一种双路输出的稳压稳流电源

    摘要：采用新型单片式开关电压调整器LM2576代替常用的线性三端集成稳压器设计了一种双路输出的稳压稳流电源，它具有连续可调，电路新颖，效率高和实用性强的特点。 关键词：开关电源；双路输出；稳压/稳流 1引言
市售的可调式稳压电源大多为线性电源，其工作流程框图如图1所示。

220V50Hz的市电经电源变压器隔离降压、桥式整流和电容滤波后，变成低压直流电压，再经线性稳压器稳压和调压，最后输出稳定的直流电压。在线性电源中，稳压电路是重要的组成部分。早期的稳压器是由晶体管等分立器件组成的。当三端集成稳压器诞生后，以其电路简单，性能优良而获得了广泛的应用。线性电源是一种应用较早，电路成熟的稳压电源。它的优点是电路简单，元器件数目较少、性能可靠、纹波小，瞬态特性好；其缺点则是效率低，损耗大，体积和重量都难以降低。影响体积和重量的主要因素一是采用了工频电源变压器；二是稳压器件需要表面积足够大的散热器。效率低的主要原因是应用了线性稳压器。线性稳压器是通过调节功率稳压器件的通态压降来实现稳压和调压的。功率调整管始终工作在放大区，其输出是连续的、线性的，功耗大，效率低，特别是在输出低电压大电流时，调整管上的压降占了Ud很大的比例，使电源的效率更低。为了减少调整管上的压降，一些稳压电源在变压器次级设置了多个抽头，在输出不同电压时，整流电路接在不同的抽头上，提高了电源的效率，这样做的缺点是增加电源的制作难度，也使操作比较麻烦。
提高电源效率的最有效方法，是采用开关电源。开关电源是采用高频变换原理，通过改变功率输出管上的脉宽或脉频，来达到稳压和调压的。功率管工作在开关状态，功耗低压降小，电源的效率是很高的。开关电源有多种拓扑型式，其中无工频变压器的开关电源最具吸引力，它不仅有高的效率，体积和重量也很小，但这种电源只适合于输出电压固定或变化范围不大的场合，而不适合要求输出电压幅度变化很大或连续可调的场合。本文采用的是串联开关式稳压电源，也称Buck变换器。它仍然采用了工频变压器进行隔离和降压，只是用降压开关稳压IC代替了线性稳压器，在电路中只需增加续流二极管和储能电感器等几只元器件，电路并没有明显复杂化，成本增加很少，而电源的效率却得到了大幅度提高。功率器件发热量很小，可以采用表面积不大的散热器，在负载较轻的情况下，不用散热器也能正常工作。这样便使整机的重量和体积有所减少。
2LM2576—ADJ简介
串联开关稳压器由振荡器、取样放大器、比较器、PWM调制器、功率开关等几部分组成。稳压器已实现了集成化，使外围电路大大简化，与常见的三端集成稳压器相比，并不复杂多少。市售的串联开关稳压器IC种类很多，早期的如L4960、L4962、L296等型号，管脚数目较多，外围电路较复杂。美国NS公司推出的LM2576—ADJ，为单片降压式开关电压调整器，它采用TO?220封装，只有5只管脚，外形和一只塑封晶体管差不多，它是同类产品中最简单的一种。LM2576—ADJ的引脚排列及功能框图如图2、图3所示。
LM2576—ADJ是输出电压可调型的，其技术参数如下：
——输入电压3.5～40V；
——输出电压1.23～37V；
——输出电流3A；
——只需四个外部元器件；
——内部振荡器固定频率52kHz；
——高效；
——TTL关闭能力，低功率备用状态；
——具有热关闭和限流保护功能；
——可采用现成的标准电感器；
——P＋经过产品增强试验。

由此可见，LM2576—ADJ不仅电路简单，性能也十分优越，是目前最优秀的降压式开关电源稳压器之一。笔者采用该集成块设计制作了一款双路输出的稳压稳流电路，兼有电压和电流两种输出，宽范围连续可调，电压输出为1.23～30V，电流输出25mA～1A，完全能满足大多数电路实验、测试和检修的需要。
3电路工作原理
本机的电路图如图4所示。图中上下二电路参数完全相同，工作原理亦相同，故只对上电路作一介绍。

交流市电经电源变压器T1降压，变压器次级有两个完全相同的绕组，每个绕组各有高压和低压两个抽头，高压抽头为33V，低压抽头为13V，抽头的转换由继电器自动完成。次级交流电压经桥式整流和电容滤波后，加到LM2576组成的开关稳压器上。稳压器的第4脚为控制端，它接在由电位器RP1和电阻R5组成的分压电路上，改变RP1的阻值即改变分压比，就能调节其输出电压。Uo=UREF(1＋RP1/R5)，UREF是稳压器取样电路的基准电压，为1?23V，若RP1=30kΩ，R5=1.1kΩ，则Uo=1.23～33V。TL431与电阻R7、R8、继电器K1组成高低压抽头转换电路。TL431为精密可调式并联稳压器，其控制电压为2?5V。当输出电压小于10V时，R7与R8的分压电压小于2.5V，TL431不导通，继电器K1不动作，整流桥接在低压抽头上。反之，当输出电压高于10V时，分压值大于2.5V，TL431导通，继电器K1动作，整流桥接在高压抽头上，输入电压为33V。本文采用的开关稳压器，其效率与输入电压高低无关。T1之所以采用抽头，是因为在输出电压较低时，它的输出脉宽会很窄，占空比很小，这将增加输出电压的纹波系数，给滤波电路提出更高的要求。采用高低压输入方式，对提高低压输出时的脉宽、占空比是有利的。高低压抽头自动转换，操作便利。
本机具有恒流输出功能。当波段开关SA2转到电流档时，LM2576—ADJ的控制端与RP1和R5分压电路断开，转接到由负载电阻RL和电流取样电阻R6和RP2组成分压电路上。Io=UREF/(R6＋RP2)，调节RP2的阻值，就能改变输出电流。当UREF=1.23V，R6=1.2Ω，RP2=51Ω时，Io=25mA～1A。
为便于使用，电路加有仪表P1以显示其输出电压与电流的大小，由2×2开关管理。P1为双刻度，分别显示输出电压与电流。P1采用型号为85C1，灵敏度为1mA的DC电流表。当开关SB1位于上端时，电阻R9与P1并联，R9起分流作用，然后串联到输出电路中。R9的数值与P1内阻Ri有关，若输出电流为3A，P1灵敏度1mA，则R9=Ri/3000，数值很少，可用镍铬丝制作。当SB1处于下端时，电阻R10与P1串联，P1显示的是输出电压值。HL1为变色发光管，当输出电压时，发红光；当输出电流时，发绿光。
4结语
本电源电路简单，功能齐全，使用范围较广，具有较强的实用性。本机电路与一般市售线性电源很相近，元器件大多可通用，故本电路也可用于线性电源的改造。