新穎的教學用穩壓電源的設計
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新穎的教學用穩壓電源的設計  2012/3/1
1 引言  在職業教學的電子線路實驗中,大功率的直流穩壓電源是實驗系統的能量保證。而經典的DH1729穩壓電源采用分立元件組成。電路復雜;FY13003-3D型穩壓電源采用分立元件與集成比較器結合,電路更復雜,故障率高;簡易型WD-5穩壓電源采用三端穩壓集成電路,但性能低,適應范圍窄;而新穎的數字化穩壓電源成本高。這里基于LT3080低功耗集成穩壓電路的特性,使用TL431做比較器,簡化電路設計,提高電源效率和工作可靠性.使

1  引言

在職業教學的電子線路實驗中,大功率的直流穩壓電源是實驗系統的能量保證。而經典的DH1729穩壓電源采用分立元件組成。電路復雜;FY13003-3D型穩壓電源采用分立元件與集成比較器結合,電路更復雜,故障率高;簡易型WD-5穩壓電源采用三端穩壓集成電路,但性能低,適應范圍窄;而新穎的數字化穩壓電源成本高。這里基于LT3080低功耗集成穩壓電路的特性,使用TL431做比較器,簡化電路設計,提高電源效率和工作可靠性.使整個穩壓電源結構簡單,易于調試,方便維修。

2  教學用穩壓電源的設計要求

教學用穩壓電源應具備通用型穩壓電源的各種技術參數:電壓穩定度為(△UO/UO)×100%;穩壓系數K=△UO/△Uil;負載調整率為△IO/(△UO/UO);紋波系數γ=(Ums/UO)×100%;輸出內阻RO=∣△UO/△IL∣。

教學用穩壓電源還必須具備以下功能性要求:輸出電壓的可調性最好在技術要求范圍內;輸出電流的限流保護,或具有可調電流源,確保試驗中出現短路或過載故障后電源及實驗電路不損壞;安全的功耗限制,保障電源的可靠運行;綠色化設計提高電源效率;維修調試簡單,降低成本,具備可自由加減功能,能夠任意選擇電源容量,方便教師自由擴展;電源性價比高,有利于技術革新和新產品開發。

3 LDO低功耗穩壓集成電路

圖1是LT3080型低功耗集成穩壓電路的典型應用電路。VIN為直流輸入電壓(1.2~36 V),調節RSET能夠在0~35 V之間改變輸出電壓。

圖2是LT3080低功耗集成穩壓電路的電流源典型應用電路。在輸出端接電流檢測電阻R1將電流轉換成電壓,并通過輸出電流調節電位器使反饋信號至SET端,實現輸出電流在0~1 A之間可調。

LS3080是1.1 A低壓差線性穩壓器,可直接并聯以增加輸出電流或安裝在表面貼裝型電路板上以散熱。LT3080是一款精密電源和電壓跟隨器,因而可用在那些需大電流,可從零起調的電源中,無需散熱片。

LT3080利用流經單個電阻的基準電流,可使輸出電壓在0~36 V之間可調。當輸出電容為2.2μ時,LT3080實現穩定,無需額外的ESR陶瓷電容;內部具有電流限制和熱限制。

LT3080結構輸出電壓根據恒流源在電阻Rp上的電壓變化進行調節。所以輸出電壓UO=RSET×10μA,無需負電源支持就能夠使其從0 V起調,并且LT3080具有極低的壓降,能使△U在300 mV內。保證輸出電壓的穩定系數不小于0.001%,可根據輸出電流并聯多只LT3080而無需均流電阻。LT3080只需采用很小的取樣反饋電阻就能夠實現電流源,性能十分優良IOUT=1 V/R1,并可通過改變RP1調節IOUT。

4  教學用穩壓系統設計

4.1  利用TL431的比較特性實現輸入電壓三段式自動調節

TL431是可變分流的穩壓集成電路,由高精度的基準電壓源和高速比較器組成,適用范圍廣。該系統設計巧妙采用TL431的比較特性實現電壓的自動切換。由TL431的等效電路(圖3)可知,當Uref>2.5 V時,輸出三極管導通,UO=2 V;當Uref<2.5 V時輸出三極管截止,故利用其比較特性組成輸入電壓切換電路,如圖4所示。TIA31采用TO-92封裝,并具有100 mA的驅動能力,可直接驅動繼電器。所以使得整個輸入電壓切換跟隨輸出電壓變化,三段式自動轉換調節電路簡單。

4.2 基于LT3080和TL431組合的教學用穩壓電源系統

采用LT3080和TL431組合設計的0~30 V,0~2 A的教學用穩壓電源系統,如圖5所示。輸入市電220 V,交流電壓經變壓器T變換輸出10 V、20 V、30 V。變壓器容量100 VA。通過繼電器J1、J2實現自動切換,以適應不同的輸出電壓需要。當輸出電壓在0~10 V之間時。J1、J2都不吸合,輸入電壓UI=10 V。經VD1~VD4整流后輸出12 V的電壓,通過LT3080做電流源輸出IO,R1控制輸出電流IO=1 V/R1=2 A,輸出后經LT3080穩壓輸出UO,RPV控制UO=RPV×20μA,電路簡單。根據輸出電流的大小可并聯多只LT3080。

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