＜2.5 V時(shí)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的驅動(dòng)能力，可直接驅動(dòng)繼電器。所以使得整個(gè)輸入電壓切換跟隨輸出電壓變化，三段式自動(dòng)轉換調節電路簡(jiǎn)單。

　　4.2 基于LT3080和TL431組合的教學(xué)用穩壓電源系統

　　采用LT3080和TL431組合設計的0～30 V，0～2 A的教學(xué)用穩壓電源系統，如圖5所示。輸入市電220 V，交流電壓經(jīng)變壓器T變換輸出10 V、20 V、30 V。變壓器容量100 VA。通過(guò)繼電器J1、J2實(shí)現自動(dòng)切換，以適應不同的輸出電壓需要。當輸出電壓在0～10 V之間時(shí)。J1、J2都不吸合，輸入電壓UI=10 V。經(jīng)VD1～VD4整流后輸出12 V的電壓，通過(guò)LT3080做電流源輸出IO，R1控制輸出電流IO=1 V／R1=2 A，輸出后經(jīng)LT3080穩壓輸出UO，RPV控制UO=RPV×20μA，電路簡(jiǎn)單。根據輸出電流的大小可并聯(lián)多只LT3080。

由于調節電位器RPl和RPV阻值都比較大，因此應選用線(xiàn)性精密電位器。在調節輸出電壓UO時(shí)，當UO小于10 V時(shí)，J1，J2均不吸合，輸入接交流10 V端，當輸出電壓超過(guò)10V時(shí)，調節RP1使VA＞2.5 V，IIC5導通，J1吸合，輸入電壓可切換至20 V，當輸出電壓超過(guò)20 V時(shí)，調節RP2使UB>2.5 V，IIC6導通J2吸合，輸入電壓切換至30 V，從而實(shí)現輸入跟蹤式三段電壓自動(dòng)調節電路，降低了輸入輸出間電壓，減少穩壓集成電路功耗，提高電源的利用率。

將每只LT3080上的功耗限制在12 W以下，保證其工作的可靠性，由于LT3080的LDO特性，設計時(shí)可使△U盡可能的小。采用多抽頭變壓器，增加圖4所示的調節電路，以提高電源效率。

　　5 結論

　　該設計兼顧通用性，設計輸出電壓為0～30V如果針對職業(yè)教學(xué)使用的需要，變壓器的輸出設計為6V，13V，25V更能充分利用LT3080穩壓集成電路LDO的優(yōu)良特性，因為常用的實(shí)驗電壓為5V、12V、24V。用TL431的開(kāi)關(guān)功能實(shí)現輸入電壓的自動(dòng)切換時(shí)只需微調RP1，RP2即可 (但是輸出電壓的最大值只有25V)。輸出還可采用加減并聯(lián)組合形式來(lái)滿(mǎn)足不同輸出電壓和電流的需要，使整個(gè)電源設計簡(jiǎn)單，進(jìn)而提高教學(xué)用穩壓電源的可靠性、可調性、易修改性。