線性穩(wěn)壓電源電子路設(shè)計圖解析 —電路圖天天讀（191）

　　隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，電力電子設(shè)備逐漸廣泛的運用，與此同時，帶來的電力輸配設(shè)施發(fā)展滯后的問題日益嚴(yán)重，設(shè)計不良與供電不足等造成終端電壓不穩(wěn)定，這樣會給設(shè)備造成致命傷害或誤動作，影響工作效率，造成交貨期延誤、質(zhì)量不穩(wěn)定等多方面損失，同時會加速設(shè)備老化、影響使用壽命甚至燒毀配件，以至發(fā)生安全事故，造成不可估量的損失。

　　圖1給出了一個標(biāo)準(zhǔn)的線性穩(wěn)壓器。其輸入端V IN接入一個高于所需值的未穩(wěn)定電壓， 而串聯(lián)導(dǎo)通晶體管Q1使輸出V OUT降低到所需電平。誤差放大器IC1將V OUT的一部分與一個基準(zhǔn)電壓VR做比較，并控制Q1，使輸出電壓與負(fù)載電流IOUT和VIN的變動無關(guān)。這種電路只適用于小范圍的輸出電壓。

　　當(dāng)需要寬輸出電壓時（如實驗室電源） ， 電阻R Q1的值必須足夠小，晶體管Q1才能在大輸出電壓范圍下保持足夠的基極電流， 但當(dāng)輸出電壓降低時，這只電阻和晶體管Q3上會消耗很大功率。另外，Q3還必須能承受最高VIN。

　　圖2 中的電路可以解決這些問題。兩個標(biāo)準(zhǔn)變壓器T 1和T 2 （ 220 V ac ~6 V ac ， 10 W ）用于產(chǎn)生一個主電源VM 的隔離副本。這個副本經(jīng)D1 、D2 、C1和C2的倍壓及整流，從220 V ac的V M獲得大約560V 的VIN。按圖1中的連接標(biāo)準(zhǔn)， 一只串聯(lián)導(dǎo)通晶體管Q1（BU508A(＄0.7750)） 將非穩(wěn)壓的V IN降低到一個固定的V OUT ， IC 1將分壓后的V OUT與VR做比較。電位器R 3用于設(shè)定VR， 從而按下式調(diào)節(jié)V OUT= VR× ［ （RFG+ RF） / RFG ］，其中RF=RF1+RF2…RFn。

　　當(dāng)十只電阻（每只1MΩ）串聯(lián)組成RF，最大基準(zhǔn)電壓為5V時，輸出電壓可以設(shè)定為0 V~505V。OPA364(＄0.7130)運算放大器可在軌至軌輸入情況下正常工作，VR范圍從0 V~5V，能夠提供高達(dá)40mA電流。為降低因驅(qū)動一個串聯(lián)導(dǎo)通晶體管而產(chǎn)生的功耗， 擴(kuò)展輸出電壓范圍，晶體管Q1的驅(qū)動采用了光隔離的非傳統(tǒng)方式。兩個光電二極管FD1和FD2工作在光伏模式，為晶體管Q1的基極提供驅(qū)動電流。落在光電二極管上的光線產(chǎn)生進(jìn)入Q1基極的電流。

　　光伏模式下的單只光電二極管最大電壓不足以驅(qū)動基極， 因此采用兩支光電二極管串聯(lián)方式。這里使用的是870nm~959 nm紅外光電二極管，用兩只IR LED LD1和LD2作照明。LED為標(biāo)準(zhǔn)的5mm塑封型。為改善LED電流與光電二極管所產(chǎn)生電流的傳輸比，要切掉LED頂端，再拋光成為一個平面。將光電二極管靠近這個平面。這種自制光耦的傳輸比大約為0.05（即通過LED的20mA電流可在光電二極管中產(chǎn)生1mA電流）。還有一種方法是采用市售的線性光耦，例如IL300(＄2.1041)，它封裝了兩只光電二極管。不過它的電流傳輸比只有約0.007，因此應(yīng)將多只并聯(lián)使用。Q2和R2組成了限流電路，當(dāng)輸出電流大于Q2的導(dǎo)通閾值時，簡單地將FD1和FD2光電二極管短接，這種限制與輸出電壓無關(guān)。增加的電容 C6用作補(bǔ)償，而晶體管Q1應(yīng)配備一個至少5 C/W的散熱器。運放電源與基準(zhǔn)電壓都取自兩個變壓器之間的交流信號，采用了整流橋BR1（50V，1A），兩只濾波電容C7和C8，以及穩(wěn)壓器IC 2 （LM7805(＄0.2053)）。通過簡單地短接電容C 5， 使VR等于0 ， 就可以將輸出電壓切斷。

　　110V ac電壓地區(qū)的人可以采用當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)成變壓器，但應(yīng)修改電路，再增加一個變壓器T3（ 與T1 和T2 一樣， 均為110 V ac~6 V ac ， 10 W ）才能獲得500V，方法是將低電壓繞組并聯(lián)，而變壓器T2和T3的高電壓繞組串聯(lián)。高電壓繞組的工作可以用交流電壓表做校準(zhǔn)；如果電壓表讀數(shù)為零，則必須交換T3的繞圈兩端。另外， 如果有220 V / 6 V 的變壓器，可保持T2為220 V / 6 V，而T1用110V/6V。

　　編輯點評：穩(wěn)壓電源對使用環(huán)境有一定的要求，應(yīng)在室內(nèi)通風(fēng)干燥處，安裝場不應(yīng)該有影響穩(wěn)壓器絕緣性能的氣體、蒸汽及其它爆炸性和腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)無嚴(yán)重振動顛簸。本文主要介紹了一種0V~500V、10mA電源的不同穩(wěn)壓方法，采用了OPA364運算放大器，多個光電二極管以及IC LM7805等多種電子器件確保有穩(wěn)定的輸出。