帶有過流保護的大電流可調穩壓電源

商丘市第一高級中學 劉耀孔 蔣浩睿 劉家燦 李思敏

帶有過流保護的大電流可調穩壓電源

商丘市第一高級中學 劉耀孔 蔣浩睿 劉家燦 李思敏

筆者設計了一臺穩壓電源，它具有如下優點：輸出電流大、過流自動保護、輸出電壓可調范圍大、輸出電壓精度高、負載調整率低、制作簡單、使用方便、安全可靠等優點。

穩壓電源；過流保護；擴流；穩壓塊

1.穩壓部分的工作原理

穩壓電源的電路原理如圖1所示，在穩壓電源中，BG1是穩壓電源的擴流管，它工作在發射極跟隨輸出狀態，BG1的發射極輸出電壓（也就是穩壓電源的輸出電壓）跟隨其基極電壓變化而變化，而BG1的基極電壓就是LM317穩壓塊的輸出電壓，在本穩壓電源中，LM317相當于擴流管BG1的基準電壓源，從所附的電路圖中可以看出，穩壓電源的輸出電壓V0=V317-Vbe，其中V317是LM317的輸出電壓，Vbe是擴流管BG1的b、e結的結電壓，如果BG1是硅材料NPN管，則Vbe=0.7V，大家都知道，LM317的最低輸出電壓為1.25V，所以本穩壓電源的最低輸出電壓為V0=1.25-0.7=0.55V，穩壓電源的最高輸出電壓可以通過下式自行設定，公式一是V317=1.25（1+ W/ R3）；公式二是R3≦1.25÷0.005；公式三是V0= V317-Vbe；公式一和公式二聯合求解用來確定R3和W的阻值大小；公式二的作用主要是用來保證在穩壓電源空載時，R3和W組成的調壓電路能夠給LM317提供大于等于5mA的電流泄放回路，因為LM317的最小穩定工作電流為5mA左右，如果在電源空載時，LM317的輸出電流達不到其最小穩定工作電流，LM317在空載時就不能穩定的工作，造成LM317在有載和空載兩種情況下輸出電壓有明顯差別，這樣會使電源制作者誤認為LM317的負載調整率很大。為了更好的說明問題，現舉例說明如下，假設電源擴流所使用的擴流管為硅材料NPN管，則Vbe=0.7V，要求穩壓電源的輸出電壓可調范圍為0.5～30V，由公式三V0= V317-Vbe可知V317=30.7V；按公式二取R3=1.25÷0.005，則R3=250Ω；由公式一V317=1.25（1+ W/R3）可以計算出W=6KΩ。即當R3=250Ω、W=6KΩ時，穩壓電源的輸出電壓可調范圍為0.5～30V。

圖1 穩壓電源的電路原理圖

2.過流保護電路的工作原理

JK為繼電器J的常開觸點，接通電源開關K并按下啟動按鈕AN，如果穩壓電源不是處于過流狀態，檢流電阻R上的電壓很小不足以使過流檢測管BG2導通，BG2處于截止狀態，繼電器驅動管BG3的基極處于低電位，BG3的發射極為高電位，BG3立即導通，繼電器J吸合，使常開觸點JK閉合，鎖定電源接通狀態，穩壓電源正常工作。

當由于某種原因導致穩壓電源過流時，過流檢測管BG2就會從過流檢測電阻R上檢測到過流信號，BG2由截止轉為導通，BG2的集電極由低電位轉為高電位，繼電器驅動管BG3的基極由低電位轉為高電位，BG3由導通轉為截止，繼電器J因失去驅動電流而動作，其觸點由閉合轉為斷開，220V交流電被斷開，整個穩壓電源失電，由于JK為常開觸點，所以穩壓電源的失電狀態被鎖定，從而保護了穩壓電源。當穩壓電源的過流問題解決后，按下啟動按鈕AN，穩壓電源又可正常工作。

3.需要說明的問題

①擴流管BG1的Icm和Pcm應根據穩壓電源的輸出電流的大小進行選擇，參數應留有足夠的余量，擴流管應加裝足夠大的散熱片。

②過流檢測電阻R的大小可根據公式Vbe=I·R計算出來，Vbe為過流檢測管BG2的b、e結電壓，電流I的大小可認為約等于穩壓電源的輸出電流。

③電源變壓器應根據輸出電流（功率）的大小進行選擇，變壓器鐵芯橫截面積可根據公式S=k·P1/2進行計算，其中S為變壓器鐵芯橫截面積，P為所需要的功率，k為系數，一般可取1.2～1.5，功率P越大k取值越小，功率P越小k取值越大；變壓器的每伏匝數可根據公式n=4.5/B·S進行計算，其中n為變壓器的每伏匝數，S為變壓器鐵芯橫截面積，B一般可取1～1.5，鐵芯質量越好B取值越大，鐵芯質量越差B取值越小；繞制變壓器所用的漆包線的直徑可使用公式d=0.7I1/2進行計算，其中d為繞制變壓器所用的漆包線的直徑，I為所需電流。

④單刀雙擲開關K1用于兩組交流電壓的選擇，當需要輸出低電壓時，應當選擇低壓繞組，當需要輸出高電壓時，應當選擇高壓繞組，主要目的是為了保證輸出大電流、減少穩壓電源的自身功耗和發熱量。

⑤整流二極管（整流橋）應根據輸出電流的大小進行選擇并加裝適當的散熱片。

⑥當需要輸出電流很大，一個擴流管不能滿足擴流要求時，可采用多個擴流管復合使用，使穩壓電源輸出更大的電流，但一般不推薦多個擴流管復合使用，因為這樣會增加穩壓電源的內阻，抬高穩壓電源的負載調整率，降低穩壓電源的性能指標。

［1］戶川治朗.實用電源電路設計［M］.北京：科學出版社，2016.

［2］喬琛.晶體管整流穩壓電源設計［M］.北京：北京出版社，1986.

［3］楊欣.電子設計從零開始（第2版）［M］.北京：清華大學出版社，2010.