商丘市第一高級(jí)中學(xué) 劉耀孔 蔣浩睿 劉家燦 李思敏

帶有過(guò)流保護(hù)的大電流可調(diào)穩(wěn)壓電源

商丘市第一高級(jí)中學(xué) 劉耀孔 蔣浩睿 劉家燦 李思敏

筆者設(shè)計(jì)了一臺(tái)穩(wěn)壓電源，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：輸出電流大、過(guò)流自動(dòng)保護(hù)、輸出電壓可調(diào)范圍大、輸出電壓精度高、負(fù)載調(diào)整率低、制作簡(jiǎn)單、使用方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

穩(wěn)壓電源；過(guò)流保護(hù)；擴(kuò)流；穩(wěn)壓塊

1.穩(wěn)壓部分的工作原理

穩(wěn)壓電源的電路原理如圖1所示，在穩(wěn)壓電源中，BG1是穩(wěn)壓電源的擴(kuò)流管，它工作在發(fā)射極跟隨輸出狀態(tài)，BG1的發(fā)射極輸出電壓（也就是穩(wěn)壓電源的輸出電壓）跟隨其基極電壓變化而變化，而B(niǎo)G1的基極電壓就是LM317穩(wěn)壓塊的輸出電壓，在本穩(wěn)壓電源中，LM317相當(dāng)于擴(kuò)流管BG1的基準(zhǔn)電壓源，從所附的電路圖中可以看出，穩(wěn)壓電源的輸出電壓V0=V317-Vbe，其中V317是LM317的輸出電壓，Vbe是擴(kuò)流管BG1的b、e結(jié)的結(jié)電壓，如果BG1是硅材料NPN管，則Vbe=0.7V，大家都知道，LM317的最低輸出電壓為1.25V，所以本穩(wěn)壓電源的最低輸出電壓為V0=1.25-0.7=0.55V，穩(wěn)壓電源的最高輸出電壓可以通過(guò)下式自行設(shè)定，公式一是V317=1.25（1+ W/ R3）；公式二是R3≦1.25÷0.005；公式三是V0= V317-Vbe；公式一和公式二聯(lián)合求解用來(lái)確定R3和W的阻值大??；公式二的作用主要是用來(lái)保證在穩(wěn)壓電源空載時(shí)，R3和W組成的調(diào)壓電路能夠給LM317提供大于等于5mA的電流泄放回路，因?yàn)長(zhǎng)M317的最小穩(wěn)定工作電流為5mA左右，如果在電源空載時(shí)，LM317的輸出電流達(dá)不到其最小穩(wěn)定工作電流，LM317在空載時(shí)就不能穩(wěn)定的工作，造成LM317在有載和空載兩種情況下輸出電壓有明顯差別，這樣會(huì)使電源制作者誤認(rèn)為L(zhǎng)M317的負(fù)載調(diào)整率很大。為了更好的說(shuō)明問(wèn)題，現(xiàn)舉例說(shuō)明如下，假設(shè)電源擴(kuò)流所使用的擴(kuò)流管為硅材料NPN管，則Vbe=0.7V，要求穩(wěn)壓電源的輸出電壓可調(diào)范圍為0.5～30V，由公式三V0= V317-Vbe可知V317=30.7V；按公式二取R3=1.25÷0.005，則R3=250Ω；由公式一V317=1.25（1+ W/R3）可以計(jì)算出W=6KΩ。即當(dāng)R3=250Ω、W=6KΩ時(shí)，穩(wěn)壓電源的輸出電壓可調(diào)范圍為0.5～30V。

圖1 穩(wěn)壓電源的電路原理圖

2.過(guò)流保護(hù)電路的工作原理

JK為繼電器J的常開(kāi)觸點(diǎn)，接通電源開(kāi)關(guān)K并按下啟動(dòng)按鈕AN，如果穩(wěn)壓電源不是處于過(guò)流狀態(tài)，檢流電阻R上的電壓很小不足以使過(guò)流檢測(cè)管BG2導(dǎo)通，BG2處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器驅(qū)動(dòng)管BG3的基極處于低電位，BG3的發(fā)射極為高電位，BG3立即導(dǎo)通，繼電器J吸合，使常開(kāi)觸點(diǎn)JK閉合，鎖定電源接通狀態(tài)，穩(wěn)壓電源正常工作。

當(dāng)由于某種原因?qū)е路€(wěn)壓電源過(guò)流時(shí)，過(guò)流檢測(cè)管BG2就會(huì)從過(guò)流檢測(cè)電阻R上檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)，BG2由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，BG2的集電極由低電位轉(zhuǎn)為高電位，繼電器驅(qū)動(dòng)管BG3的基極由低電位轉(zhuǎn)為高電位，BG3由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止，繼電器J因失去驅(qū)動(dòng)電流而動(dòng)作，其觸點(diǎn)由閉合轉(zhuǎn)為斷開(kāi)，220V交流電被斷開(kāi)，整個(gè)穩(wěn)壓電源失電，由于JK為常開(kāi)觸點(diǎn)，所以穩(wěn)壓電源的失電狀態(tài)被鎖定，從而保護(hù)了穩(wěn)壓電源。當(dāng)穩(wěn)壓電源的過(guò)流問(wèn)題解決后，按下啟動(dòng)按鈕AN，穩(wěn)壓電源又可正常工作。

3.需要說(shuō)明的問(wèn)題

①擴(kuò)流管BG1的Icm和Pcm應(yīng)根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電流的大小進(jìn)行選擇，參數(shù)應(yīng)留有足夠的余量，擴(kuò)流管應(yīng)加裝足夠大的散熱片。

②過(guò)流檢測(cè)電阻R的大小可根據(jù)公式Vbe=I·R計(jì)算出來(lái)，Vbe為過(guò)流檢測(cè)管BG2的b、e結(jié)電壓，電流I的大小可認(rèn)為約等于穩(wěn)壓電源的輸出電流。

③電源變壓器應(yīng)根據(jù)輸出電流（功率）的大小進(jìn)行選擇，變壓器鐵芯橫截面積可根據(jù)公式S=k·P1/2進(jìn)行計(jì)算，其中S為變壓器鐵芯橫截面積，P為所需要的功率，k為系數(shù)，一般可取1.2～1.5，功率P越大k取值越小，功率P越小k取值越大；變壓器的每伏匝數(shù)可根據(jù)公式n=4.5/B·S進(jìn)行計(jì)算，其中n為變壓器的每伏匝數(shù)，S為變壓器鐵芯橫截面積，B一般可取1～1.5，鐵芯質(zhì)量越好B取值越大，鐵芯質(zhì)量越差B取值越??；繞制變壓器所用的漆包線的直徑可使用公式d=0.7I1/2進(jìn)行計(jì)算，其中d為繞制變壓器所用的漆包線的直徑，I為所需電流。

④單刀雙擲開(kāi)關(guān)K1用于兩組交流電壓的選擇，當(dāng)需要輸出低電壓時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇低壓繞組，當(dāng)需要輸出高電壓時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇高壓繞組，主要目的是為了保證輸出大電流、減少穩(wěn)壓電源的自身功耗和發(fā)熱量。

⑤整流二極管（整流橋）應(yīng)根據(jù)輸出電流的大小進(jìn)行選擇并加裝適當(dāng)?shù)纳崞?/p>

⑥當(dāng)需要輸出電流很大，一個(gè)擴(kuò)流管不能滿足擴(kuò)流要求時(shí)，可采用多個(gè)擴(kuò)流管復(fù)合使用，使穩(wěn)壓電源輸出更大的電流，但一般不推薦多個(gè)擴(kuò)流管復(fù)合使用，因?yàn)檫@樣會(huì)增加穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻，抬高穩(wěn)壓電源的負(fù)載調(diào)整率，降低穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)。

［1］戶川治朗.實(shí)用電源電路設(shè)計(jì)［M］.北京：科學(xué)出版社，2016.

［2］喬琛.晶體管整流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)［M］.北京：北京出版社，1986.

［3］楊欣.電子設(shè)計(jì)從零開(kāi)始（第2版）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.