基於LT3080和TL431組合的教學用穩壓電源系統

2021-01-18 電子發燒友
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基於LT3080和TL431組合的教學用穩壓電源系統

佚名 發表於 2010-09-30 17:43:04

　　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穩壓電源採用分立元件組成。電路複雜;FY13003-3D型穩壓電源採用分立元件與集成比較器結合，電路更複雜，故障率高;簡易型WD-5穩壓電源採用三端穩壓集成電路，但性能低，適應範圍窄;而新穎的數位化穩壓電源成本高。這裡基於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，易於調試，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%;穩壓係數K=△UO/△Uil;負載調整率為△IO/(△UO/UO);紋波係數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範圍內;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後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，有利於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，並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，可直接並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結構輸出電壓根據恆流源在電阻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，並且LT3080具有極低的壓降，能使△U在300 mV內。保證輸出電壓的穩定係數不小於0.001%，可根據輸出電流並聯多隻LT3080而無需均流電阻。LT3080隻需採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，並可通過改變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，適用範圍廣。該系統設計巧妙採用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，輸出三極體導通，UO=2 V;當Uref<2.5 V時輸出三極體截止，故利用其比較特性組成輸入電壓切換電路，如圖4所示。TIA31採用TO-92封裝，並具有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 基於LT3080和TL431組合的教學用穩壓電源系統

　　採用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整流後輸出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，輸出後經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並聯多隻LT3080。

　　由於調節電位器RPl和RPV阻值都比較大，因此應選用線性精密電位器。在調節輸出電壓UO時，當UO小於10 V時，J1，J2均不吸合，輸入接交流10 V端，當輸出電壓超過10V時，調節RP1使VA>2.5 V，IIC5導通，J1吸合，輸入電壓可切換至20 V，當輸出電壓超過20 V時，調節RP2使UB>2.5 V，IIC6導通J2吸合，輸入電壓切換至30 V，從而實現輸入跟蹤式三段電壓自動調節電路，降低了輸入輸出間電壓，減少穩壓集成電路功耗，提高電源的利用率。

　　

　　將每隻LT3080上的功耗限制在12 W以下，保證其工作的可靠性，由於LT3080的LDO特性，設計時可使△U儘可能的小。採用多抽頭變壓器，增加圖4所示的調節電路，以提高電源效率。

　　5 結論

　　該設計兼顧通用性，設計輸出電壓為0～30V如果針對職業教學使用的需要，變壓器的輸出設計為6V，13V，25V更能充分利用LT3080穩壓集成電路LDO的優良特性，因為常用的實驗電壓為5V、12V、24V。用TL431的開關功能實現輸入電壓的自動切換時只需微調RP1，RP2即可 (但是輸出電壓的最大值只有25V)。輸出還可採用加減並聯組合形式來滿足不同輸出電壓和電流的需要，使整個電源設計簡單，進而提高教學用穩壓電源的可靠性、可調性、易修改性。

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