一種雙路輸出的穩(wěn)壓穩(wěn)流電源

??? 摘要：采用新型單片式開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器LM2576代替常用的線性三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)了一種雙路輸出的穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，它具有連續(xù)可調(diào)，電路新穎，效率高和實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；雙路輸出；穩(wěn)壓/穩(wěn)流 1引言
市售的可調(diào)式穩(wěn)壓電源大多為線性電源，其工作流程框圖如圖1所示。

220V50Hz的市電經(jīng)電源變壓器隔離降壓、橋式整流和電容濾波后，變成低壓直流電壓，再經(jīng)線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓和調(diào)壓，最后輸出穩(wěn)定的直流電壓。在線性電源中，穩(wěn)壓電路是重要的組成部分。早期的穩(wěn)壓器是由晶體管等分立器件組成的。當(dāng)三端集成穩(wěn)壓器誕生后，以其電路簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良而獲得了廣泛的應(yīng)用。線性電源是一種應(yīng)用較早，電路成熟的穩(wěn)壓電源。它的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，元器件數(shù)目較少、性能可靠、紋波小，瞬態(tài)特性好；其缺點(diǎn)則是效率低，損耗大，體積和重量都難以降低。影響體積和重量的主要因素一是采用了工頻電源變壓器；二是穩(wěn)壓器件需要表面積足夠大的散熱器。效率低的主要原因是應(yīng)用了線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器是通過(guò)調(diào)節(jié)功率穩(wěn)壓器件的通態(tài)壓降來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和調(diào)壓的。功率調(diào)整管始終工作在放大區(qū)，其輸出是連續(xù)的、線性的，功耗大，效率低，特別是在輸出低電壓大電流時(shí)，調(diào)整管上的壓降占了Ud很大的比例，使電源的效率更低。為了減少調(diào)整管上的壓降，一些穩(wěn)壓電源在變壓器次級(jí)設(shè)置了多個(gè)抽頭，在輸出不同電壓時(shí)，整流電路接在不同的抽頭上，提高了電源的效率，這樣做的缺點(diǎn)是增加電源的制作難度，也使操作比較麻煩。
提高電源效率的最有效方法，是采用開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源是采用高頻變換原理，通過(guò)改變功率輸出管上的脈寬或脈頻，來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓和調(diào)壓的。功率管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功耗低壓降小，電源的效率是很高的。開(kāi)關(guān)電源有多種拓?fù)湫褪?，其中無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源最具吸引力，它不僅有高的效率，體積和重量也很小，但這種電源只適合于輸出電壓固定或變化范圍不大的場(chǎng)合，而不適合要求輸出電壓幅度變化很大或連續(xù)可調(diào)的場(chǎng)合。本文采用的是串聯(lián)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，也稱(chēng)Buck變換器。它仍然采用了工頻變壓器進(jìn)行隔離和降壓，只是用降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓IC代替了線性穩(wěn)壓器，在電路中只需增加續(xù)流二極管和儲(chǔ)能電感器等幾只元器件，電路并沒(méi)有明顯復(fù)雜化，成本增加很少，而電源的效率卻得到了大幅度提高。功率器件發(fā)熱量很小，可以采用表面積不大的散熱器，在負(fù)載較輕的情況下，不用散熱器也能正常工作。這樣便使整機(jī)的重量和體積有所減少。
2LM2576—ADJ簡(jiǎn)介
串聯(lián)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器由振蕩器、取樣放大器、比較器、PWM調(diào)制器、功率開(kāi)關(guān)等幾部分組成。穩(wěn)壓器已實(shí)現(xiàn)了集成化，使外圍電路大大簡(jiǎn)化，與常見(jiàn)的三端集成穩(wěn)壓器相比，并不復(fù)雜多少。市售的串聯(lián)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC種類(lèi)很多，早期的如L4960、L4962、L296等型號(hào)，管腳數(shù)目較多，外圍電路較復(fù)雜。美國(guó)NS公司推出的LM2576—ADJ，為單片降壓式開(kāi)關(guān)電壓調(diào)整器，它采用TO?220封裝，只有5只管腳，外形和一只塑封晶體管差不多，它是同類(lèi)產(chǎn)品中最簡(jiǎn)單的一種。LM2576—ADJ的引腳排列及功能框圖如圖2、圖3所示。
LM2576—ADJ是輸出電壓可調(diào)型的，其技術(shù)參數(shù)如下：
——輸入電壓3.5～40V；
——輸出電壓1.23～37V；
——輸出電流3A；
——只需四個(gè)外部元器件；
——內(nèi)部振蕩器固定頻率52kHz；
——高效；
——TTL關(guān)閉能力，低功率備用狀態(tài)；
——具有熱關(guān)閉和限流保護(hù)功能；
——可采用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)電感器；
——P＋經(jīng)過(guò)產(chǎn)品增強(qiáng)試驗(yàn)。

由此可見(jiàn)，LM2576—ADJ不僅電路簡(jiǎn)單，性能也十分優(yōu)越，是目前最優(yōu)秀的降壓式開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器之一。筆者采用該集成塊設(shè)計(jì)制作了一款雙路輸出的穩(wěn)壓穩(wěn)流電路，兼有電壓和電流兩種輸出，寬范圍連續(xù)可調(diào)，電壓輸出為1.23～30V，電流輸出25mA～1A，完全能滿(mǎn)足大多數(shù)電路實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和檢修的需要。
3電路工作原理
本機(jī)的電路圖如圖4所示。圖中上下二電路參數(shù)完全相同，工作原理亦相同，故只對(duì)上電路作一介紹。

交流市電經(jīng)電源變壓器T1降壓，變壓器次級(jí)有兩個(gè)完全相同的繞組，每個(gè)繞組各有高壓和低壓兩個(gè)抽頭，高壓抽頭為33V，低壓抽頭為13V，抽頭的轉(zhuǎn)換由繼電器自動(dòng)完成。次級(jí)交流電壓經(jīng)橋式整流和電容濾波后，加到LM2576組成的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器上。穩(wěn)壓器的第4腳為控制端，它接在由電位器RP1和電阻R5組成的分壓電路上，改變RP1的阻值即改變分壓比，就能調(diào)節(jié)其輸出電壓。Uo=UREF(1＋RP1/R5)，UREF是穩(wěn)壓器取樣電路的基準(zhǔn)電壓，為1?23V，若RP1=30kΩ，R5=1.1kΩ，則Uo=1.23～33V。TL431與電阻R7、R8、繼電器K1組成高低壓抽頭轉(zhuǎn)換電路。TL431為精密可調(diào)式并聯(lián)穩(wěn)壓器，其控制電壓為2?5V。當(dāng)輸出電壓小于10V時(shí)，R7與R8的分壓電壓小于2.5V，TL431不導(dǎo)通，繼電器K1不動(dòng)作，整流橋接在低壓抽頭上。反之，當(dāng)輸出電壓高于10V時(shí)，分壓值大于2.5V，TL431導(dǎo)通，繼電器K1動(dòng)作，整流橋接在高壓抽頭上，輸入電壓為33V。本文采用的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其效率與輸入電壓高低無(wú)關(guān)。T1之所以采用抽頭，是因?yàn)樵谳敵鲭妷狠^低時(shí)，它的輸出脈寬會(huì)很窄，占空比很小，這將增加輸出電壓的紋波系數(shù)，給濾波電路提出更高的要求。采用高低壓輸入方式，對(duì)提高低壓輸出時(shí)的脈寬、占空比是有利的。高低壓抽頭自動(dòng)轉(zhuǎn)換，操作便利。
本機(jī)具有恒流輸出功能。當(dāng)波段開(kāi)關(guān)SA2轉(zhuǎn)到電流檔時(shí)，LM2576—ADJ的控制端與RP1和R5分壓電路斷開(kāi)，轉(zhuǎn)接到由負(fù)載電阻RL和電流取樣電阻R6和RP2組成分壓電路上。Io=UREF/(R6＋RP2)，調(diào)節(jié)RP2的阻值，就能改變輸出電流。當(dāng)UREF=1.23V，R6=1.2Ω，RP2=51Ω時(shí)，Io=25mA～1A。
為便于使用，電路加有儀表P1以顯示其輸出電壓與電流的大小，由2×2開(kāi)關(guān)管理。P1為雙刻度，分別顯示輸出電壓與電流。P1采用型號(hào)為85C1，靈敏度為1mA的DC電流表。當(dāng)開(kāi)關(guān)SB1位于上端時(shí)，電阻R9與P1并聯(lián)，R9起分流作用，然后串聯(lián)到輸出電路中。R9的數(shù)值與P1內(nèi)阻Ri有關(guān)，若輸出電流為3A，P1靈敏度1mA，則R9=Ri/3000，數(shù)值很少，可用鎳鉻絲制作。當(dāng)SB1處于下端時(shí)，電阻R10與P1串聯(lián)，P1顯示的是輸出電壓值。HL1為變色發(fā)光管，當(dāng)輸出電壓時(shí)，發(fā)紅光；當(dāng)輸出電流時(shí)，發(fā)綠光。
4結(jié)語(yǔ)
本電源電路簡(jiǎn)單，功能齊全，使用范圍較廣，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本機(jī)電路與一般市售線性電源很相近，元器件大多可通用，故本電路也可用于線性電源的改造。
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