基于LM2941的高效能可调低压电源的设计

守候幸福_1 · 发表于 2013-6-6 21:33:37

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基于LM2941的高效能可调低压电源的设计

1、相关器件介绍　　　　 …………

2、硬件电路设计　　　　…………

3、调试结果　　　　　 …………

4、应用前景 …………

5、心得小结　　　　 …………

6、附录：　　电路图 …………

　1、相关器件介绍

1.1 LM2941 可调式低压降稳压器介绍

LM2941 具有以下特点: ( 1) 典型压降为0. 5V; ( 2) 最大输出电流为 1. 0A; ( 3) 在 0~125 温度变化范围内的最高压降为1V; ( 4)最大输出电压26V ,输出电压范围为0~ 20V。此外当输入输出压差超过 3V 时,芯片内部有专门的电路将引脚地的静态电流减小。当输出电流为1A 并且输入输出压差为5V 时,静态电流仅为30mA。LM2941 还具有短路保护、热过载保护和自我保护功能, 当电池反装或电池之间电压发生跳变时,芯片内部的保护电路使 LM2941 和其调节电路受到保护; 发生在线瞬变,如负载突降时, 输入电压可以暂时超过规定的最高工作
电压, 这时 LM2941 芯片将自动关闭, 以保护内部电路和负载。开关控制兼容 T T L 和COMS切换。

1 2 变压器的选择
设计电源要求有多种输出,所以在本设计中采用将 220V 的交流电变换
为6V、7V 和 13V 的交流电输出的方式, 然后再将转换后的低压交流电供给稳压器。

2、硬件电路设计

2、1 稳压电路的设计
LM2941 的芯片为5 引脚的TO -220 封装,与 LM317 相比, LM2941 多了 ON/ OFF 和地引脚。当ON/ OFF 引脚为高电平时,芯片关闭,输出电压为 0; 反之当其接低电平时, 则芯片开启,有电压输出。LM2941 稳压电路的基本接法如图 1 所示。
LM2941 的基准电压( V REF ) 1. 275V。输出
电压( VO )由下式确定:
V o = VREF（ 1+R 2/R 1）

上式表明: 输出电压的稳定性, 取决于 R1和R2的稳定性, 故采用稳定性比较好的电阻,防止由于温度或者其它的因素变化引起阻值变化,进而引起输出电压的不稳定。实际电路中R1取值1k,然后计算R2 的值。注意R1 和R2不能取很小或者不接, 否则将导致电路不稳定;电源滤波器应该在布线时远离调节端。

2 2 扩流和保护电路的设计
由于 LM2941 芯片的电流超过 200mA时,芯片会发热, 温度对输出电压的影响比较大,即线性变差。输出电流越大,温度对输出电压和输出电流的影响也越大, 所以应尽量让流过芯片的电流控制在 200mA 以内。这就需要外部扩流电路。本次设计的是当通过芯片的电流超过150mA 时, 其余的电流通过扩流电路提供给负载,保证输出电压的稳定。扩流和保护电路采用 Q1 和 Q4 以及 R1和R2来实现。电路是由2 个 PNP 型晶体管( A940)构成。其工作原理是: 取适当的R2的值, 使得当通过 0. 15A 的电流时其两端的电压达到 0. 6~ 0. 7V, 这样就保证了 Q 1导通,此时大电流就可经R1 通过 Q1到达输出端。当输出的电流太大的时候, 由于流过 R1的电流使 R1 两端的电压达到 0. 6~ 0. 7V, 这时Q4 导通,使Q1 截止,输出电流降低,达到限流和保护的目的。其中 R1, R2 分别为0. 5 /2W 和4. 7 / 1W 的大功率电阻。为了防止芯片过热, 需要给 Q1、 Q2 和 LM2941 提供散热片。

图2 中D1、 D2 的作用是保证输入断电时,防止输出电压高于输入电压而损坏 LM2941。当输出电压高于输入电压时, 电流将通过 D1到达输入端; 当 ADJ 端的电压高于输入电压时,电流将通过D1 和D2 到达输入端, 这样可以有效的避免电流通过输出端经过芯片达到输入端或者 ADJ 端。有效地保护芯片不被烧坏。
3 调试结果

将电源在负载电流为 0A、 0. 5A、 1. 0A 的条件测定各部分参数。测试数据如表1、表2。
表 1 负载发生变化时稳压电路测试结果
输出电压 I0= 0A I0= 0. 5A I0 = 1. 0A 最大变化
+ 6V 6. 1 6. 1 6. 0 1. 6%
+ 24V 24. 0 24. 2 24. 1 0. 62%
- 12V - 12. 4 - 12. 2 - 12. 0 1. 87%
表 2 当输入电压发生变化时稳压电路测试结果
输出电压交流输入 250V 时交流输入 200V 变化值
+ 6V 6. 2 6. 0 0. 0%
+ 24V 24. 0 24. 1 0. 09%
- 12V - 12. 0 12. 2 0. 1%

以上测试结果表明，在输出电压不同的状态下，经过LM2941稳压后，电源输出很稳定，变化不超过2%。

4、应用前景

本文利用 LM2941 可调低压差稳压芯片设计的稳压电源,具有稳压、扩流和芯片保护等功能。有比较好的稳定性、较大的带负载能力、高电源转换效率和纹波小等优点。设计的电源电路简单、功能完善、可靠性好。能够在电源输入变化 10%、整个电流工作范围内和较大的温度范围内保持稳定的电压输出。完全满足设计的各项指标, 可以应用于一些需要提供多种电压低压的精密电子仪器。

5、心得小结

对数字电源技术的研究是一个永无止境的过程只有从持续的产品开发实践中不断地积累经验，结合理论去不断探索才能逐步开发出更好的电源产品来。