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可調(diào)電壓電源

作者: 時(shí)間:2025-03-14 來(lái)源:EEPW編譯 收藏

三端線性固定電壓穩(wěn)壓器是創(chuàng)建正電壓或負(fù)電壓的熱門選擇。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/202503/468084.htm

在我們關(guān)于將ATX電源改裝為臺(tái)式電源的教程之后,一個(gè)非常好的補(bǔ)充是使用LM317T正電壓穩(wěn)壓器來(lái)創(chuàng)建一個(gè)。

LM317T是一種可調(diào)節(jié)的三端正電壓穩(wěn)壓器,能夠提供不同的直流電壓輸出,而不僅僅是固定的+5V或+12V電源,或者作為從幾伏到某個(gè)最大值的可調(diào)輸出電壓,所有輸出電流約為1.5安培。

通過在PSU的輸出端添加一些額外的電路,我們可以擁有一個(gè)能夠提供一系列固定或可調(diào)電壓的臺(tái)式電源,無(wú)論是正電壓還是負(fù)電壓。事實(shí)上,這比你可能想象的要簡(jiǎn)單得多,因?yàn)樽儔浩?、整流和濾波已經(jīng)由PSU預(yù)先完成,我們只需要將我們的額外電路連接到+12V黃色電線輸出即可。但首先,讓我們考慮一個(gè)固定電壓輸出。

固定9V電源

有許多種類的三端電壓穩(wěn)壓器可用,標(biāo)準(zhǔn)TO-220封裝中最受歡迎的固定電壓穩(wěn)壓器是78xx系列正電壓穩(wěn)壓器,從非常常見的7805(+5V固定電壓穩(wěn)壓器)到7824(+24V固定電壓穩(wěn)壓器)。還有79xx系列的固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器,可以產(chǎn)生從-5V到-24V的互補(bǔ)負(fù)電壓,但在本教程中,我們只使用正電壓78xx類型。

固定三端穩(wěn)壓器在不需要可調(diào)輸出的應(yīng)用中非常有用,使得輸出電源簡(jiǎn)單但非常靈活,因?yàn)槠漭敵鲭妷簝H取決于所選的穩(wěn)壓器。它們被稱為三端電壓穩(wěn)壓器,因?yàn)樗鼈冎挥腥齻€(gè)端子連接,分別是輸入、地和輸出。

穩(wěn)壓器的輸入電壓將來(lái)自PSU的+12V黃色電線(或單獨(dú)的變壓器電源),并連接在輸入端和地端之間。穩(wěn)定的+9V電壓在輸出端和地端之間取得,如圖所示。

固定穩(wěn)壓器電路

 

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假設(shè)我們想要從我們的PSU臺(tái)式電源中獲得+9V的輸出電壓,那么我們只需要將一個(gè)+9V電壓穩(wěn)壓器連接到+12V黃色電線。由于PSU已經(jīng)對(duì)+12V輸出進(jìn)行了整流和濾波,唯一需要的額外組件是輸入端和輸出端的電容器。

這些額外的電容器有助于穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性,可以在100nF到330nF之間。額外的100uF輸出電容器有助于平滑固有的紋波內(nèi)容,提供良好的瞬態(tài)響應(yīng)。這個(gè)放置在電源電路輸出端的大值電容器通常稱為“濾波電容器”。

這些78xx系列穩(wěn)壓器在5、6、8、9、12、15、18和24V的固定穩(wěn)定電壓下提供最大約1.5安培的輸出電流。但如果我們想要+9V的輸出電壓,但只有一個(gè)7805(+5V穩(wěn)壓器)呢?7805的+5V輸出是相對(duì)于“地,Gnd”或“0V”端子的。

如果我們將這個(gè)引腳2端子電壓從0V增加到4V,那么輸出也將增加4V,前提是有足夠的輸入電壓。然后通過在穩(wěn)壓器的引腳2和地之間放置一個(gè)小的4V(最接近的優(yōu)選值為4.3V)齊納二極管,我們可以使7805 5V穩(wěn)壓器產(chǎn)生+9V的輸出電壓,如圖所示。

增加輸出電壓

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那么它是如何工作的呢?4.3V齊納二極管需要大約5mA的反向偏置電流來(lái)維持輸出,穩(wěn)壓器消耗約0.5mA。這個(gè)總電流5.5mA通過電阻“R1”從輸出引腳3提供。

因此,7805穩(wěn)壓器所需的電阻值為R = 5V/5.5mA = 910歐姆。連接在輸入端和輸出端之間的反饋二極管D1用于保護(hù),并防止在輸入電源電壓關(guān)閉時(shí)穩(wěn)壓器被反向偏置,而由于大感性負(fù)載(如螺線管或電機(jī)),輸出電源在短時(shí)間內(nèi)保持開啟或活動(dòng)狀態(tài)。

然后我們可以使用三端電壓穩(wěn)壓器和合適的齊納二極管從我們之前的臺(tái)式電源中產(chǎn)生各種固定輸出電壓,范圍從+5V到+12V。但我們可以通過用可調(diào)電壓穩(wěn)壓器(如LM317T)替換固定電壓穩(wěn)壓器來(lái)改進(jìn)這個(gè)設(shè)計(jì)。

LM317T是一個(gè)完全可調(diào)的三端正電壓穩(wěn)壓器,能夠提供1.5安培的輸出電流,輸出電壓范圍從約1.25V到略高于30V。通過使用兩個(gè)電阻的比例,一個(gè)固定值,另一個(gè)可變(或兩者都固定),我們可以將輸出電壓設(shè)置為所需水平,相應(yīng)的輸入電壓可以在3到40V之間。

LM317T可調(diào)電壓穩(wěn)壓器還具有內(nèi)置的電流限制和熱關(guān)斷功能,使其具有短路保護(hù)功能,非常適合任何低壓或自制的臺(tái)式電源。

LM317T的輸出電壓由兩個(gè)反饋電阻R1和R2的比例決定,這兩個(gè)電阻在輸出端形成一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò),如下所示。

LM317T可調(diào)電壓穩(wěn)壓器

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反饋電阻R1上的電壓是一個(gè)恒定的1.25V參考電壓,Vref,在“輸出”和“調(diào)節(jié)”端子之間產(chǎn)生。調(diào)節(jié)端子電流是一個(gè)恒定的100uA電流。由于電阻R1上的參考電壓是恒定的,恒定電流i將流過另一個(gè)電阻R2,從而產(chǎn)生輸出電壓:

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然后無(wú)論流過電阻R1的電流是多少,也會(huì)流過電阻R2(忽略非常小的調(diào)節(jié)端子電流),R1和R2上的電壓降之和等于輸出電壓Vout。顯然,輸入電壓Vin必須比所需的輸出電壓至少高2.5V才能為穩(wěn)壓器供電。

此外,LM317T具有非常好的負(fù)載調(diào)節(jié)能力,前提是最小負(fù)載電流大于10mA。因此,為了保持1.25V的恒定參考電壓,反饋電阻R1的最小值需要為1.25V/10mA = 120歐姆,這個(gè)值可以在120歐姆到1,000歐姆之間,R1的典型值約為220Ω到240Ω,以獲得良好的穩(wěn)定性。

如果我們知道所需的輸出電壓Vout的值,并且反饋電阻R1為240歐姆,那么我們可以從上述方程計(jì)算電阻R2的值。例如,我們?cè)瓉?lái)的輸出電壓9V將給出R2的電阻值:

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或最接近的優(yōu)選值1,500歐姆(1k5Ω)。

當(dāng)然,在實(shí)踐中,電阻R1和R2通常會(huì)被電位器替換,以產(chǎn)生可調(diào)電壓電源,或者如果需要幾個(gè)固定輸出電壓,則可以使用幾個(gè)切換的預(yù)設(shè)電阻。

但為了減少每次我們想要特定電壓時(shí)計(jì)算電阻R2值所需的數(shù)學(xué)運(yùn)算,我們可以使用如下所示的標(biāo)準(zhǔn)電阻表,該表為我們提供了使用E24電阻值的不同電阻R1和R2比例下的穩(wěn)壓器輸出電壓。

電阻R1與R2的比例

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通過將電阻R2替換為2k歐姆電位器,我們可以控制PSU臺(tái)式電源的輸出電壓范圍從約1.25V到最大輸出電壓10.75(12-1.25)V。然后我們最終的修改后的可調(diào)電源電路如下所示。

可調(diào)電壓電源電路

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我們可以通過在輸出端連接一個(gè)電流表和一個(gè)電壓表來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)我們的基本電壓穩(wěn)壓器電路。這些儀器將提供穩(wěn)壓器輸出的電流和電壓的視覺指示。如果需要,還可以在設(shè)計(jì)中加入快速熔斷器以提供額外的短路保護(hù),如圖所示。

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電壓表和電流表的添加

LM317T的缺點(diǎn)

使用LM317T作為可調(diào)電壓電源電路的一部分來(lái)調(diào)節(jié)電壓的主要缺點(diǎn)之一是,多達(dá)2.5V的電壓降或熱量損失在穩(wěn)壓器上。因此,例如,如果所需的輸出電壓為+9V,則輸入電壓將需要高達(dá)12V或更高,以便在最大負(fù)載條件下保持輸出電壓穩(wěn)定。這種穩(wěn)壓器上的電壓降稱為“壓差”。此外,由于這種壓差電壓,需要某種形式的散熱來(lái)保持穩(wěn)壓器冷卻。

幸運(yùn)的是,有低壓差可調(diào)電壓穩(wěn)壓器可用,例如國(guó)家半導(dǎo)體的“LM2941T”低壓差可調(diào)電壓穩(wěn)壓器,其在最大負(fù)載下的低壓差僅為0.9V。這種低壓差的代價(jià)是該設(shè)備只能提供1.0安培的輸出電流,輸出電壓范圍為5到20V。然而,我們可以使用該設(shè)備提供約11.1V的輸出電壓,略低于輸入電壓。

總結(jié)一下,我們?cè)谥暗慕坛讨袕呐fPC電源單元制作的臺(tái)式電源可以通過使用LM317T調(diào)節(jié)電壓來(lái)轉(zhuǎn)換為可調(diào)電壓電源。通過將該設(shè)備的輸入端連接到PSU的+12V黃色輸出電線,我們可以同時(shí)獲得固定的+5V、+12V和從約2V到10V的可調(diào)輸出電壓,最大輸出電流為1.5A。



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