新颖的教学用稳压电源的设计

      1 引言

　　在职业教学的电子线路实验中，大功率的直流稳压电源是实验系统的能量保证。而经典的DH1729稳压电源采用分立元件组成。电路复杂；FY13003-3D型稳压电源采用分立元件与集成比较器结合，电路更复杂，故障率高；简易型WD-5稳压电源采用三端稳压集成电路，但性能低，适应范围窄；而新颖的数字化稳压电源成本高。这里基于LT3080低功耗集成稳压电路的特性，使用TL431做比较器，简化电路设计，提高电源效率和工作可靠性．使整个稳压电源结构简单，易于调试，方便维修。

　　2 教学用稳压电源的设计要求

　　教学用稳压电源应具备通用型稳压电源的各种技术参数：电压稳定度为(△UO／UO)×100％；稳压系数K=△UO／△Uil；负载调整率为△IO／(△UO／UO)；纹波系数γ=(Ums／UO)×100％；输出内阻RO=∣△UO／△IL∣。

　　教学用稳压电源还必须具备以下功能性要求：输出电压的可调性最好在技术要求范围内；输出电流的限流保护，或具有可调电流源，确保试验中出现短路或过载故障后电源及实验电路不损坏；安全的功耗限制，保障电源的可靠运行；绿色化设计提高电源效率；维修调试简单，降低成本，具备可自由加减功能，能够任意选择电源容量，方便教师自由扩展；电源性价比高，有利于技术革新和新产品开发。

　　3 LDO低功耗稳压集成电路

　　图1是LT3080型低功耗集成稳压电路的典型应用电路。VIN为直流输入电压(1.2～36 V)，调节RSET能够在0～35 V之间改变输出电压。

　　图2是LT3080低功耗集成稳压电路的电流源典型应用电路。在输出端接电流检测电阻R1将电流转换成电压，并通过输出电流调节电位器使反馈信号至SET端，实现输出电流在0～1 A之间可调。

　　LS3080是1.1 A低压差线性稳压器，可直接并联以增加输出电流或安装在表面贴装型电路板上以散热。LT3080是一款精密电源和电压跟随器，因而可用在那些需大电流，可从零起调的电源中，无需散热片。

　　LT3080利用流经单个电阻的基准电流，可使输出电压在0～36 V之间可调。当输出电容为2.2μ时，LT3080实现稳定，无需额外的ESR陶瓷电容；内部具有电流限制和热限制。

　　LT3080结构输出电压根据恒流源在电阻Rp上的电压变化进行调节。所以输出电压UO=RSET×10μA，无需负电源支持就能够使其从0 V起调，并且LT3080具有极低的压降，能使△U在300 mV内。保证输出电压的稳定系数不小于0.001％，可根据输出电流并联多只LT3080而无需均流电阻。LT3080只需采用很小的取样反馈电阻就能够实现电流源，性能十分优良IOUT=1 V／R1，并可通过改变RP1调节IOUT。

　　4 教学用稳压系统设计

　　4.1 利用TL431的比较特性实现输入电压三段式自动调节

　　TL431是可变分流的稳压集成电路，由高精度的基准电压源和高速比较器组成，适用范围广。该系统设计巧妙采用TL431的比较特性实现电压的自动切换。由TL431的等效电路(图3)可知，当Uref>2.5 V时，输出三极管导通，UO=2 V；当Uref＜2.5 V时输出三极管截止，故利用其比较特性组成输入电压切换电路，如图4所示。TIA31采用TO-92封装，并具有100 mA的驱动能力，可直接驱动继电器。所以使得整个输入电压切换跟随输出电压变化，三段式自动转换调节电路简单。

　　4.2 基于LT3080和TL431组合的教学用稳压电源系统

　　采用LT3080和TL431组合设计的0～30 V，0～2 A的教学用稳压电源系统，如图5所示。输入市电220 V，交流电压经变压器T变换输出10 V、20 V、30 V。变压器容量100 VA。通过继电器J1、J2实现自动切换，以适应不同的输出电压需要。当输出电压在0～10 V之间时。J1、J2都不吸合，输入电压UI=10 V。经VD1～VD4整流后输出12 V的电压，通过LT3080做电流源输出IO，R1控制输出电流IO=1 V／R1=2 A，输出后经LT3080稳压输出UO，RPV控制UO=RPV×20μA，电路简单。根据输出电流的大小可并联多只LT3080。

     由于调节电位器RPl和RPV阻值都比较大，因此应选用线性精密电位器。在调节输出电压UO时，当UO小于10 V时，J1，J2均不吸合，输入接交流10 V端，当输出电压超过10V时，调节RP1使VA＞2.5 V，IIC5导通，J1吸合，输入电压可切换至20 V，当输出电压超过20 V时，调节RP2使UB>2.5 V，IIC6导通J2吸合，输入电压切换至30 V，从而实现输入跟踪式三段电压自动调节电路，降低了输入输出间电压，减少稳压集成电路功耗，提高电源的利用率。

    将每只LT3080上的功耗限制在12 W以下，保证其工作的可靠性，由于LT3080的LDO特性，设计时可使△U尽可能的小。采用多抽头变压器，增加图4所示的调节电路，以提高电源效率。

　　5 结论

　　该设计兼顾通用性，设计输出电压为0～30V如果针对职业教学使用的需要，变压器的输出设计为6V，13V，25V更能充分利用LT3080稳压集成电路LDO的优良特性，因为常用的实验电压为5V、12V、24V。用TL431的开关功能实现输入电压的自动切换时只需微调RP1，RP2即可 (但是输出电压的最大值只有25V)。输出还可采用加减并联组合形式来满足不同输出电压和电流的需要，使整个电源设计简单，进而提高教学用稳压电源的可靠性、可调性、易修改性。