【参赛】 开关电源＋线性调压的“实验电源”

yinekp

         开关电源＋线性调压的“实验电源”

    为进行一般电子电路维修和实验，制作了一台“实验电源”。感觉简单实用，易于制作，

现介绍给感兴趣的坛友。

     由于手头有多个以极低价格购自地摊的开关电源，决定放弃传统的铁心工频变压器方案。

开关电源有着电效率高，发热低等优点，且已技术成熟，规格齐全，价格也日趋低廉。虽可

通过改变占空比等方法调节输出电压，但调压范围较小，难以满足实验要求。故决定只用开

关电源实现交─直流变换和降压，之后再用线性调压IC调节输出电压。

　　图1为设计完成的实验电源电路图：两个12V、2A开关电源输出的12V或24V直流电压
　　
加至可调稳压集成块LM317，实现了1.3V─22V的电压输出。工作原理简介如下：

　　当只闭合电源开关S1时，开关电源(1)输出的12V电压通过肖特基二级管VD1（1N5822）
　　
降去约0.5V再通过调压集成块IC3（LM317）输出约1.3V─9.5V的电压。之所以用肖特基二

级管，是它的正向压降大约只有普通硅二极管的一半。若不用VD1，开关电源(1)的输出将通

过开关电源(2)的开关变压器次级绕组和整流电路，可能产生较大的压降。电路中PNP三极管

VT用来控制用作状态指示的双色发光管（RGLED），这时PNP三极管VT由电阻R3提供偏流而

饱和，其集电极电流通过电阻R1使双色发光管的绿色发光，电阻R4则使红色发光，混合后

成为橙黄色光，表示可调输出电压在1.3V─9.5V之间。

　　当再闭合电源开关S2时，开关电源(2)输出的12V电压使肖特基二极管VD1截止，两开

关电源输出串联成为24V电压，再通过调压集成块IC3（LM317）输出约1.3V─22V的可调电

压。这时电路中PNP三极管VT由于电阻R2的上端电压升高而截止，双色发光管的绿色不再

发光，红色则继续发光，且由于R4的上端电压升高而发出更强红光，表示可调输出电压在

1.3V─22V之间。

    图2是几种肖特基二极管和双色发光管。

　　由于使用了两个规格相同的12V开关电源，考虑到12V是常用电压，故设置了12V和串
　　
联后的24V的电压输出端口；这时若以12V为参考点，原0V和24V端口则成为±12V输出，

维修试验一些音响电路设备时会用到的。考虑到9V和5V也是常用电压，故用了IC1（7809）

和IC2（7805）两个稳压集成块串接，将12V电压先降至9V再降至5V并输出至各自的电压

输出端口。这样做还有一个好处是，当输出5V时，IC1（7809）也分担了12V至5V的部分压

降和功耗。

    本制作的调压部分使用了由稳压集成块LM317构成的经典线路。

    图3是LM317的基本性能和使用条件。

　　它的内部是一种悬浮式可调稳压线路，即外部没有接地端，只要满足输入输出间压差不

大于35V，可以用来稳定很高的输出电压；它的控制端（Adj）电流仅为几十μA，调压时变

化范围为几μA，通常可认为控制极电流Id≈0；它的输出端（Vo）与控制端（Adj）间压降

即为内部基准电压（标准为1.25V)。这些特点使得我们只要改变控制端与地间的可调电阻（本

例为多圈电位器Wz）压降，即可线性调节输出电压（Vo＝Vwz＋1.25）。

　　集成块LM317输入输出间压差与输出电流的乘积即是转变为热量的集成块功耗。为防止

集成块过热，除了加上适当大小的散热器外，如前所述，本例还将输入电压分为两档：当需用

的输出电压低于9.5V时，尽量只用开关电源(1)经VD1的输出。

　　图4为所用散热板和固定其上的稳压、调压集成块。散热板是从淘汰的电脑电源中拆出

来的。

　　图5是本制作选用的又一关键部件：12V、2A开关电源。为使作品紧凑，对选用的两个开关

电源进行了改造：将开关电源(1)的市电接口与开关电源电路板的电气连接断开接到电源开关

上，用作市电输入端；拆去开关电源(2)的市电接口，以便两个电源开关利用此空间；为便于

固定，粘接两个开关电源外壳（外壳间留有间隙并钻出散热孔）。

    图6是改造完成的开关电源组件。

　　当选用用过的或二手开关电源时，要开壳检视电路板是否有因过热焦糊之处，特别是所

用电解电容是否有渗液或鼓胀的情况。更换电解电容时要选用适用于开关电源的高频电解，

不能用仅适用于工频或音频的普通电解电容器。

    图7是因有电解电容渗液和鼓胀而弃用的开关电源。

　　本制作为使输出电压调节精细，电压调节电位器Wz选用手头现有的1.5W /3.9K多圈电位

器，它的最大允许电流约为20mA。为使LM317最高输出电压能到22V，通过Wz的电流应为：

                       （22V－1.25V）／3.9K＝5.32mA＜20mA

　　因为LM317控制极电流近似为0，故电阻 ：
　　
　　                     R5=1.25V／5.32mA＝230Ω≈220Ω
　　
　　为使电压调节有一定余量，电阻R5实际取值为220Ω。

　　本例用指针式动圈表头测量输出电压和电流。为减小因电流取样电阻或称分流电阻（R7）

增加的电源内阻，应尽量选用压降较小的mA级表头。本例中电压测量分压电阻R6阻值可通过实

验法简单确定，不再赘述。电流测量分流电阻（R7）阻值通常根据表头内阻（Rg）和表头满度

电流（Igm）计算。现今数字表已普及，可以用它测得的表头满度偏转电压（Vgm）更简单的计

算出分流电阻阻值，图8为测量电路图。现举例如下：

    设测得的所用表头的满度偏转电压  Vgm＝0.041（V）  则

                 R7＝（Vgm）/（（Im）-（Igm））≈（Vgm）/（Im）

                   ＝0.041/2＝0.0205（Ω）

    其中Im＝2（A）为设定的电流量程，Igm为表头满度偏转电流。

　　分流电阻阻值很小，常需自制。本例选用小阻值水泥电阻，利用拆出的电阻丝多股并联而

成，优点之一是可以焊接。本例用10W 3.3Ω水泥电阻，算得容许最大电流约为1.7A，用其中的

电阻丝多股并联则可忽略发热问题。拆出的电阻丝每对折一次总阻值为原值的1／4，对折三次

后总阻值为：

                         3.3／64≈0.05（Ω）

总长度约为4.5Cm,相当于每厘米约为0.011（Ω）。利用其中的2Cm为有效长度制作分流电阻，

阻值约为0.022（Ω）略大于要求的0.0205（Ω）的需求值。准确的电流量程最后通过调整R8

校准。校准时若无合适的负载可选用汽车灯泡与数字电流表串联后接至实验电源调压输出端。

    图9为用来改制分流电阻的水泥电阻和制作完成的分流电阻。

　　由于所用表头动圈电阻较小，为减小开关接触电阻产生的误差，V─A 转换开关使用了较

大型的双刀双掷开关，并将两组触头并联使用。

    图10为选用的用作V─A 转换的开关和用作调压的多圈电位器。

    表头原有的刻度标注若不合适，通常可用无水酒精搽掉，再用黑色圆珠笔重绘（图11）。

　　本作品结构上的一个特点是：所有元器件均固定在一块兼作电路板的使用覆铜板的安装
　　
板上，为美观和便于功能标注，安装版外再覆盖以三合板为材料的面板（图12）。

    图13、图14为完成后的实验电源内部。

    图15为输出电流测试状态。

    图16为制作调试完成后的“实验电源”。

　　实际制作时，可根据手头具体条件，灵活选用开关电源、调压电阻、测量表头以及输出
　　
电压范围等。

　　开关电源＋线性调压的方案，考虑到了开关电源日益普及的现状和线性可调稳压电源具
　　
有的易于设计制作，工作可靠，调压范围大，对元器件要求低的优点。虽然效率低些，但对

于小功率实验电源来说可以不予考虑。

                                                                                                  2018、11、26







































                       

yinekp

书到用时 发表于 2019-3-14 09:53
建议楼主把示波器测量波纹的照片贴出来以证视听，同时也让大家学习一下，功德无量。

抱歉，本人的示波器过于简陋，看不出纹波。虽然任何需交直流变换的电源都存在纹波，
如同多好的放大器都有失真一个道理。

longshort

yinekp 发表于 2019-3-10 23:19
首先，感谢夸奖，欢迎不吝赐教。但所言不敢苟同。
     现今开关电源已广泛应用在各种电子 ...

不产生纹波是不可能的，这只是对纹波限制到多少程度的问题。建议将输出在低压、中压、高压下的空载及中等负载的情况下测得的示波器输出纹波图贴出来，这样更有说服力。

jckm

用它作为试验维修电源不好用。

yinekp

wenjunlin1979 发表于 2019-3-21 14:44
所以就不需再加那个1欧姆电阻了，给人以有意加大纹波的感觉。
感觉楼主用的是模拟软件，而非硬件实际测 ...

     能说出这话的，水平不见得高，但决非无知。就事论事，好像也排不上无赖。
对于仿真软件来说，存在理想电容，加上那个电阻来模拟实际电容，软件自然会
计算出纹波，并在模拟示波器上描绘出来；对于实际电容来说，无论容量多大，
总会有容抗，总会有损耗，总会有阻抗，也就是总会有纹波。关键是控制纹波系
数在容许范围内。
     类似的“实验电源”本人制作了十几个，未闻有因纹波影响使用和试验结果的。
不知楼主为何对这样一个按成熟电路和用广泛应用的元器件制作的装置为何
如此耿耿于怀。
     建议楼主还是用真正示波器测一下实际的硬件电路。

fshwen

看上去很复古，简洁实用

liuxuxiong

简洁实用

huanghua

拍个输出18伏实测照片看看。

qie

巴比特罗尼 发表于 2018-11-28 20:53
既然装机箱里，塑料壳应该去掉，可以使散热条件好许多

原先我也这么想，后来觉得这电源带外壳都使用正常说明散热没有问题，拆开还要去设法固定。把塑料外壳开几个口加强散热更方便操作。

ljjch

参赛第一贴！！！

yinekp

huanghua 发表于 2018-11-28 23:07
拍个输出18伏实测照片看看。

图16输出为17.5V时的照片。

清纯色狼

参赛第一贴  好棒

wangjunquan

来顶第十届参赛第一帖，

海羽

喜迎第一件作品！

llllllxing

维修电源是维修人员身边最常用和最实用的仪器之一，有个称手的可调稳压电源，实际使用中可能带来许多便利。以满足不同电压电流输出的要求，恭喜参赛首贴出炉了。

yinekp

清纯色狼 发表于 2018-11-29 14:26
参赛第一贴  好棒

本帖之前还有过一帖，尚未细看，不知何故不见了？