使用LM317T的可变电压电源

电源

继续我们关于将ATX PSU转换为台式电源的教程，LM317T正稳压器是其中的一个很好的补充。
LM317T是一款可调式3端正电压稳压器，除了提供+5或+12伏的固定电压电源外，还可以提供不同的DC电压输出，或者作为可变的输出电压，从几伏到某个最大值，全部与电流约为1.5安培。
借助于在PSU输出上添加的少量附加电路，我们可以拥有一个台式电源，该台式电源可以提供一定范围内的固定电压或可变电压，无论是正电压还是负电压。实际上，这比您想象的要简单，因为变压器，整流和平滑已经由PSU预先完成，我们需要做的就是将附加电路连接到+12伏黄线输出。但是首先，让我们考虑一个固定电压输出。
固定9v电源标准TO-220封装中提供了多种3端稳压器，其中最流行的固定稳压器是78xx系列正稳压器，范围从非常常见的7805 + 5V固定稳压器到7824，+ 24V固定稳压器。还有一个79xx系列固定负电压调节器，可产生从-5到-24伏的互补负电压，但在本教程中，我们将仅使用正型78xx。
固定的3端稳压器在不需要可调节输出的应用中非常有用，它使输出电源变得简单，但非常灵活，因为其输出电压仅取决于所选稳压器。它们被称为3端稳压器，因为它们只有三个要连接的端子，分别是Input，Common和Output。
稳压器的输入电压将是来自PSU的+ 12v黄色电线（或单独的变压器电源），并连接在输入端子和公共端子之间。如图所示，稳定的+9伏跨输出和公共端。
稳压电路

因此，假设我们要从PSU台式电源获得+9伏的输出电压，那么我们要做的就是将+ 9v稳压器连接到+ 12V黄色导线。由于PSU已经对+ 12v输出进行了整流和平滑处理，因此唯一需要的额外组件是在输入端跨接一个电容器，在输出端跨接一个电容器。
这些额外的电容器有助于调节器的稳定性，并且可以在100nF至330nF之间的任何位置。额外的100uF输出电容器有助于消除固有的纹波含量，使其具有良好的瞬态响应。跨电源电路输出端放置的这个大容量电容器通常称为“平滑电容器”。
这些78xx系列稳压器分别在5、6、8、9、12、15、18和24V的固定稳定电压下提供约1.5安培的最大输出电流。但是，如果我们希望输出电压为+ 9V而仅具有7805 + 5V稳压器，该怎么办？7805的+ 5V输出参考“ ground，Gnd”或“ 0v”端子。
如果我们将这个pin-2端子电压从0V增加到4V，那么只要有足够的输入电压，输出也会再增加4伏。然后，通过在稳压器的引脚2与地面之间放置一个小的4伏（最理想的4.3V稳压二极管）稳压二极管，我们可以使7805 5V稳压器产生如图所示的+9伏输出电压。
增加输出电压

那么它是怎样工作的。4.3V齐纳二极管需要约5mA的反向偏置电流，以维持约0.5mA的稳压器输出。5.5mA的总电流通过电阻“ R1”从输出引脚3提供。
因此，7805稳压器所需的电阻值为R = 5V / 5.5mA = 910欧姆。输入两端连接到输出端子的反馈二极管D1是用于保护的，当输入电源电压关闭时，由于大电感量而使输出电源保持导通或短时间有效时，可防止调节器反向偏置。电磁阀或电动机等负载。
然后，我们可以使用3端稳压器和合适的齐纳二极管来产生来自我们之前的台式电源的各种固定输出电压，范围从+ 5V到+ 12V。但是我们可以通过用可变电压调节器（例如LM317T）代替固定电压调节器来改进此设计。
可变电压电源LM317T是一款完全可调的3端正电压调节器，能够提供1.5A的电流，输出电压范围为1.25V至刚好超过30V。通过使用两个电阻的比率（一个固定值和另一个变量（或两个都固定）），我们可以将输出电压设置为所需的水平，相应的输入电压在3到40伏之间。
LM317T可变电压稳压器还具有内置的限流和热关断功能，使其具有防短路功能，非常适合任何低压或家用台式电源。
LM317T的输出电压由两个反馈电阻R1和R2之比确定，这两个电阻在输出端子上形成一个分压器网络，如下所示。
LM317T可变电压稳压器

反馈电阻R1两端的电压是恒定的1.25V参考电压，在“输出”和“调节”端子之间产生V ref。调节端子电流是100uA的恒定电流。由于电阻器R1两端的参考电压是恒定的，因此恒定电流i将流过另一个电阻器R2，从而导致输出电压为：

然后，流过电阻器R1的任何电流也流过电阻器R2（忽略很小的调节端子电流），R1和R2两端的压降之和等于输出电压Vout。显然，输入电压Vin必须至少比为稳压器供电所需的输出电压高2.5伏。
同样，LM317T具有非常好的负载调节能力，只要最小负载电流大于10mA。因此，要保持恒定的1.25V参考电压，反馈电阻R1的最小值必须为1.25V / 10mA = 120欧姆，并且该值的范围可以从120欧姆到1,000欧姆，R1的典型值为大约220Ω至240Ω。具有良好的稳定性。
如果知道所需的输出电压Vout的值和反馈电阻R1的值为240欧姆，则可以根据上式计算电阻R2的值。例如，我们原来的9V输出电压将使R2的电阻值为：

R1。（（（Vout / 1.25）-1）= 240。（（9 / 1.25）-1）= 1,488欧姆

或1,500欧姆（1k5Ω）至最接近的首选值。
当然，实际上，通常用电位计代替电阻器R1和R2，以产生可变电压电源，如果需要多个固定输出电压，则可以用多个开关预设电阻代替。
但是，为了减少每次需要特定电压时计算电阻器R2的值所需的数学运算量，我们可以使用如下所示的标准电阻表，该表为我们提供了使用E24电阻值来针对不同比率的电阻器R1和R2的调节器输出电压。
电阻R1与R2之比

R2 值	电阻R1值
R2 值	150	180	220	240	270	330	370	390	470
100	2.08	1.94	1.82	1.77	1.71	1.63	1.59	1.57	1.52
120	2.25	2.08	1.93	1.88	1.81	1.70	1.66	1.63	1.57
150	2.50	2.29	2.10	2.03	1.94	1.82	1.76	1.73	1.65
180	2.75	2.50	2.27	2.19	2.08	1.93	1.86	1.83	1.73
220	3.08	2.78	2.50	2.40	2.27	2.08	1.99	1.96	1.84
240	3.25	2.92	2.61	2.50	2.36	2.16	2.06	2.02	1.89
270	3.50	3.13	2.78	2.66	2.50	2.27	2.16	2.12	1.97
330	4.00	3.54	3.13	2.97	2.78	2.50	2.36	2.31	2.13
370	4.33	3.82	3.35	3.18	2.96	2.65	2.50	2.44	2.23
390	4.50	3.96	3.47	3.28	3.06	2.73	2.57	2.50	2.29
470	5.17	4.51	3.92	3.70	3.43	3.03	2.84	2.76	2.50
560	5.92	5.14	4.43	4.17	3.84	3.37	3.14	3.04	2.74
680	6.92	5.97	5.11	4.79	4.40	3.83	3.55	3.43	3.06
820	8.08	6.94	5.91	5.52	5.05	4.36	4.02	3.88	3.43
1000	9.58	8.19	6.93	6.46	5.88	5.04	4.63	4.46	3.91
1200	11.25	9.58	8.07	7.50	6.81	5.80	5.30	5.10	4.44
1500	13.75	11.67	9.77	9.06	8.19	6.93	6.32	6.06	5.24

通过将电阻R2更改为2k欧姆的电位计，我们可以将PSU台式电源的输出电压范围控制在大约1.25伏至最大输出电压10.75（12-1.25）伏。然后，我们的最终修改后的可变电源电路如下所示。
可变电压电源电路

通过将电流表和电压表连接到输出端子，我们可以进一步改善基本的稳压器电路。这些仪器将直观显示可变电压调节器的电流和电压输出。如果需要，还可以在设计中加入快速熔断器，以提供如图所示的附加短路保护。

LM317T的缺点使用LM317T作为可变电压电源电路的一部分来调节电压的主要缺点之一是，随着调节器上的热量下降或损失多达2.5伏。因此，例如，如果所需的输出电压为+9伏，那么，如果输出电压要在最大负载条件下保持稳定，则输入电压将需要高达12伏或更高。稳压器两端的压降称为“压差”。同样由于这种压降电压，需要某种形式的散热片以使调节器保持冷却。
幸运的是，可以使用低压差可变稳压器，例如美国国家半导体的“ LM2941T”低压差可变稳压器，该稳压器在最大负载下的低压差仅为0.9伏。这种低压差带来的成本是高昂的，因为该器件仅能提供1.0安培的电流，并具有5至20伏的可变电压输出。但是，我们可以使用该器件提供大约11.1V的输出电压，仅比输入电压低一点。
因此，总而言之，通过使用LM317T调节电压，可以将在上一教程中由旧PC电源单元制成的台式电源转换为可变电压电源。通过跨PSU的+ 12V黄色输出线连接该设备的输入，我们可以同时具有固定的+ 5V，+ 12V和可变的输出电压，最大输出电流为1.5A时，其输出电压范围约为2至10伏。