0-24V可調直流穩壓電源電路的設計方法

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(chǎng)合中，要求為電機驅動(dòng)電路提供1個(gè)其輸出能從0 V開(kāi)始連續可調(0～24 V)的直流電源，并且要求電源有保護功能。實(shí)際上就是要求設計一個(gè)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(guān)鍵在于穩壓電路的設計，其要求是輸出電壓從0 V開(kāi)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(dòng)性能。此外，電路還必須簡(jiǎn)單可靠，能夠輸出足夠大的電流。

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(jiǎn)單的有3種：

(1)晶體管串聯(lián)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(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓，取樣電壓與基準電壓進(jìn)行比較得到誤差電壓，該誤差電壓對調整管的工作狀態(tài)進(jìn)行調整，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(穩壓值)。因輸出電壓要求從0 V起實(shí)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0 V開(kāi)始調節。

(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(mǎn)足要求，需設計一個(gè)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L(cháng)M317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(lián)的鍺材料整流二極管的導通壓降來(lái)實(shí)現。當調節R2少，使U3達到與UD相等時(shí)，輸出電壓即為0 V。之后，當調節R2逐漸增大時(shí)，UO即由0 V開(kāi)始增大。由于負載電流流過(guò)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。

(3)軟啟動(dòng)電路設計。軟啟動(dòng)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(guò)程，以適應感性負載(如直流電機)的啟動(dòng)特性。當輸入電壓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通，使U2(LM317的2腳電位)和U3都很低，故UO很小，隨著(zhù)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為一穩定電壓)，所以UO也升高。當C充滿(mǎn)電時(shí)，T被截止，啟動(dòng)電路失去作用，UO也達到設定值。啟動(dòng)的時(shí)間可以通過(guò)改變C和R的值進(jìn)行調整。

(4)改進(jìn)方案。由于該電路的輸出電壓的調整完全依賴(lài)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(guò)程中，容易調過(guò)頭或調不足，要準確地實(shí)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(lài)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，通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)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(guò)改變電位器R2'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。

(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(jìn)行測試的結果為：電路在負載為1 A時(shí)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(wǎng)電壓波動(dòng)±10％(負載電流1 A)情況下輸出電壓如表3所示。

結 語(yǔ)

該穩壓電路應用三端集成穩壓電器，并加入補償電壓的方法解決LM317系列輸出電壓不能從0 V開(kāi)始起調的問(wèn)題。軟啟動(dòng)電路的引入適應負載的啟動(dòng)特性。電路的結構簡(jiǎn)單、功能完善、可靠性高。