一種高負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計

陳朕+陳寶君+毛啟立+彭松+江智威

摘 要：本設(shè)計為一種高負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源。在該電路中使用TL431提供一個基準(zhǔn)電壓，通過對稱NPN三極管與TIP127功率管反饋作用輸出前置穩(wěn)定電壓，并利用LM2577升壓芯片為LM358提供一個12V壓差，LM358進(jìn)行隔離并在IRF540N的作用下以保證直流穩(wěn)壓電源輸出電壓穩(wěn)定在5V。該電路設(shè)計以基本元器件為主，具有負(fù)載能力高、穩(wěn)壓能力強(qiáng)、電路設(shè)計成本低，電路結(jié)構(gòu)簡單直觀等優(yōu)點。

0 前言

隨著當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備也向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性等方向發(fā)展，這樣對電子設(shè)備的供電電源也提出了高的要求。本文旨在設(shè)計一種高穩(wěn)定性的直流穩(wěn)壓電源，本電路使用的器件主要有TL431、LM358、IRF540N等。TL431是一種具有良好的熱穩(wěn)定性能的可控精密穩(wěn)壓源。它的輸出電壓固定在2.5V，由于該穩(wěn)壓源的性能好、價格低，廣泛應(yīng)用于電源電路中。LM358是一種雙運算放大器的集成芯片，由兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\算放大器組成。該集成芯片適合于電源電壓范圍很寬的單電源工作模式和雙電源工作模式。由于在一定的工作條件下，其電流與電壓無關(guān)可用于隔離，因而它應(yīng)用多種運放場合。IRF540N場效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過柵、源極電壓來控制漏極電流，溫度穩(wěn)定性較好。而TL431穩(wěn)壓的電路并不能提供良好的負(fù)載驅(qū)動能力，此時加入LM358運算放大器和IRF540N場效應(yīng)管對電路進(jìn)行優(yōu)化，LM358運算放大器與TL431穩(wěn)壓的電路隔離并跟隨電壓，使IRF540N場效應(yīng)管驅(qū)動源極輸出大電流，從而提高整個電路驅(qū)動負(fù)載的能力。本電路電源設(shè)計利用上述元器件的優(yōu)點能夠有效輸出穩(wěn)定的直流電壓，能達(dá)到電路設(shè)計要求，具有穩(wěn)壓能力強(qiáng)、負(fù)載能力高等特性。

1 系統(tǒng)與電路設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計原理分析

該系統(tǒng)設(shè)計原理如圖1所示。首先對輸入的電源電壓進(jìn)行濾波，得到穩(wěn)定的輸入電源電壓。再利用基準(zhǔn)源提供一個小于輸出電源電壓的穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，并利用反饋整流放大機(jī)制電路對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行放大得到接近輸出電源電壓的電壓，這時對放大電壓進(jìn)行跟隨隔離避免負(fù)載對其產(chǎn)生較大的影響，同時進(jìn)行電流驅(qū)動以保證負(fù)載電阻值很小時拉低了輸出電壓值，從而保證了最后的穩(wěn)壓輸出。

1.2 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計原理分析

直流穩(wěn)壓電源電路如圖2所示。與輸入電源Vin并聯(lián)的電容進(jìn)行電源濾波，TL431穩(wěn)壓源實現(xiàn)2.5V的穩(wěn)壓，并將電壓加在NPN三極管的基極端，輸出電容對電壓再次濾波，TIP127為大功率 PNP三極管，使輸出電流可達(dá)5A，NPN三極管Q1、Q2對稱整流。當(dāng)LM358輸入的穩(wěn)定電壓發(fā)生變化時，Q1的輸出電流也發(fā)生相應(yīng)的變化，而此時Q2的輸出電流會發(fā)生與Q1相反的變化，TIP127輸出電流也會跟隨著Q2改變，從而使電壓穩(wěn)定不變。由于TL431的作用Q1三極管基極始終穩(wěn)定為2.5V。通過調(diào)整精密電位器進(jìn)行升壓實現(xiàn)5V電壓左右輸出。為解決電路的負(fù)載能力問題，過LM358運算放大器與升壓輸出的電源電壓進(jìn)行隔離，利用LM2577形成壓差12V驅(qū)動LM358運算放大器工作，IRF540N場效應(yīng)管驅(qū)動源極輸出大電流，從而提高電路負(fù)載的驅(qū)動能力，保證了5V的穩(wěn)壓電源電壓輸出。該電路具有穩(wěn)壓輸出的特點，并且具有高負(fù)載能力的特性。

2 電路測試

2.1 測試要求與內(nèi)容

本測試采用DF1701SLL直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電，也提供5.5V～25V的測試直流電壓，為保證測試精確性采用示波器進(jìn)行測試。驗證電源電路的穩(wěn)定性，采用以下測試內(nèi)容：

（1）負(fù)載阻值固定為5Ω，當(dāng)直流輸入電壓在5.5～25V變化時，測試輸出電壓變化情況。

（2）直流穩(wěn)壓電路輸入電壓穩(wěn)定在7V，當(dāng)直流穩(wěn)壓電路輸出電流由0.01A到1A變化時，用示波器測試其輸出電壓變化情況。

2.2 測試數(shù)據(jù)結(jié)果

測試數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。

2.3 測試數(shù)據(jù)分析

（1）空載時，直流穩(wěn)壓電路的輸入電壓在5.5～25V范圍內(nèi)變化，其輸出電壓穩(wěn)定在5V左右，變化幅度極小。

（2）有負(fù)載時（即負(fù)載阻值為5Ω），直流穩(wěn)壓電路的輸入電壓在5.5～25V范圍內(nèi)變化，其輸出的電壓在5V左右，變化幅度也極小。

（3）輸入電壓固定在7V時，負(fù)載電流由1A減小到0.01A時，輸出電壓保持在5V左右。

3 結(jié)論

根據(jù)直流穩(wěn)壓電源測試數(shù)據(jù)顯示，可以看出當(dāng)輸入電壓為5.5～25V時，負(fù)載變化時，輸出電壓保持在5V左右，其變化范圍極小，因而該直流穩(wěn)壓電源輸出電壓穩(wěn)定性好，具有高負(fù)載能力。

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