带有过流保护的大电流可调稳压电源

商丘市第一高级中学 刘耀孔 蒋浩睿 刘家灿 李思敏

带有过流保护的大电流可调稳压电源

商丘市第一高级中学 刘耀孔 蒋浩睿 刘家灿 李思敏

笔者设计了一台稳压电源，它具有如下优点：输出电流大、过流自动保护、输出电压可调范围大、输出电压精度高、负载调整率低、制作简单、使用方便、安全可靠等优点。

稳压电源；过流保护；扩流；稳压块

1.稳压部分的工作原理

稳压电源的电路原理如图1所示，在稳压电源中，BG1是稳压电源的扩流管，它工作在发射极跟随输出状态，BG1的发射极输出电压（也就是稳压电源的输出电压）跟随其基极电压变化而变化，而BG1的基极电压就是LM317稳压块的输出电压，在本稳压电源中，LM317相当于扩流管BG1的基准电压源，从所附的电路图中可以看出，稳压电源的输出电压V0=V317-Vbe，其中V317是LM317的输出电压，Vbe是扩流管BG1的b、e结的结电压，如果BG1是硅材料NPN管，则Vbe=0.7V，大家都知道，LM317的最低输出电压为1.25V，所以本稳压电源的最低输出电压为V0=1.25-0.7=0.55V，稳压电源的最高输出电压可以通过下式自行设定，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；公式一和公式二联合求解用来确定R3和W的阻值大小；公式二的作用主要是用来保证在稳压电源空载时，R3和W组成的调压电路能够给LM317提供大于等于5mA的电流泄放回路，因为LM317的最小稳定工作电流为5mA左右，如果在电源空载时，LM317的输出电流达不到其最小稳定工作电流，LM317在空载时就不能稳定的工作，造成LM317在有载和空载两种情况下输出电压有明显差别，这样会使电源制作者误认为LM317的负载调整率很大。为了更好的说明问题，现举例说明如下，假设电源扩流所使用的扩流管为硅材料NPN管，则Vbe=0.7V，要求稳压电源的输出电压可调范围为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，则R3=250Ω；由公式一V317=1.25（1+ W/R3）可以计算出W=6KΩ。即当R3=250Ω、W=6KΩ时，稳压电源的输出电压可调范围为0.5～30V。

图1 稳压电源的电路原理图

2.过流保护电路的工作原理

JK为继电器J的常开触点，接通电源开关K并按下启动按钮AN，如果稳压电源不是处于过流状态，检流电阻R上的电压很小不足以使过流检测管BG2导通，BG2处于截止状态，继电器驱动管BG3的基极处于低电位，BG3的发射极为高电位，BG3立即导通，继电器J吸合，使常开触点JK闭合，锁定电源接通状态，稳压电源正常工作。

当由于某种原因导致稳压电源过流时，过流检测管BG2就会从过流检测电阻R上检测到过流信号，BG2由截止转为导通，BG2的集电极由低电位转为高电位，继电器驱动管BG3的基极由低电位转为高电位，BG3由导通转为截止，继电器J因失去驱动电流而动作，其触点由闭合转为断开，220V交流电被断开，整个稳压电源失电，由于JK为常开触点，所以稳压电源的失电状态被锁定，从而保护了稳压电源。当稳压电源的过流问题解决后，按下启动按钮AN，稳压电源又可正常工作。

3.需要说明的问题

①扩流管BG1的Icm和Pcm应根据稳压电源的输出电流的大小进行选择，参数应留有足够的余量，扩流管应加装足够大的散热片。

②过流检测电阻R的大小可根据公式Vbe=I·R计算出来，Vbe为过流检测管BG2的b、e结电压，电流I的大小可认为约等于稳压电源的输出电流。

③电源变压器应根据输出电流（功率）的大小进行选择，变压器铁芯横截面积可根据公式S=k·P1/2进行计算，其中S为变压器铁芯横截面积，P为所需要的功率，k为系数，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；变压器的每伏匝数可根据公式n=4.5/B·S进行计算，其中n为变压器的每伏匝数，S为变压器铁芯横截面积，B一般可取1～1.5，铁芯质量越好B取值越大，铁芯质量越差B取值越小；绕制变压器所用的漆包线的直径可使用公式d=0.7I1/2进行计算，其中d为绕制变压器所用的漆包线的直径，I为所需电流。

④单刀双掷开关K1用于两组交流电压的选择，当需要输出低电压时，应当选择低压绕组，当需要输出高电压时，应当选择高压绕组，主要目的是为了保证输出大电流、减少稳压电源的自身功耗和发热量。

⑤整流二极管（整流桥）应根据输出电流的大小进行选择并加装适当的散热片。

⑥当需要输出电流很大，一个扩流管不能满足扩流要求时，可采用多个扩流管复合使用，使稳压电源输出更大的电流，但一般不推荐多个扩流管复合使用，因为这样会增加稳压电源的内阻，抬高稳压电源的负载调整率，降低稳压电源的性能指标。

［1］户川治朗.实用电源电路设计［M］.北京：科学出版社，2016.

［2］乔琛.晶体管整流稳压电源设计［M］.北京：北京出版社，1986.

［3］杨欣.电子设计从零开始（第2版）［M］.北京：清华大学出版社，2010.