基于可調(diào)直流穩(wěn)壓的實用雙通道電源設(shè)計

劉奕文

摘要：本文提供了一種可調(diào)直流穩(wěn)壓的實用雙通道電源設(shè)計方案，該設(shè)計方案包括變壓、整流、濾波、穩(wěn)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(xiàn)市電在5～18伏特范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流達(dá)到1安培，并提供了Multisim仿真驗證和實驗實物參數(shù)驗證結(jié)果。

關(guān)鍵詞：可調(diào)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(shè)備的使用壽命和使用性能。在直流電機的應(yīng)用場合中，就需要為電機驅(qū)動電路提供一個輸出范圍在5～15伏特的連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。也就是說，直流電源必須具有足夠的調(diào)壓范圍和承帶負(fù)載的能力。

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

設(shè)計的可調(diào)直流穩(wěn)壓的實用雙通道電源電路方法如下：

一、直流升壓電路設(shè)計

實現(xiàn)直流升壓的方法，原理基于脈寬調(diào)制和脈沖調(diào)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(yōu)先考慮的是只需要電容的原理為脈沖調(diào)制或者電荷泵型的模塊或芯片。本設(shè)計采用芯片CH1080系列，可在0.8伏特的低電壓下啟動，滿足當(dāng)前需要。

二、整流電路設(shè)計

整流電路是把正弦波電壓轉(zhuǎn)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(shè)計

經(jīng)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(jìn)一步濾波，將其中的交流成分過濾掉。因此，本設(shè)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(chǎn)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(chǎn)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(wěn)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(dāng)整流輸出電流較大時，多采用電解電容濾波穩(wěn)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(shù)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(lián)使用。

四、穩(wěn)壓電路的設(shè)計

濾波電路把正弦交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓時，由于輸入的是電網(wǎng)電壓，其產(chǎn)生的波動使輸出電壓隨之波動，并且使負(fù)載和內(nèi)阻電壓產(chǎn)生變化，進(jìn)而輸出電壓的平均值也相應(yīng)發(fā)生變化。

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

五、降壓電路設(shè)計

在獲得穩(wěn)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(jìn)行分壓輸出。

六、輸出電壓可讀電路設(shè)計

輸出電壓值可讀的方案大致有指針表頭、單片機和數(shù)顯管組合、液晶數(shù)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(shù)顯管結(jié)合的方法也不適用，而且數(shù)顯管本身發(fā)光功率消耗較大。因此，采取液晶數(shù)顯最為理想，其需要的電壓低，且功率小，電壓信號模轉(zhuǎn)數(shù)后初步方案可以使用FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）進(jìn)行處理。

七、最后成果——仿真電路

可調(diào)直流穩(wěn)壓的實用雙通道電源設(shè)計基于直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)與工作原理，完成了對直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計，實現(xiàn)了電壓穩(wěn)定輸出的目的，設(shè)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(jīng)測試，穩(wěn)壓電源的輸出電壓穩(wěn)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(jìn)行進(jìn)一步完善，產(chǎn)出可輸出不同電壓段的產(chǎn)品，以便適用于工業(yè)生產(chǎn)與日常生活的不同需求。

參考文獻(xiàn)：

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（作者系河北省邢臺市第一中學(xué)學(xué)生）endprint