基于可調直流穩壓的實用雙通道電源設計

劉奕文

摘要：本文提供了一種可調直流穩壓的實用雙通道電源設計方案，該設計方案包括變壓、整流、濾波、穩壓四個模塊電路，以LM317T、LM337T電源芯片、橋式整流、二極管濾波為核心，以電感、電阻、電容為輔助元器件，可實現市電在5～18伏特范圍內連續可調，最大輸出電流達到1安培，并提供了Multisim仿真驗證和實驗實物參數驗證結果。

關鍵詞：可調直流電源 雙通道 LM317T芯片 LM337T芯片

電源性能影響著電路、電子儀器、設備的使用壽命和使用性能。在直流電機的應用場合中，就需要為電機驅動電路提供一個輸出范圍在5～15伏特的連續可調的直流穩壓電源。也就是說，直流電源必須具有足夠的調壓范圍和承帶負載的能力。

筆者結合晶體管串聯式可調直流穩壓、三端集成穩壓器式可調直流穩壓及單片機制作的可調直流穩壓電源電路三種設計方案的優點和缺點，設計了一種可調直流穩壓電源，它也是單相小功率電源。這種設計的關鍵是穩壓電路，其所選器件和電路可在較寬范圍內實現輸出電壓可調，且穩定性較高，設計簡單可靠，能夠保證足夠的電流輸出。

設計的可調直流穩壓的實用雙通道電源電路方法如下：

一、直流升壓電路設計

實現直流升壓的方法，原理基于脈寬調制和脈沖調制，從基本的升壓電路到很多升壓模塊或升壓芯片，有很多方案，可以充分滿足人們的需要。從減少元器件種類的角度來考慮，筆者優先考慮的是只需要電容的原理為脈沖調制或者電荷泵型的模塊或芯片。本設計采用芯片CH1080系列，可在0.8伏特的低電壓下啟動，滿足當前需要。

二、整流電路設計

整流電路是把正弦波電壓轉換為單一方向的脈動信號，常用的整流電路有單相半波整流電路與單相橋式整流電路兩種。因單相半波整流電路具有輸出電壓低、交流分量低、效率低的缺點，所以筆者采用單相橋式整流電路（如圖1所示）。

三、濾波電路設計

經單相橋式整流后輸出直流電壓，但由于電壓波動較大，不能作為電源使用，所以需要進一步濾波，將其中的交流成分過濾掉。因此，本設計采用了LC濾波電路。

整流濾波電路中采用了電容、電感和RC等濾波電路。電容濾波就是利用電容的充放電所產生的反電動勢阻礙電流變化，電容越大，濾波效果越好；電感濾波是利用電感對脈動電流產生反電動勢，以阻礙電流變化，電感越大，濾波效果越好；RC濾波電路是電阻和電容連接運用的濾波電路。電容、電感濾波電路濾波效果好，輸出的電壓比較穩定，而且電壓幅值升高。

目前，常用整流濾波電容有鋁電解、鉭電解、滌綸、獨石電容等種類。當整流輸出電流較大時，多采用電解電容濾波穩壓；輸出電流較小時，采用電容或電解電容濾波。如果對直流輸出電壓有紋波系數要求，或者為了防止高頻噪音，則可采用電解電容和小容量無極性電容并聯使用。

四、穩壓電路的設計

濾波電路把正弦交流電壓轉換為直流電壓時，由于輸入的是電網電壓，其產生的波動使輸出電壓隨之波動，并且使負載和內阻電壓產生變化，進而輸出電壓的平均值也相應發生變化。

對于穩壓的方法，我們既可以用穩壓管、三極管、并聯晶體管等常見的器件作調整管，又可用芯片來調節。鑒于常見器件本身輸出的電壓有限，僅使用穩壓管等器件不太合適，故采用穩壓精度高、工作可靠的芯片LM317系列三端集成穩壓器，因為它輸出電壓調節范圍是1.25～37伏特，輸出電流能達到1.5安培，并且內部還有過載保護電路。

五、降壓電路設計

在獲得穩定的高電壓后，我們只需將電壓降低至所需輸出電壓即可。最直接的方法是使用電位器和電阻進行分壓輸出。

六、輸出電壓可讀電路設計

輸出電壓值可讀的方案大致有指針表頭、單片機和數顯管組合、液晶數顯三種。其中，直接接在輸出端的指針表頭使用方法簡單，但精確度低；由于常用的單片機工作電壓都比較高，所以單片機和數顯管結合的方法也不適用，而且數顯管本身發光功率消耗較大。因此，采取液晶數顯最為理想，其需要的電壓低，且功率小，電壓信號模轉數后初步方案可以使用FPGA（現場可編程門陣列）進行處理。

七、最后成果——仿真電路

可調直流穩壓的實用雙通道電源設計基于直流穩壓電源的結構與工作原理，完成了對直流穩壓電源電路的設計，實現了電壓穩定輸出的目的，設計中電路各個模塊完成的功能相輔相成，方法靈活可變，具有很強的通用性與實用性。經測試，穩壓電源的輸出電壓穩定性較好，簡單實用，并且成本低廉（大約兩百元左右），推廣價值較高（如圖2所示）。

本品的輸出電壓在5～15伏特之間，具有一定的限制，我們可以對其進行進一步完善，產出可輸出不同電壓段的產品，以便適用于工業生產與日常生活的不同需求。

參考文獻：

[1]康華光，陳大欽.電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，1998.

[2]曲學基，王增益，曲敬鎧.穩定電源電路設計[M].北京：電子工業出版社，2003.

（作者系河北省邢臺市第一中學學生）endprint