一種雙路輸出的穩壓穩流電源

??? 摘要：采用新型單片式開關電壓調整器LM2576代替常用的線性三端集成穩壓器設計了一種雙路輸出的穩壓穩流電源，它具有連續可調，電路新穎，效率高和實用性強的特點。 關鍵詞：開關電源；雙路輸出；穩壓/穩流 1引言
市售的可調式穩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，再經線性穩壓器穩壓和調壓，最后輸出穩定的直流電壓。在線性電源中，穩壓電路是重要的組成部分。早期的穩壓器是由晶體管等分立器件組成的。當三端集成穩壓器誕生后，以其電路簡單，性能優良而獲得了廣泛的應用。線性電源是一種應用較早，電路成熟的穩壓電源。它的優點是電路簡單，元器件數目較少、性能可靠、紋波小，瞬態特性好；其缺點則是效率低，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用了線性穩壓器。線性穩壓器是通過調節功率穩壓器件的通態壓降來實現穩壓和調壓的。功率調整管始終工作在放大區，其輸出是連續的、線性的，功耗大，效率低，特別是在輸出低電壓大電流時，調整管上的壓降占了Ud很大的比例，使電源的效率更低。為了減少調整管上的壓降，一些穩壓電源在變壓器次級設置了多個抽頭，在輸出不同電壓時，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，是采用開關電源。開關電源是采用高頻變換原理，通過改變功率輸出管上的脈寬或脈頻，來達到穩壓和調壓的。功率管工作在開關狀態，功耗低壓降小，電源的效率是很高的。開關電源有多種拓撲型式，其中無工頻變壓器的開關電源最具吸引力，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合，而不適合要求輸出電壓幅度變化很大或連續可調的場合。本文采用的是串聯開關式穩壓電源，也稱Buck變換器。它仍然采用了工頻變壓器進行隔離和降壓，只是用降壓開關穩壓IC代替了線性穩壓器，在電路中只需增加續流二極管和儲能電感器等幾只元器件，電路并沒有明顯復雜化，成本增加很少，而電源的效率卻得到了大幅度提高。功率器件發熱量很小，可以采用表面積不大的散熱器，在負載較輕的情況下，不用散熱器也能正常工作。這樣便使整機的重量和體積有所減少。
2LM2576—ADJ簡介
串聯開關穩壓器由振蕩器、取樣放大器、比較器、PWM調制器、功率開關等幾部分組成。穩壓器已實現了集成化，使外圍電路大大簡化，與常見的三端集成穩壓器相比，并不復雜多少。市售的串聯開關穩壓器IC種類很多，早期的如L4960、L4962、L296等型號，管腳數目較多，外圍電路較復雜。美國NS公司推出的LM2576—ADJ，為單片降壓式開關電壓調整器，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，它是同類產品中最簡單的一種。LM2576—ADJ的引腳排列及功能框圖如圖2、圖3所示。
LM2576—ADJ是輸出電壓可調型的，其技術參數如下：
——輸入電壓3.5～40V；
——輸出電壓1.23～37V；
——輸出電流3A；
——只需四個外部元器件；
——內部振蕩器固定頻率52kHz；
——高效；
——TTL關閉能力，低功率備用狀態；
——具有熱關閉和限流保護功能；
——可采用現成的標準電感器；
——P＋經過產品增強試驗。

由此可見，LM2576—ADJ不僅電路簡單，性能也十分優越，是目前最優秀的降壓式開關電源穩壓器之一。筆者采用該集成塊設計制作了一款雙路輸出的穩壓穩流電路，兼有電壓和電流兩種輸出，寬范圍連續可調，電壓輸出為1.23～30V，電流輸出25mA～1A，完全能滿足大多數電路實驗、測試和檢修的需要。
3電路工作原理
本機的電路圖如圖4所示。圖中上下二電路參數完全相同，工作原理亦相同，故只對上電路作一介紹。

交流市電經電源變壓器T1降壓，變壓器次級有兩個完全相同的繞組，每個繞組各有高壓和低壓兩個抽頭，高壓抽頭為33V，低壓抽頭為13V，抽頭的轉換由繼電器自動完成。次級交流電壓經橋式整流和電容濾波后，加到LM2576組成的開關穩壓器上。穩壓器的第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，就能調節其輸出電壓。Uo=UREF(1＋RP1/R5)，UREF是穩壓器取樣電路的基準電壓，為1?23V，若RP1=30kΩ，R5=1.1kΩ，則Uo=1.23～33V。TL431與電阻R7、R8、繼電器K1組成高低壓抽頭轉換電路。TL431為精密可調式并聯穩壓器，其控制電壓為2?5V。當輸出電壓小于10V時，R7與R8的分壓電壓小于2.5V，TL431不導通，繼電器K1不動作，整流橋接在低壓抽頭上。反之，當輸出電壓高于10V時，分壓值大于2.5V，TL431導通，繼電器K1動作，整流橋接在高壓抽頭上，輸入電壓為33V。本文采用的開關穩壓器，其效率與輸入電壓高低無關。T1之所以采用抽頭，是因為在輸出電壓較低時，它的輸出脈寬會很窄，占空比很小，這將增加輸出電壓的紋波系數，給濾波電路提出更高的要求。采用高低壓輸入方式，對提高低壓輸出時的脈寬、占空比是有利的。高低壓抽頭自動轉換，操作便利。
本機具有恒流輸出功能。當波段開關SA2轉到電流檔時，LM2576—ADJ的控制端與RP1和R5分壓電路斷開，轉接到由負載電阻RL和電流取樣電阻R6和RP2組成分壓電路上。Io=UREF/(R6＋RP2)，調節RP2的阻值，就能改變輸出電流。當UREF=1.23V，R6=1.2Ω，RP2=51Ω時，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開關管理。P1為雙刻度，分別顯示輸出電壓與電流。P1采用型號為85C1，靈敏度為1mA的DC電流表。當開關SB1位于上端時，電阻R9與P1并聯，R9起分流作用，然后串聯到輸出電路中。R9的數值與P1內阻Ri有關，若輸出電流為3A，P1靈敏度1mA，則R9=Ri/3000，數值很少，可用鎳鉻絲制作。當SB1處于下端時，電阻R10與P1串聯，P1顯示的是輸出電壓值。HL1為變色發光管，當輸出電壓時，發紅光；當輸出電流時，發綠光。
4結語
本電源電路簡單，功能齊全，使用范圍較廣，具有較強的實用性。本機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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