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工業用大功率的電源設備要具備高的可靠性，優良的電壓穩定性，低的功率損耗，超強的抗干擾能力以及低的電磁輻射干擾。特別是對于儀器儀表電路，傳感器輸入電路，小信號的線性放大系統，這些特性尤為重要，為此常采用線性穩壓電源。但應對工業環境中電網的大范圍波動和需要降低功耗所形成的矛盾常常成為設計的難點。為此，我們基于LT1083大功率低壓差三端穩壓電源的特點，設計了適合于工業用的大功率電源系統。 三端穩壓集成電路電源的組成和特點 圖1是采用LM350(I0=3A)或LM338(I0=5A)三端集成穩壓電路所組成的大功率電源系統。它具有輸出電流大，輸出阻抗低，穩壓特性好，電路簡單等優點；并可根據負載需要在1.25～36V之間通過簡單的電阻分壓取樣來進行調節。 圖1 采用LM350的大功率電源系統 由于LM350或LM338在滿載工作時，要保證輸出電壓穩定系數為1%，輸入電壓需大于輸出電壓3V以上。例如，對于輸出為12V、7A的穩壓電源，要保證U0=12V，Vi≥15V。按照一般設計要求，在電容濾波電路中，變壓器的輸出電壓U2≥15+K(V)，K=15/1.2×10%，為電網允許波動的下降值。在一般民用電子產品中常采用U2=15V這種方案。 但是，這樣的設計幾乎不能實際應用在工業電子線路中，因為工業電子電源的電氣環境惡劣，特別是電網的大幅度波動往往會超過額定值的30%（例如，大型電動機的啟動）。如果電壓波動是極其短暫的，可以通過增大濾波電容來補償，而對長時間的波動（時間超過一分鐘以上），設計就遇到了困難。 隨著U2的提高，輸入與輸出的壓差即三端穩壓器中的調整管壓降△U=Ui-U0上升，直接造成電源自身的功耗PC=△UI0增加，這部分增大的功耗直接轉換成熱能，嚴重地影響著電源的安全性，同時使電源的效率減小。 LT1083的特點及電路設計 LT1083是凌利爾特公司生產的大功率線性三端穩壓集成電路，采用TO-3P封裝，輸出電流高達7A。它能夠在低至1V的壓差條件下運行，壓降能夠在最大電流條件下保證在1.5V內，且負載電流減小時允許壓差同時減小；可在多種電流水平條件下通過片內修正電路，提供所保證的最小壓差，并能夠使輸出電壓準確度調節至1%。其電壓調整率為0.015%，負載調整率為0.01%，具有熱功耗限制保護。 圖2是LT1083的工作原理圖，其典型應用如圖3所示。 圖2 LT1083內部結構 圖3 LT1083的典型應用 利用TL431實現前段補償提高電源的效率 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，適用范圍廣泛。本設計巧用TL431的比較特性來實現電壓的自動切換，用TL431組成前段補償電路。 由圖4可知，當Uref＞ref（2.5V）時，TL431導通，UA=2V；當Uref＜ref(2.5V)時，TL431截止，UA=UCC，電源經R3、U1、R2使Q1導通，實現繼電器K動作。故可利用其比較特性組成輸入電壓切換電路，當輸入電壓正常時，UA=2.5V、UO1=2V，三極管不導通，繼電器不吸合。由于LT1083的低壓差特性，輸入電壓為15V、Ui=15.5V，完全能夠保證UO=12V的正常輸出。當有大負載沖擊時，電網電壓下降30%，輸入只有10.5V，Ui=10.8V，輸出將退出穩壓。此時，輸入取樣電壓UA≤2.5V，TL431截止，輸出為高電壓，電源經R3U1R2使三極管導通，繼電器吸合，輸入被切換到升壓繞組上，保證Uo=12V的穩壓輸出。 圖4 用TL431組成的前段補償電路 圖5 基于LT1083的電源系統 基于LT1083的大功率工業電源系統的設計 圖5是UO=12V，IO=5～7A的大功率工業用電源的整機穩壓電路。補償繞組為5V，可根據工作環境的要求進行合理設計，U2設計為15V。在正常工作時，電源電路輸入經繼電器J與變壓器輸出2相連，經整流濾波后，Ui=15.8V。當輸入電壓在10%的正常范圍內波動時，輸出電壓U0能夠很好的穩定在12V。當輸入電壓急劇下降并持續波動時，取樣電路經VD5～VD8，C6、RP、R3、R4對電源取樣，當IC2的1腳Uref端小于2.5V時，IC2截止；UA升高，電源經R5VD10使三極管VT導通，繼電器吸合，輸入與3腳相連；補償繞組接入，使Ui保持15V以上，再經LT1083穩壓后輸出12V。當Ui升高后，IC2導通，但由于CX的作用，會維持三極管Q1繼續導通數秒后再截止，避免輸出急劇波動。Q1截止后繼電器釋放，輸入與2相連，使穩壓電源回到低壓差狀態運行，降低了IC自身的功耗，減少發熱量，增大可靠性，提高電源的效率。 |
