基于LM317的開關電源設計介紹|壹芯微

常見的串聯三端穩壓集成電路，如LM7800、LM7900、LM3xx系列，效率低，如LM7805輸入電源電壓10～15V時，它的工作效率僅為30%～50%;如將LM7805用于可調式穩壓電源，那么其輸入端電壓可達35V左右，但工作效率就更低了。另外，LM7800系列TO～220封裝的產品，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。開關式穩壓電源具有很高的工作效率，一般可達60%～90%或以上，本文介紹使用常見的LM317制作的開關電源，其電路簡單，性能可靠。

1.LM317簡介

LM317是應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壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調的特點。此外，還具有調壓范圍寬、穩壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優點。其主要性能參數如下。

輸出電壓：1.25-37VDC;輸出電流：5mA-1.5A;芯片內部具有過熱、過流、短路保護電路;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)與調節輸入端(3腳)之間的電壓保持在1.25V，調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，可以達到調節輸出電壓的目的，如圖2所示，原理如下：

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

Vo=1.25[(R1+R2)/R2]。

圖2 調節輸出電壓電路

2.電路設計

電路的工作原理是，當電路工作開始瞬間，由于LM317尚未建立起工作條件，其輸入端電壓高于輸出端，于是呈現低內阻狀態而導通，儲能電容C2上電壓開始上升，同時，流過電感L1初級線圈的電流在Ll中建立磁場，當C2上電壓達到設定值時，LM317迅速呈現高內阻而近似斷開，這時儲存在L1電感中的磁場通過其次級線圈和D1向負荷供電，同時C2中的能量也向外釋放，直到LM317輸出端電壓低于設定值，LM317再次導通。如此循環，LM317便被設置成開關工作狀態。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試就能工作，經過幾例的實際安裝。電路具有以下特點：

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

(2)電源輸出電壓不能從1.25V起調，起始電壓隨電路負載大小在2.5V左右，輸出電壓隨負荷變化不是很穩，在15V以下時高于空載值，15V以上時低于空載值，誤差在2V以內，所以它不適用于對穩壓精度要求很高的場所。

(3)按照附圖中的元件數據，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，如使用普通串聯電路形式，散熱問題將是很難解決的，這正是本文設計的初衷。

電路中C1、C3是濾波電容，一般容量越大越好;C2是儲能定時電容，該電容小開關頻率高，但電壓不穩定，電容大易造成停振;L1是開關變壓器，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，但要將兩個繞組頭尾串起來使用;D1是續流二極管，型號為國產2CN類的高速管，不能用一般管代用;D2是保護二極管，W是輸出電壓調整電位器，盡量采用線性或功率大一點的使用;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也可。

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