直流稳压电路设计

1.电路的设计

　　符合上述要求的电源电路的设计方法有很多种，比较简单的有3种：

　　（1）晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图1所示，该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。

　　单纯的串联式直流稳压电源电路很简单，但增加辅助电源后，电路比较复杂，由于都采用分立元件，电路的可靠性难以保证。

　　（2）采用三端集成稳压器电路。如图2所示，他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从0 V起连续可调。

　　（3）用单片机制作的可调直流稳压电源。该电路采用可控硅作为第一级调压元件，用稳压电源芯片LM317，LM337作为第二级调压元件，通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值，从而改变调压元件的外围参数，并加上软启动电路，获得0～24 V，0.1 V步长，驱动能力可达1 A，同时可以显示电源电压值和输出电流值的大小。

　　其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几部分，硬件部分原理图如图3所示。

　　正、负端压差控制电路的作用是减少LM317和LM337输入端和输出端的压差以降低LM317和LM337的功耗。稳压电路由三端稳压芯片LM317（负压用LM337）及外围器件组成，输出电压控制电路采用继电器控制的电阻网络。

　　该电源稳定性好、精度高，并且能够输出±24 V范围内的可调直流电压，且其性能优于传统的可调直流稳压电源，但是电路比较复杂，成本较高，使用于要求较高的场合。在实际中，如果对电路的要求不太高（这种情况较多），多采用第二种设计方案。

2.实际电路的设计

　　电路采用三端集成稳压器电路方案，电路原理图如图4所示。其中IC为三端集成稳压器。晶体管T，阻R3，和电容器C组成软启动电路。电阻R4和二极管D组成电压补偿电路。电容C2为输出滤波电容。

　　（1）三端集成稳压器LM317及其调压原理。图4中IC采用了LM317系列三端集成稳压器，其输出电压调节范围可达1.25～37 V，输出电流可达1.5 A，内部带有过载保护电路，具有稳压精度高、工作可靠等特点。其输出电压的调节原理如图5所示。由于LM317的2，3脚之间的电压U32为一稳定的基准电压（1.25 V），故有：

　　其中，R1为固定电阻，故调节R2可以调节输出电压UO，并且UO的最小值为1.25 V。

    (2)电压补偿电路的设计。因要求输出电压从0 V起调，LM317集成稳压器不能直接满足要求，需设计一个电压补偿电路，抵消LM317的1.25 V最小输出电压。电压补偿电路由电阻R4和二极管D组成。

  　式中，U3为LM317的3脚电压；UO为输出电压；UD为二极管D的正向压降，即为补偿电压，其值略大于LM317的基准电压(1.25 V)。这里用3只串联的锗材料整流二极管的导通压降来实现。

　　（3）软启动电路设计。软启动电路由晶体管T，电阻R3，R和电容器C组成。其作用是使电路输出电压UO有一个缓慢的上升过程，以适应感性负载（如直流电机）的启动特性。当输入电压UI接入时，因C上的电压不能突变，故T因基极电位较高而饱和导通，使U2（LM317的2脚电位）和U3都很低，故UO很小。启动的时间可以通过改变C和R的值进行调整。

　　（4）改进方案。由于该电路的输出电压的调整完全依赖电电位器R2的改变，因此R2的改变范围较大，这样在输出电压的调整过程中，容易调过头或调不足，要准确地实现0～24 V宽范围的电压任一电压有些调整比较麻烦，必须反复调整，只依赖R2是比较困难的。电路如图6所示。

　　（5）电路主要测试数据。接上电源变压器和整流滤波电路以后对电路进行测试的结果为：电路在负载为1 A时输出电压调整范围如表1所示；在输出电压为额定值（24 V）下的负载特性如表2所示。电网电压波动±10％（负载电流1 A）情况下输出电压如表3所示。

　　该稳压电路应用三端集成稳压电器，并加入补偿电压的方法解决LM317系列输出电压不能从0 V开始起调的问题。软启动电路的引入适应负载的启动特性。电路的结构简单、功能完善、可靠性高。