教学用稳压电源的设计

2011-04-12 09:33:36来源: 互联网
1 引言

  在职业教学的电子线路实验中,大功率的直流稳压电源是实验系统的能量保证。而经典的DH1729稳压电源采用分立元件组成。电路复杂;FY13003-3D型稳压电源采用分立元件与集成比较器结合,电路更复杂,故障率高;简易型WD-5稳压电源采用三端稳压集成电路,但性能低,适应范围窄;而新颖的数字化稳压电源成本高。这里基于LT3080低功耗集成稳压电路的特性,使用TL431做比较器,简化电路设计,提高电源效率和工作可靠性.使整个稳压电源结构简单,易于调试,方便维修。

  2 教学用稳压电源的设计要求

  教学用稳压电源应具备通用型稳压电源的各种技术参数:电压稳定度为(△UO/UO)×100%;稳压系数K=△UO/△Uil;负载调整率为△IO/(△UO/UO);纹波系数γ=(Ums/UO)×100%;输出内阻RO=∣△UO/△IL∣。

  教学用稳压电源还必须具备以下功能性要求:输出电压的可调性最好在技术要求范围内;输出电流的限流保护,或具有可调电流源,确保试验中出现短路或过载故障后电源及实验电路不损坏;安全的功耗限制,保障电源的可靠运行;绿色化设计提高电源效率;维修调试简单,降低成本,具备可自由加减功能,能够任意选择电源容量,方便教师自由扩展;电源性价比高,有利于技术革新和新产品开发。

  3 LDO低功耗稳压集成电路

  图1是LT3080型低功耗集成稳压电路的典型应用电路。VIN为直流输入电压(1.2~36 V),调节RSET能够在0~35 V之间改变输出电压。

 

  图2是LT3080低功耗集成稳压电路的电流源典型应用电路。在输出端接电流检测电阻R1将电流转换成电压,并通过输出电流调节电位器使反馈信号至SET端,实现输出电流在0~1 A之间可调。

  LS3080是1.1 A低压差线性稳压器,可直接并联以增加输出电流或安装在表面贴装型电路板上以散热。LT3080是一款精密电源和电压跟随器,因而可用在那些需大电流,可从零起调的电源中,无需散热片。

  LT3080利用流经单个电阻的基准电流,可使输出电压在0~36 V之间可调。当输出电容为2.2μ时,LT3080实现稳定,无需额外的ESR陶瓷电容;内部具有电流限制和热限制。

  LT3080结构输出电压根据恒流源在电阻Rp上的电压变化进行调节。所以输出电压UO=RSET×10μA,无需负电源支持就能够使其从0 V起调,并且LT3080具有极低的压降,能使△U在300 mV内。保证输出电压的稳定系数不小于0.001%,可根据输出电流并联多只LT3080而无需均流电阻。LT3080只需采用很小的取样反馈电阻就能够实现电流源,性能十分优良IOUT=1 V/R1,并可通过改变RP1调节IOUT。

  4 教学用稳压系统设计

  4.1 利用TL431的比较特性实现输入电压三段式自动调节

  TL431是可变分流的稳压集成电路,由高精度的基准电压源和高速比较器组成,适用范围广。该系统设计巧妙采用TL431的比较特性实现电压的自动切换。由TL431的等效电路(图3)可知,当Uref>2.5 V时,输出三极管导通,UO=2 V;当Uref<2.5 V时输出三极管截止,故利用其比较特性组成输入电压切换电路,如图4所示。TIA31采用TO-92封装,并具有100 mA的驱动能力,可直接驱动继电器。所以使得整个输入电压切换跟随输出电压变化,三段式自动转换调节电路简单。

  4.2 基于LT3080和TL431组合的教学用稳压电源系统

  采用LT3080和TL431组合设计的0~30 V,0~2 A的教学用稳压电源系统,如图5所示。输入市电220 V,交流电压经变压器T变换输出10 V、20 V、30 V。变压器容量100 VA。通过继电器J1、J2实现自动切换,以适应不同的输出电压需要。当输出电压在0~10 V之间时。J1、J2都不吸合,输入电压UI=10 V。经VD1~VD4整流后输出12 V的电压,通过LT3080做电流源输出IO,R1控制输出电流IO=1 V/R1=2 A,输出后经LT3080稳压输出UO,RPV控制UO=RPV×20μA,电路简单。根据输出电流的大小可并联多只LT3080。

  由于调节电位器RPl和RPV阻值都比较大,因此应选用线性精密电位器。在调节输出电压UO时,当UO小于10 V时,J1,J2均不吸合,输入接交流10 V端,当输出电压超过10V时,调节RP1使VA>2.5 V,IIC5导通,J1吸合,输入电压可切换至20 V,当输出电压超过20 V时,调节RP2使UB>2.5 V,IIC6导通J2吸合,输入电压切换至30 V,从而实现输入跟踪式三段电压自动调节电路,降低了输入输出间电压,减少稳压集成电路功耗,提高电源的利用率。

  将每只LT3080上的功耗限制在12 W以下,保证其工作的可靠性,由于LT3080的LDO特性,设计时可使△U尽可能的小。采用多抽头变压器,增加图4所示的调节电路,以提高电源效率。

  5 结论

  该设计兼顾通用性,设计输出电压为0~30V如果针对职业教学使用的需要,变压器的输出设计为6V,13V,25V更能充分利用LT3080稳压集成电路LDO的优良特性,因为常用的实验电压为5V、12V、24V。用TL431的开关功能实现输入电压的自动切换时只需微调RP1,RP2即可 (但是输出电压的最大值只有25V)。输出还可采用加减并联组合形式来满足不同输出电压和电流的需要,使整个电源设计简单,进而提高教学用稳压电源的可靠性、可调性、易修改性。

关键字:教学  设计

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0412/article_6805.html
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