基于LT1083的大功率工業(yè)電子線路電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

工業(yè)用大功率的電源設(shè)備要具備高的可靠性，優(yōu)良的電壓穩(wěn)定性，低的功率損耗，超強(qiáng)的抗干擾能力以及低的電磁輻射干擾。特別是對于儀器儀表電路，傳感器輸入電路，小信號的線性放大系統(tǒng)，這些特性尤為重要，為此常采用線性穩(wěn)壓電源。但應(yīng)對工業(yè)環(huán)境中電網(wǎng)的大范圍波動和需要降低功耗所形成的矛盾常常成為設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。為此，我們基于LT1083大功率低壓差三端穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了適合于工業(yè)用的大功率電源系統(tǒng)。

三端穩(wěn)壓集成電路電源的組成和特點(diǎn)
圖1是采用LM350(I0=3A)或LM338(I0=5A)三端集成穩(wěn)壓電路所組成的大功率電源系統(tǒng)。它具有輸出電流大，輸出阻抗低，穩(wěn)壓特性好，電路簡單等優(yōu)點(diǎn)；并可根據(jù)負(fù)載需要在1.25～36V之間通過簡單的電阻分壓取樣來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖1 采用LM350的大功率電源系統(tǒng)

由于LM350或LM338在滿載工作時(shí)，要保證輸出電壓穩(wěn)定系數(shù)為1%，輸入電壓需大于輸出電壓3V以上。例如，對于輸出為12V、7A的穩(wěn)壓電源，要保證U0=12V，Vi≥15V。按照一般設(shè)計(jì)要求，在電容濾波電路中，變壓器的輸出電壓U2≥15+K(V)，K=15/1.2×10%，為電網(wǎng)允許波動的下降值。在一般民用電子產(chǎn)品中常采用U2=15V這種方案。

但是，這樣的設(shè)計(jì)幾乎不能實(shí)際應(yīng)用在工業(yè)電子線路中，因?yàn)楣I(yè)電子電源的電氣環(huán)境惡劣，特別是電網(wǎng)的大幅度波動往往會超過額定值的30%（例如，大型電動機(jī)的啟動）。如果電壓波動是極其短暫的，可以通過增大濾波電容來補(bǔ)償，而對長時(shí)間的波動（時(shí)間超過一分鐘以上），設(shè)計(jì)就遇到了困難。

隨著U2的提高，輸入與輸出的壓差即三端穩(wěn)壓器中的調(diào)整管壓降△U=Ui-U0上升，直接造成電源自身的功耗PC=△UI0增加，這部分增大的功耗直接轉(zhuǎn)換成熱能，嚴(yán)重地影響著電源的安全性，同時(shí)使電源的效率減小。

LT1083的特點(diǎn)及電路設(shè)計(jì)
LT1083是凌利爾特公司生產(chǎn)的大功率線性三端穩(wěn)壓集成電路，采用TO-3P封裝，輸出電流高達(dá)7A。它能夠在低至1V的壓差條件下運(yùn)行，壓降能夠在最大電流條件下保證在1.5V內(nèi)，且負(fù)載電流減小時(shí)允許壓差同時(shí)減小；可在多種電流水平條件下通過片內(nèi)修正電路，提供所保證的最小壓差，并能夠使輸出電壓準(zhǔn)確度調(diào)節(jié)至1%。其電壓調(diào)整率為0.015%，負(fù)載調(diào)整率為0.01%，具有熱功耗限制保護(hù)。

圖2是LT1083的工作原理圖，其典型應(yīng)用如圖3所示。

圖2 LT1083內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3? LT1083的典型應(yīng)用

利用TL431實(shí)現(xiàn)前段補(bǔ)償提高電源的效率
TL431是可變分流的穩(wěn)壓集成電路，由高精度的基準(zhǔn)電壓源和高速比較器組成，適用范圍廣泛。本設(shè)計(jì)巧用TL431的比較特性來實(shí)現(xiàn)電壓的自動切換，用TL431組成前段補(bǔ)償電路。

由圖4可知，當(dāng)Uref>ref（2.5V）時(shí)，TL431導(dǎo)通，UA=2V；當(dāng)Uref

圖4 用TL431組成的前段補(bǔ)償電路

圖5 基于LT1083的電源系統(tǒng)

基于LT1083的大功率工業(yè)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
圖5是UO=12V，IO=5～7A的大功率工業(yè)用電源的整機(jī)穩(wěn)壓電路。補(bǔ)償繞組為5V，可根據(jù)工作環(huán)境的要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，U2設(shè)計(jì)為15V。在正常工作時(shí)，電源電路輸入經(jīng)繼電器J與變壓器輸出2相連，經(jīng)整流濾波后，Ui=15.8V。當(dāng)輸入電壓在10%的正常范圍內(nèi)波動時(shí)，輸出電壓U0能夠很好的穩(wěn)定在12V。當(dāng)輸入電壓急劇下降并持續(xù)波動時(shí)，取樣電路經(jīng)VD5～VD8，C6、RP、R3、R4對電源取樣，當(dāng)IC2的1腳Uref端小于2.5V時(shí)，IC2截止；UA升高，電源經(jīng)R5VD10使三極管VT導(dǎo)通，繼電器吸合，輸入與3腳相連；補(bǔ)償繞組接入，使Ui保持15V以上，再經(jīng)LT1083穩(wěn)壓后輸出12V。當(dāng)Ui升高后，IC2導(dǎo)通，但由于CX的作用，會維持三極管Q1繼續(xù)導(dǎo)通數(shù)秒后再截止，避免輸出急劇波動。Q1截止后繼電器釋放，輸入與2相連，使穩(wěn)壓電源回到低壓差狀態(tài)運(yùn)行，降低了IC自身的功耗，減少發(fā)熱量，增大可靠性，提高電源的效率。