基于LM317的開關(guān)電源設(shè)計(jì)介紹|壹芯微

常見的串聯(lián)三端穩(wěn)壓集成電路，如LM7800、LM7900、LM3xx系列，效率低，如LM7805輸入電源電壓10～15V時(shí)，它的工作效率僅為30%～50%;如將LM7805用于可調(diào)式穩(wěn)壓電源，那么其輸入端電壓可達(dá)35V左右，但工作效率就更低了。另外，LM7800系列TO～220封裝的產(chǎn)品，其自身不加散熱片的允許功耗僅僅1.5VA，加上理想散熱片也只有20VA。開關(guān)式穩(wěn)壓電源具有很高的工作效率，一般可達(dá)60%～90%或以上，本文介紹使用常見的LM317制作的開關(guān)電源，其電路簡(jiǎn)單，性能可靠。

1.LM317簡(jiǎn)介

LM317是應(yīng)用最為廣泛的電源集成電路之一，它不僅具有固定式三端穩(wěn)壓電路的最簡(jiǎn)單形式，又具備輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)。此外，還具有調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點(diǎn)。其主要性能參數(shù)如下。

輸出電壓：1.25-37VDC;輸出電流：5mA-1.5A;芯片內(nèi)部具有過熱、過流、短路保護(hù)電路;最大輸入-輸出電壓差：40VDC，最小輸入-輸出電壓差：3VDC;使用環(huán)境溫度：-10-+85℃。

圖1給出了幾種常用(不同封裝形式)的LM317的外形及引腳排列圖。

圖1 LM317的外形及引腳排列圖

由于輸出端(2腳)與調(diào)節(jié)輸入端(3腳)之間的電壓保持在1.25V，調(diào)整接在輸出端與地之間的分壓電阻R1和R2來改變ADJ端的電位，可以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的，如圖2所示，原理如下：

R1兩端的1.25V恒定電壓產(chǎn)生的恒定電流流過R1和R2，在R2上產(chǎn)生的電壓加到ADJ端。此時(shí)，輸出電壓Vo取決于R1和R2的比值，當(dāng)R2阻值增大時(shí)，輸出電壓升高，即：

Vo=1.25[(R1+R2)/R2]。

圖2 調(diào)節(jié)輸出電壓電路

2.電路設(shè)計(jì)

電路的工作原理是，當(dāng)電路工作開始瞬間，由于LM317尚未建立起工作條件，其輸入端電壓高于輸出端，于是呈現(xiàn)低內(nèi)阻狀態(tài)而導(dǎo)通，儲(chǔ)能電容C2上電壓開始上升，同時(shí)，流過電感L1初級(jí)線圈的電流在Ll中建立磁場(chǎng)，當(dāng)C2上電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，LM317迅速呈現(xiàn)高內(nèi)阻而近似斷開，這時(shí)儲(chǔ)存在L1電感中的磁場(chǎng)通過其次級(jí)線圈和D1向負(fù)荷供電，同時(shí)C2中的能量也向外釋放，直到LM317輸出端電壓低于設(shè)定值，LM317再次導(dǎo)通。如此循環(huán)，LM317便被設(shè)置成開關(guān)工作狀態(tài)。電路圖如圖3所示。

圖3 電路原理圖

該電路安裝后幾乎無需調(diào)試就能工作，經(jīng)過幾例的實(shí)際安裝。電路具有以下特點(diǎn)：

(1)電路開關(guān)頻率變化很大，該頻率與負(fù)載電流大小、輸出電壓高低、C2容量大小有關(guān)系。當(dāng)C2容量超過47μF時(shí)，電路起振困難而變成串聯(lián)式穩(wěn)壓電源，LM317溫升急劇升高。電路振蕩頻率落人人耳可聽范圍后，能聽到開關(guān)變壓器發(fā)出“唧、唧”或“吱、吱”的叫聲。

(2)電源輸出電壓不能從1.25V起調(diào)，起始電壓隨電路負(fù)載大小在2.5V左右，輸出電壓隨負(fù)荷變化不是很穩(wěn)，在15V以下時(shí)高于空載值，15V以上時(shí)低于空載值，誤差在2V以內(nèi)，所以它不適用于對(duì)穩(wěn)壓精度要求很高的場(chǎng)所。

(3)按照附圖中的元件數(shù)據(jù)，電路輸出在1.2A的情況下，輸出電壓范圍是2.5～2.9V。在5V輸出1.2A電流的情況下，LM317溫升很低，如使用普通串聯(lián)電路形式，散熱問題將是很難解決的，這正是本文設(shè)計(jì)的初衷。

電路中C1、C3是濾波電容，一般容量越大越好;C2是儲(chǔ)能定時(shí)電容，該電容小開關(guān)頻率高，但電壓不穩(wěn)定，電容大易造成停振;L1是開關(guān)變壓器，可以用25或29英寸電源濾波線圈代用;L2是濾波電感，也可以用前面濾波線圈代用，但要將兩個(gè)繞組頭尾串起來使用;D1是續(xù)流二極管，型號(hào)為國產(chǎn)2CN類的高速管，不能用一般管代用;D2是保護(hù)二極管，W是輸出電壓調(diào)整電位器，盡量采用線性或功率大一點(diǎn)的使用;R是輸出取樣電阻。變壓器可以用輸入輸出電壓相同的代用，只要能滿面足使用要求，輸出電壓和功率小一點(diǎn)也可。

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