基于LT1083的大功率工业电子线路电源系统的设计

工业用大功率的电源设备要具备高的可靠性，优良的电压稳定性，低的功率损耗，超强的抗干扰能力以及低的电磁辐射干扰。特别是对于仪器仪表电路，传感器输入电路，小信号的线性放大系统，这些特性尤为重要，为此常采用线性稳压电源。但应对工业环境中电网的大范围波动和需要降低功耗所形成的矛盾常常成为设计的难点。为此，我们基于LT1083大功率低压差三端稳压电源的特点，设计了适合于工业用的大功率电源系统。

三端稳压集成电路电源的组成和特点

图1是采用LM350(I0=3A)或LM338(I0=5A)三端集成稳压电路所组成的大功率电源系统。它具有输出电流大，输出阻抗低，稳压特性好，电路简单等优点；并可根据负载需要在1.25～36V之间通过简单的电阻分压取样来进行调节。



图1 采用LM350的大功率电源系统

由于LM350或LM338在满载工作时，要保证输出电压稳定系数为1%，输入电压需大于输出电压3V以上。例如，对于输出为12V、7A的稳压电源，要保证U0=12V，Vi≥15V。按照一般设计要求，在电容滤波电路中，变压器的输出电压U2≥15+K(V)，K=15/1.2×10%，为电网允许波动的下降值。在一般民用电子产品中常采用U2=15V这种方案。

但是，这样的设计几乎不能实际应用在工业电子线路中，因为工业电子电源的电气环境恶劣，特别是电网的大幅度波动往往会超过额定值的30%（例如，大型电动机的启动）。如果电压波动是极其短暂的，可以通过增大滤波电容来补偿，而对长时间的波动（时间超过一分钟以上），设计就遇到了困难。

随着U2的提高，输入与输出的压差即三端稳压器中的调整管压降△U=Ui-U0上升，直接造成电源自身的功耗PC=△UI0增加，这部分增大的功耗直接转换成热能，严重地影响着电源的安全性，同时使电源的效率减小。

LT1083的特点及电路设计

LT1083是凌利尔特公司生产的大功率线性三端稳压集成电路，采用TO-3P封装，输出电流高达7A。它能够在低至1V的压差条件下运行，压降能够在最大电流条件下保证在1.5V内，且负载电流减小时允许压差同时减小；可在多种电流水平条件下通过片内修正电路，提供所保证的最小压差，并能够使输出电压准确度调节至1%。其电压调整率为0.015%，负载调整率为0.01%，具有热功耗限制保护。

图2是LT1083的工作原理图，其典型应用如图3所示。



图2 LT1083内部结构



图3 LT1083的典型应用

利用TL431实现前段补偿提高电源的效率

TL431是可变分流的稳压集成电路，由高精度的基准电压源和高速比较器组成，适用范围广泛。本设计巧用TL431的比较特性来实现电压的自动切换，用TL431组成前段补偿电路。

由图4可知，当Uref＞ref（2.5V）时，TL431导通，UA=2V；当Uref＜ref(2.5V)时，TL431截止，UA=UCC，电源经R3、U1、R2使Q1导通，实现继电器K动作。故可利用其比较特性组成输入电压切换电路，当输入电压正常时，UA=2.5V、UO1=2V，三极管不导通，继电器不吸合。由于LT1083的低压差特性，输入电压为15V、Ui=15.5V，完全能够保证UO=12V的正常输出。当有大负载冲击时，电网电压下降30%，输入只有10.5V，Ui=10.8V，输出将退出稳压。此时，输入取样电压UA≤2.5V，TL431截止，输出为高电压，电源经R3U1R2使三极管导通，继电器吸合，输入被切换到升压绕组上，保证Uo=12V的稳压输出。



图4 用TL431组成的前段补偿电路



图5 基于LT1083的电源系统

基于LT1083的大功率工业电源系统的设计

图5是UO=12V，IO=5～7A的大功率工业用电源的整机稳压电路。补偿绕组为5V，可根据工作环境的要求进行合理设计，U2设计为15V。在正常工作时，电源电路输入经继电器J与变压器输出2相连，经整流滤波后，Ui=15.8V。当输入电压在10%的正常范围内波动时，输出电压U0能够很好的稳定在12V。当输入电压急剧下降并持续波动时，取样电路经VD5～VD8，C6、RP、R3、R4对电源取样，当IC2的1脚Uref端小于2.5V时，IC2截止；UA升高，电源经R5VD10使三极管VT导通，继电器吸合，输入与3脚相连；补偿绕组接入，使Ui保持15V以上，再经LT1083稳压后输出12V。当Ui升高后，IC2导通，但由于CX的作用，会维持三极管Q1继续导通数秒后再截止，避免输出急剧波动。Q1截止后继电器释放，输入与2相连，使稳压电源回到低压差状态运行，降低了IC自身的功耗，减少发热量，增大可靠性，提高电源的效率。