圖1 帶有保護(hù)的LM317穩(wěn)定電路

圖2 直流穩(wěn)壓電源方框圖
 

下面分析保護(hù)電路的工作過(guò)程。

1.1 集成穩(wěn)壓器的保護(hù)
　　　
　　為獲得較高的輸出電壓值茎倘，LM317穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端與地之間的電阻R2值及其壓降往往較大钾趁，在R2兩端并接一個(gè)小于10μF的電容C3，可有效地抑制輸出端的紋波租江。當(dāng)輸入端或輸出端發(fā)生短路時(shí)斑泳，電容C3的放電將在R1上產(chǎn)生沖擊電壓，會(huì)危及穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓電路献丑，因此需在R1兩端并二極管D3以保護(hù)穩(wěn)壓器末捣。
　　　
　　穩(wěn)壓器的輸出端不加電容亦能工作，由于穩(wěn)壓器在1∶1的深度負(fù)反饋下工作创橄，當(dāng)輸出端負(fù)載為容性的某一值時(shí)箩做，穩(wěn)壓器有可能出現(xiàn)自激現(xiàn)象。因此妥畏，在穩(wěn)壓器的輸入端接入0.1μF的電容C1邦邦，輸出端接入1000μF的電解電容C5，提供足夠的電流供給醉蚁，同時(shí)可以防止可能發(fā)生的自激振蕩以及減小高頻噪聲和改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)燃辖。當(dāng)輸入端發(fā)生短路時(shí)，C5通過(guò)穩(wěn)壓器的調(diào)整管放電网棍，C5值較大郭赐，則放電時(shí)的沖擊電流很大，電壓會(huì)通過(guò)穩(wěn)壓器內(nèi)部的輸出晶體管放電确沸，可能造成輸出晶體管發(fā)射結(jié)反向擊穿捌锭。為此，在穩(wěn)壓器兩端并接二極管D2境愕，輸入端短路時(shí)C5通過(guò)D2放電秋降，保護(hù)穩(wěn)壓器颁膊。
　　　
　　1.2 過(guò)流保護(hù)
　　　
　　過(guò)流保護(hù)電路原理見(jiàn)圖3，R5為取樣小電阻别逐。當(dāng)電源工作時(shí)撒殷，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)敢智。由于直流電機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)電流iout較大（約為額定電流的8～10倍）杏县，iout流過(guò)小電阻R5，并經(jīng)R4對(duì)C4充電晚号。通過(guò)設(shè)定R4戳橱、C4的值，使充電時(shí)間Υ大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間δ殃忠，V2（9013）處于截止?fàn)顟B(tài)了奋，電機(jī)啟動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流趾始。一旦電機(jī)發(fā)生短路或堵轉(zhuǎn)秉馏，使電容C4兩端電壓達(dá)到V2的導(dǎo)通電壓，則V2導(dǎo)通脱羡，強(qiáng)制穩(wěn)壓器的輸出電壓降為基準(zhǔn)電壓1.25V萝究。

圖3 保護(hù)電路原理圖
　　　
 
2、電路設(shè)計(jì)
　　　
2.1 集成穩(wěn)壓器的選擇
　　　
　　在選擇集成穩(wěn)壓器時(shí)锉罐，應(yīng)該兼顧性能糊肤、使用和價(jià)格幾個(gè)方面。性能指標(biāo)主要根據(jù)負(fù)載電壓電流的大小氓鄙、調(diào)整率的高低以及工作穩(wěn)定范圍的寬窄來(lái)選馆揉。LM317系列由于其輸出電壓可調(diào)，同時(shí)其有較高的穩(wěn)壓精度抖拦、較高的紋波抑制比和較好的輸出電壓溫度特性升酣，而得到了廣泛的應(yīng)用。
　　　
　　設(shè)電源的輸出總功率P0态罪，負(fù)載額定電壓U0噩茄，則輸出電流額定值為I0=P0/U0，為了使電路穩(wěn)定運(yùn)行复颈，還需要考慮一定的設(shè)計(jì)余量（一般取10%以上）绩聘。LM317系列穩(wěn)壓器主要參數(shù)如表1所列，根據(jù)計(jì)算出的電流值圾董，選擇相應(yīng)的穩(wěn)壓器钱淳。 

表1 LM317家族主要成員
 

2.2 整流濾波電路設(shè)計(jì)
　　　
　　橋式整流濾波電路要確定整流二極管以及濾波電容值。
　　　
　　（1）整流二極管的選擇
　　　
　　選擇二極管要依據(jù)二極管的反向耐壓VRM和正向電流IF恳瞄。由于濾波電容的容量愈大布布，二極管導(dǎo)通角愈小，通過(guò)二極管脈沖電流的幅度愈大漩践，因此鹃封，整流管的幅值電流必須加以考慮。流過(guò)整流管的平均電流ID=Ii/2肝唁，Ii=IR2+I0趟伺，IR2=IR1+Iadj≈0.01A（式中Ii為穩(wěn)壓器的輸入電流，IR1处冰、IR2酸疹、Iadj分別為流過(guò)R1、R2耻陕，以及調(diào)整端的電流），則ID=（0.01+I0）／2刨沦∈考慮到電容充電電流的沖擊，正向電流一般取平均電流的2～3倍想诅。
　　　
　　二極管最大反向電壓召庞，式中U2為電源變壓器次級(jí)電壓有效值，Ui為整流輸出電壓（即穩(wěn)壓器輸入電壓）来破。為了保證穩(wěn)壓器LM317穩(wěn)定運(yùn)行篮灼，輸入電壓Ui與輸出電壓U0之差一般在5～15V范圍，取Ui-U0=1OV徘禁，得Udmax=1.2Ui=1.2（U0+10）=12+1.2U0诅诱。設(shè)計(jì)時(shí)可考慮一定的余量。
　　　
　∷椭臁（2）濾波電容設(shè)計(jì)
　　　
　　濾波電解電容C1的選擇原則是：取其放電時(shí)間常數(shù)RLC1大于充電周期的3～5倍娘荡，其耐壓值Uc必須大于脈動(dòng)電壓峰值。對(duì)于橋式整流電路來(lái)說(shuō)驶沼，脈動(dòng)電壓峰值為2U2炮沐，C1的充電周期等于交流電源周期T的一半，即式中RL為整流后的等效負(fù)載電阻佛缕，而RL=Ui/Ii=（10+U0）/（0.0l+I0）碉伙，代入式中即可確定C1值。

2.3 電源變壓器設(shè)計(jì)
　　　
　　在串聯(lián)穩(wěn)壓電路中陈汇，確定變壓器的二次電壓很重要真译。如果為了有富余而把二次電壓做得較高，就會(huì)增加調(diào)整管的損耗，這樣得相應(yīng)地增大散熱器己倾。因此购哺，要設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的電源，變壓器的參數(shù)值往往要經(jīng)過(guò)多次調(diào)整蔫迅。參考史獻(xiàn)中全面地講解了電源變壓囂設(shè)計(jì)的各個(gè)要點(diǎn)人狞，本文不再贅述。這里采用近似計(jì)算的方法來(lái)確定U2和I2具藐。
　　　
　　　U2=Ui/1.2=0.83（10+Uo）
　　　
　　　I2=（1.5～2）Ii=（1.5～2）×（0.01+Io）
　　　
2.4 集成穩(wěn)壓器電路設(shè)計(jì)
　　　
　　為保證穩(wěn)壓器在空載時(shí)也能正常工作．則流過(guò)電阻R1的電流不能太小欢礼。一般取IR1=5～10mA,故R1=VREF/IR1=1.25/（5～10）×10-3≈120～240Ω,式中VREF為穩(wěn)壓器基準(zhǔn)電壓。而輸出電壓U0與VREF庞溜、R1革半、R2有以下關(guān)系：
　　　
　　Un=VREF+（IR1+Iadj）R2=（1+R2/R1）VREF+IadjR2 （1）
　　　
　　調(diào)節(jié)電阻R2，即可改變輸出電壓的大小流码。由于Iadj很杏止佟（只有50μA），所以式（1）可寫為Uo=（1+R2/R1）VREF=1.25（1+R2/R1） （2）
　　　
　　　由式（2）求得R2=（0.8U0-1）R1漫试。
　　　
2.5 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 來(lái)源:(暫不可見(jiàn))
　　　
　　電路中保護(hù)二極管的選擇比較簡(jiǎn)單六敬，只要能保證滿足反向耐壓和沖擊電流這兩個(gè)要求就可以了。而R3的作用主要是限制三極管的基級(jí)電流驾荣，一般取1～2kΩ外构。下面談?wù)勥^(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。
　　　
　〔ブ馈（1）啟動(dòng)狀態(tài)
　　　
　　電機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須滿足充電時(shí)間Υ大于啟動(dòng)時(shí)間δ审编，V2不導(dǎo)通，電機(jī)才能正常啟動(dòng)歧匈。由于啟動(dòng)電流很大垒酬，一般是額定電流的4～7倍，可看成不變嚎猛，設(shè)為I=5I0勉惋。根據(jù)圖4可知。
 

圖4 保護(hù)電路瞬時(shí)短路響應(yīng)
　　　 

　∫蘖稹（2）保護(hù)狀態(tài)
　　　
　　設(shè)電機(jī)負(fù)荷在額定狀態(tài)下運(yùn)行丧爸，電機(jī)電流I0已經(jīng)穩(wěn)定。電機(jī)短路或堵轉(zhuǎn)后洋训，電流突然增大到短路電流Is带超，電容C4開(kāi)始充電∶钌ⅲ考慮一定的設(shè)計(jì)余量昨宋，取保護(hù)電流設(shè)定值IG吹磕。
　　　
2.6 散熱設(shè)計(jì)
　　　
　　穩(wěn)壓器的最大允許功耗取決于芯片的最高結(jié)溫TjM,當(dāng)T

　　求得Rθd后，通過(guò)查散熱片等效熱阻與材料厚度和表面積關(guān)系的有關(guān)手冊(cè)紧除，可得到表面積的范圍壤牙。表2列出了幾種常用封裝形式的熱阻。
　　　
3竿靠、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　　
　　在交流供電電壓220（1±10％）V适肠，輸出額定電壓U0=24V，額定功率P0=15W候引，額定電流I0=0.625A侯养，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間δ=50ms，允許短路時(shí)間ts=500ms澄干，保護(hù)電流整定值Ic=2A逛揩，最高環(huán)境溫度TAM=+45℃的條件下。設(shè)計(jì)出各電路參數(shù)見(jiàn)表3麸俘。

　　　按表3的設(shè)計(jì)選取參數(shù)組裝完畢后辩稽，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：

　　　輸出特性Un=24V,In=0～1A：
　　　電壓穩(wěn)定度 Sv≤5×10-6；
　　　負(fù)載穩(wěn)定度S1≤5×10-5从媚；
　　　溫度系數(shù)α≤1×10-5/℃逞泄。
　　　電機(jī)能正常啟動(dòng)，當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)静檬，過(guò)流保護(hù)正常起作用炭懊。

表2 幾種封裝形式的熱阻
 

表3 設(shè)計(jì)參數(shù)值
 

4并级、結(jié)語(yǔ)
　　　
　　綜上所述拂檩，采用LM317集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的小功率直流電機(jī)電源，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單迈窗，效率高夭蒜，成本低，輸出電壓性能好惑妥，有著很好的應(yīng)用前景值舌。

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