一種高負載能力的直流穩壓電源設計

陳朕+陳寶君+毛啟立+彭松+江智威

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

0 前言

隨著當今社會科學技術的發展，電子設備也向高精度、高穩定性和高可靠性等方向發展，這樣對電子設備的供電電源也提出了高的要求。本文旨在設計一種高穩定性的直流穩壓電源，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定性能的可控精密穩壓源。它的輸出電壓固定在2.5V，由于該穩壓源的性能好、價格低，廣泛應用于電源電路中。LM358是一種雙運算放大器的集成芯片，由兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的運算放大器組成。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，其電流與電壓無關可用于隔離，因而它應用多種運放場合。IRF540N場效應管是電壓控制器件，它通過柵、源極電壓來控制漏極電流，溫度穩定性較好。而TL431穩壓的電路并不能提供良好的負載驅動能力，此時加入LM358運算放大器和IRF540N場效應管對電路進行優化，LM358運算放大器與TL431穩壓的電路隔離并跟隨電壓，使IRF540N場效應管驅動源極輸出大電流，從而提高整個電路驅動負載的能力。本電路電源設計利用上述元器件的優點能夠有效輸出穩定的直流電壓，能達到電路設計要求，具有穩壓能力強、負載能力高等特性。

1 系統與電路設計

1.1 系統設計原理分析

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

1.2 直流穩壓電源電路設計原理分析

直流穩壓電源電路如圖2所示。與輸入電源Vin并聯的電容進行電源濾波，TL431穩壓源實現2.5V的穩壓，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5A，NPN三極管Q1、Q2對稱整流。當LM358輸入的穩定電壓發生變化時，Q1的輸出電流也發生相應的變化，而此時Q2的輸出電流會發生與Q1相反的變化，TIP127輸出電流也會跟隨著Q2改變，從而使電壓穩定不變。由于TL431的作用Q1三極管基極始終穩定為2.5V。通過調整精密電位器進行升壓實現5V電壓左右輸出。為解決電路的負載能力問題，過LM358運算放大器與升壓輸出的電源電壓進行隔離，利用LM2577形成壓差12V驅動LM358運算放大器工作，IRF540N場效應管驅動源極輸出大電流，從而提高電路負載的驅動能力，保證了5V的穩壓電源電壓輸出。該電路具有穩壓輸出的特點，并且具有高負載能力的特性。

2 電路測試

2.1 測試要求與內容

本測試采用DF1701SLL直流穩壓電源進行供電，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行測試。驗證電源電路的穩定性，采用以下測試內容：

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

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

2.2 測試數據結果

測試數據結果見表1。

2.3 測試數據分析

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

（2）有負載時（即負載阻值為5Ω），直流穩壓電路的輸入電壓在5.5～25V范圍內變化，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，負載電流由1A減小到0.01A時，輸出電壓保持在5V左右。

3 結論

根據直流穩壓電源測試數據顯示，可以看出當輸入電壓為5.5～25V時，負載變化時，輸出電壓保持在5V左右，其變化范圍極小，因而該直流穩壓電源輸出電壓穩定性好，具有高負載能力。

參考文獻

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