CN106444944A - 一种线性直流电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供包括电压调节器、和供电管理电路，其特征在于：其还包括输出调整电路、过流保护电路、过压保护电路，供电管理电路包括变压器，变压器的输出端有三个抽头，抽头A、抽头C和设置在中间的抽头B，抽头A和抽头C输出的交流电经全波整流输出第一直流电给电压调节器供电，抽头B输出的交流电经半波整流输出第二直流电给输出调整电路供电。本发明的一种线性直流电源，利用变压器中间抽头来提升电源的整体效率，外加晶体管提升其带负载能力，以高性能的控制芯片LM723为核心，保证输出的精度和稳定性，并实现过流保护、过压保护，所有电路由硬件组成，结构简单、易于实现，具有很高可靠性和可维护性，特别适合于电源为低压大电流的应用场合中使用。
Description
技术领域
本发明属于稳压电源技术领域，具体涉及一种线性直流电源。
背景技术
在模拟电路系统中，电源是影响其性能的重要因素之一，特别是高电压、高频率的应用场合，如高精度的数字量与模拟量之间的相互转换、信号处理电路、医疗设备等。线性电源(LDO)具有供电质量高，纹波小，谐波含量小等优点，可以满足上述应用场合的使用需求，但，目前的线性电源LDO多是以牺牲带负载能力和整体效率来获得精准输出，如何在保证电压输出精度的前提下，提升线性直流电源的带负载能力和输出效率是业界目前需要解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种线性直流电源，在保证电压输出精度的前提下，提升其带负载能力和效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种线性直流电源，包括电压调节器、和供电管理电路，其特征在于：其还包括输出调整电路，
-所述电压调节器U，其型号为LM723，其同相输入引脚连接有可调基准电压电路；
-所述供电管理电路，其包括变压器，所述变压器的输出端有三个抽头，分别为两端的抽头A、抽头C和设置在中间的抽头B，变压器的AB与BC之间的绕组相同，抽头A、抽头B、抽头C分别形成A端、B端、C端，A端和C端输出的交流电经全波整流输出第一直流电，B端输出的交流电经半波整流输出第二直流电；
所述第一直流电给电压调节器供电；
所述第二直流电给输出调整电路供电；
-所述输出调整电路，其包括晶体管一Q1、晶体管二Q2、假负载R10、输出滤波电容C6，晶体管一Q1和晶体管二Q2两者的集电极均连接第二直流电输出端，晶体管一Q1的基极连接电压调节器U的输出端，其发射极连接晶体管二Q2的基极，晶体管二Q2的发射极形成直流电源输出端Vout，假负载R10和输出滤波电容C6并联后连接直流电源输出端Vout；
所述电压调节器U的电流检测引脚CS和反相输入引脚均连接直流电源输出端Vout。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述输出调整电路还包括反并联二极管D5，反并联二极管D5连接晶体管二Q2的集电极和发射极。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括其还包括过压保护电路，所述压保护电路其包括稳压二极管D6、晶闸管SCR1、电阻R11、电容C7，电阻R11和电容C7并联，两者并联后的一端接地，另一端连接稳压二极管D6的阴极和晶闸管SCR1的门极，稳压二极管D6的阳极连接直流电源输出端Vout，晶闸管SCR1的阴极接地，其阳极连接直流电源输出端Vout。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括其还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括电阻R6、可调电阻R7、电阻R9和晶体管二Q2，电阻R6一端接地，其另一端接电压调节器U的电流限制引脚CL，可调电阻R7连接电压调节器U的电流限制引脚CL，其调节抽头连接晶体管二Q2的基极，电阻R9连接在晶体管二Q2的发射极和直流电源输出端Vout之间。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括其还包括频率补偿电路，所述频率补偿电路包括电阻R5和电容C5，电容C5一端连接电压调节器U的频率补偿引脚FC，其另一端连接电阻R5，电阻R5连接在电压调节器U的电流限制引脚CL和电流检测引脚CS之间。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述可调基准电压电路包括电阻R2、电阻R4和可调电阻R3，电阻R2、可调电阻R3、电阻R4三者依次连接串联，串联的一端接地，串联的另一端连接电压调节器U的参考电压引脚Vref，可调电阻R3的调节抽头连接电压调节器U的同相输入引脚。
本发明的有益效果是:
其一、本发明的一种线性直流电源，利用变压器中间抽头来提升电源的整体效率，外加晶体管提升其带负载能力，以高性能的控制芯片LM723为核心，保证输出的精度和稳定性，并实现过流保护、过压保护，所有电路由硬件组成，结构简单、易于实现，具有很高可靠性和可维护性，特别适合于电源为低压大电流的应用场合中使用；
其二、以高精度电压调节器LM723为核心搭建控制电路，凭借其高性能的线性调整率和负载调整率确保输出电压的稳定性；通过外部晶体管、假负载构成的输出调整电路增大电源的输出电流、并承载负载所述电流，以此在保证输出精度的前提下提升电源的待负载能力；
其三、电压调节器的供电和输出调整电路分开供电，市电经过变压器变换输出后经全波整流给电压调节器供电；从变压器的输出引出中间抽头，经半波整流接入输出调整电路为其供电，而不像一般线性电源设计时将全波整流后的电压接入输出调整电路，由于输出电压稳定，最终加在晶体管两端的电压与全波整流后接在输出调整电路时产生的压降相比至少减半，则晶体管上损耗同样减半，以此在保证输出精度的前提下提高电源的整体效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例中公开了一种线性直流电源，包括型号为LM723的电压调节器U、供电管理电路、输出调整电路、过压保护电路、过流保护电路、频率补偿电路和可调基准电压电路。
LM723为目前市面上能够购买到的稳压电源芯片，其具有高性能的线性调整率和负载调整率，使用后能够确保输出电压的稳定性。
可调基准电压电路连接LM723的同相输入引脚，给LM723提供可调的基准电压，具体的，可调基准电压电路包括电阻R2、电阻R4和可调电阻R3，电阻R2、可调电阻R3、电阻R4三者依次连接串联，串联的一端接地，串联的另一端连接电压调节器U的参考电压引脚Vref，可调电阻R3的调节抽头连接电压调节器U的同相输入引脚。
各电路模块的具体结构如下：
所述供电管理电路包括变压器，所述变压器的输出端有三个抽头，分别为两端的抽头A、抽头C和设置在中间的抽头B，变压器的AB与BC之间的绕组相同，抽头A、抽头B、抽头C分别形成A端、B端、C端，A、C端输出的交流电通过电容C1高频滤波，D1～D4桥式全波整流，电容C3低频滤波后，经电阻R1给电压调节器U供电，接LM723的电源引脚。电阻R1对供电电压进行一定限制，同时限制流入电压调节器U的电流；
B端输出的交流电经半波整流输出第二直流电给输出调整电路供电，变压器的AB与BC之间的绕组相同，确保B端整流后相对地的电压稳定。
B端半波整流输出给输出调整电路供电，具体供电连接如下：
如图1所示，所述输出调整电路包括晶体管一Q1、晶体管二Q2、假负载R10、输出滤波电容C6，晶体管一Q1和晶体管二Q2两者的集电极均连接第二直流电输出端，晶体管一Q1的基极连接电压调节器U的输出端，其发射极连接晶体管二Q2的基极，晶体管二Q2的发射极形成直流电源输出端Vout，假负载R10和输出滤波电容C6并联后连接直流电源输出端Vout；
所述电压调节器U的电流检测引脚CS和反相输入引脚均连接直流电源输 出端Vout。
电压调节器U输出的电流经晶体管一Q1放大后驱动晶体管二Q2，晶体管一Q1用于放大LM723输出的驱动电流，晶体管二Q2承载负载电流。
如此，当输出电压低于设定值时，LM723的第四引脚(LM723内置误差放大器的反相输入端)电压也将低于其第五引脚(LM723内置误差放大器的同相输入端)的基准电压，LM723的输出电压升高，晶体管一Q1的集射极电流增大，则晶体管二Q2的集射极电流也增大，因此输出电压增大；当输出电压高于设定值时，LM723的第四引脚(LM723内置误差放大器的反相输入端)电压也将高于其第五引脚(LM723内置误差放大器的同相输入端)的基准电压，LM723的输出电压升高降低，晶体管一Q1的集射极电流减小，则晶体管二Q2的集射极电流也减小，因此输出电压降低。由此，在LM723内置误差放大器的负反馈和Q1、Q2的共同作用下，线性电源具有很大的电流输出能力，且输出电压始终与芯片LM723的基准电压保持一致，具有高精度。
在线性电源的负载范围内，Q1、Q2、R8的参数选型请确保Q2工作在放大区。
作为本发明的进一步改进，所述输出调整电路还包括反并联二极管D5，反并联二极管D5连接晶体管二Q2的集电极和发射极，反并联二极管D5用于消除方向电压脉冲。
如图1所示，所述压保护电路其包括稳压二极管D6、晶闸管SCR1、电阻R11、电容C7，电阻R11和电容C7并联，两者并联后的一端接地，另一端连接稳压二极管D6的阴极和晶闸管SCR1的门极，稳压二极管D6的阳极连接直流电源输出端Vout，晶闸管SCR1的阴极接地，其阳极连接直流电源输出端Vout。
其过压保护的原理如下：过压保护阀值由稳压管D6的稳压值UZ确定，当Vo≤UZ时，过压保护不起作用；当Vo＞UZ时，D6反向导通，流过反向电流IZ，此电流经过R11后，形成压降UG，使得晶闸管SCR1导通，此时Vo将被钳位，等于SCR1的导通压降。
如图1所示，所述过流保护电路包括电阻R6、可调电阻R7、电阻R9和晶体管二Q2，电阻R6一端接地，其另一端接电压调节器U的电流限制引脚CL，可调电阻R7连接电压调节器U的电流限制引脚CL，其调节抽头连接晶体管二Q2的基极，电阻R9连接在晶体管二Q2的发射极和直流电源输出端Vout之间。
其过流保护原理如下：由如图1可知：其中U2为芯片LM723第2引脚(电流限制引脚)上的电压、UB2为Q1发射极的电压、R7为调节端与LM723第2引脚之间的阻值，令则UB2＝αU2(式1)。U2与芯片LM723第3脚(电流检测引脚)电压的差值由硬件电路限制，此值小于等于0.65V，线性直流电源输出电流其中Vo等于芯片LM723第5脚(同相输入引脚)电压，RL为负载电阻，若要设定线性直流电源的最大输出电流，可先调节RL，使Io保持一个确定值，然后调节R7，使得U2＝Vo+0.65(式2)，此时线性直流电源的输出的最大电流将确定，处于满载状态。由图1可知，UR9max＝UB2-0.65-Vo(式3)，其中UR9为R9两端的电压，将式1、式2代入式3可得满载时，UR9max＝(α-1)×(Vo+0.65)(式4)。继续增大负载(RL减小)，输出电流不能突变，则Vonew＜Vo，由式4可知，UR9new＜UR9max，同理，
如上得出结论：当线性直流电源处于满载时，若继续加大负载(RL减小)，则线性直流电源的输出电流和输出电压将不断减小，实现过流保护。
如图1所示，所述频率补偿电路包括电阻R5和电容C5，电容C5一端连接电压调节器U的频率补偿引脚FC，其另一端连接电阻R5，电阻R5连接在电压调节器U的电流限制引脚CL和电流检测引脚CS之间，补偿电流的设置使 得在输出电压变化时可以减小超调量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种线性直流电源，包括电压调节器、和供电管理电路，其特征在于：其还包括输出调整电路，
-所述电压调节器(U)，其型号为LM723，其同相输入引脚连接有可调基准电压电路；
-所述供电管理电路，其包括变压器，所述变压器的输出端有三个抽头，分别为两端的抽头A、抽头C和设置在中间的抽头B，变压器的AB与BC之间的绕组相同，抽头A、抽头B、抽头C分别形成A端、B端、C端，A端和C端输出的交流电经全波整流输出第一直流电，B端输出的交流电经半波整流输出第二直流电；
所述第一直流电给电压调节器供电；
所述第二直流电给输出调整电路供电；
-所述输出调整电路，其包括晶体管一(Q1)、晶体管二(Q2)、假负载(R10)、输出滤波电容(C6)，晶体管一(Q1)和晶体管二(Q2)两者的集电极均连接第二直流电输出端，晶体管一(Q1)的基极连接电压调节器(U)的输出端，其发射极连接晶体管二(Q2)的基极，晶体管二(Q2)的发射极形成直流电源输出端(Vout)，假负载(R10)和输出滤波电容(C6)并联后连接直流电源输出端(Vout)；
所述电压调节器(U)的电流检测引脚(CS)和反相输入引脚均连接直流电源输出端(Vout)。
2.根据权利要求1所述的一种线性直流电源，其特征在于：所述输出调整电路还包括反并联二极管(D5)，反并联二极管(D5)连接晶体管二(Q2)的集电极和发射极。
3.根据权利要求1所述的一种线性直流电源，其特征在于：其还包括过压保护电路，所述压保护电路其包括稳压二极管(D6)、晶闸管(SCR1)、电阻(R11)、电容(C7)，电阻(R11)和电容(C7)并联，两者并联后的一端接地，另一端连接稳压二极管(D6)的阴极和晶闸管(SCR1)的门极，稳压二极管(D6)的阳极连接直流电源输出端(Vout)，晶闸管(SCR1)的阴极接地，其阳极连接直流电源输出端(Vout)。
4.根据权利要求1所述的一种线性直流电源，其特征在于：其还包括过流保护电路，所述过流保护电路包括电阻(R6)、可调电阻(R7)、电阻(R9)和晶体管二(Q2)，电阻(R6)一端接地，其另一端接电压调节器(U)的电流限制引脚(CL)，可调电阻(R7)连接电压调节器(U)的电流限制引脚(CL)，其调节抽头连接晶体管二(Q2)的基极，电阻(R9)连接在晶体管二(Q2)的发射极和直流电源输出端(Vout)之间。
5.根据权利要求1所述的一种线性直流电源，其特征在于：其还包括频率补偿电路，所述频率补偿电路包括电阻(R5)和电容(C5)，电容(C5)一端连接电压调节器(U)的频率补偿引脚(FC)，其另一端连接电阻(R5)，电阻(R5)连接在电压调节器(U)的电流限制引脚(CL)和电流检测引脚(CS)之间。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种线性直流电源，其特征在于：所述可调基准电压电路包括电阻(R2)、电阻(R4)和可调电阻(R3)，电阻(R2)、可调电阻(R3)、电阻(R4)三者依次连接串联，串联的一端接地，串联的另一端连接电压调节器(U)的参考电压引脚(Vref)，可调电阻(R3)的调节抽头连接电压调节器(U)的同相输入引脚。
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