1、线性电源的工作原理

    在我们日常应用里，直流电是从市电或电网中的交流电获取的。例如15V直流电压源、24V直流电压源等等。交流电变为直流电的过程大概分为一下几步：

首先，交流电通过变压器降低其电压幅值。接着，经过整流电路进行整流，将交流电转换为脉冲直流电。然后，经过滤波电路，滤除直流电中的微小波纹电压，得到较为平滑的直流电压。

在线性电源中，通过开关管的通断来稳定输出电压，其工作过程分为以下几步：首先对输出电压取样，然后将采集的电压与参考电压通过比较放大器进行比较，放大器的输出作为开关管的输入，当采集电压大于参考电压，开关管通；当采集电压小于参考电压，开关管断。

在我们平时做的电子产品中，广泛存在的LDO（低纹波稳压器）芯片其实就是利用线性电源的原理。

值得注意的是，线性电源虽然具有低噪声、低纹波的优点，但其效率相对较低，尤其在处理大功率时，发热量大，需要加体积庞大的散热片。此外，线性电源还需要大体积的工频变压器，当需要制作多组电压输出时，变压器会变得更加庞大。

 

2、仿真电路组成

2.1、基于TL431的电压基准源电路

    首先，通过三绕组变压器、整流桥电路以及7912芯片和7812芯片从220V交流市电中获取+/-12V直流电，用作比较放大器的电源以及TL431基准源的电源。该电路如下图所示。

    然后利用TL431芯片生成5V基准电压，该电路如下图所示。值得注意的是TL431生成的5V基准地是浮地，接线性电源输出的正极，具体原理后面调节电压电路中会讲到。

2.2、调节电压的比较器电路

    调节电压的比较器电路如下图所示。其中2N6975为IGBT作为开关管，LM358作为比较器，LM358负端接线性电源输出端正极，5Vref是TL431输出的基准电压5V，R4和R5构成分压电路调节输出电压大小。由运放虚断虚短知识分析，得到输出电压Uout=(R5/R4)*5。因此本电路设计的输出电压范围为0到23.5V。

2.3、调节电流的比较器电路

调节电流的比较器电路如下图所示。由运放U4B调节输出电流，R29作为采样电阻，由R27调节输出电流大小。调节公式：I=(5/R29)*(R27/(R26+R27))。因此本电路设计的输出电流范围为0到2.63A。

2.4、其他辅助电路

    辅助电路分为过流保护和过压保护电路。过流保护电路图如下图所示。R24为采样电阻，U5B放大器构成电压放大电路。U5A作为电压比较器，当采样电压放大后大于参考电压，U5A驱动继电器断开电路。设置电流阈值为3A。

 

    过压保护电路如下图所示。当输入电压大于稳压二极管电压之上的0.7V以上，驱动Q5关断。稳压二极管电压为24V，因此在24.7V是就会驱动过压保护电路动作。

 

 

3、仿真结果

3.1、电压调节结果

    R5调节到下面位置，此时R5电阻为2.575k，计算输出电压为12.925V，万用表输出结果如下图所示，结果为12.885V。与理论计算值在误差范围内是一致的。

示波器输出结果如下图所示，启动时间为1.515ms，输出波形稳定。

 

3.2、电流调节结果

R10调节到下图所示位置，计算理论电流输出值为1.44A，输出结果为1.402A。

与理论计算值在误差范围内是一致的。

 

 

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