令人惊讶的事实,像是“老式”3引脚线性稳压器(LM317、LM337、LM350等)这样可用于并联稳压器的拓扑,有时也可以激发“新式”电路设计的灵感。图1显示了一个实用的示例。
图1 对称输出可变电源使用带有经典3引脚稳压器的单直流源,其中一个稳压器(U3)在并联模式下作为“轨分器”(rail-splitter)工作。
变压可调电源是大多数装备精良的电子实验室工作台上的固定设施,而能产生极性相反的等压输出的对称电源更是如此。图1的对称电源采用了一种更节约的技巧,即仅用一个电源输入(而不是两个)提供两个极性输出。
这种技巧通常被称为“轨分”(rail splitting),其是通过“floating”(浮接)电源来实现的。这样,电源的正极端子就可以为正极性电源输出提供电流,而其负极端子则提供负极性。这种方法可以节省额外的成本,因为现在批量生产的稳压交流适配器过多。这些商品实际上比具有类似功能的简单变压器加上整流器和滤波电容器还要便宜。例如,图1中使用的24VDC/1A的产品在一家知名的大型零售商处售价不到8美元!
图1的工作原理如下。
U2周围的几个组件只是一个普通的程式化应用,直接来自制造商的LM317数据表,电压调节范围涵盖:
Vmin = 1.25 V(165/165 + 1) = 2.5 V
至
Vmax = 1.25 V((1000 + 165)/165 + 1) = 10.08 V。
完全是标准的东西。但不用费心在常见的数据表应用说明中寻找U3的电路。在那您可能找不到它。U3被配置为并联稳压器,将U2的+2.5V至+10V电压反相,以产生互补的负-2.5V至-10V输出。是的,这很奇怪。LM337不应该去做分流的。但它很有效。
U3的调节端工作电压为+1.25V,这使得(+Vout–1.25V)–(1.25V–-Vout)=-2.5V上端1k电阻上的差值小于下端1k电阻上的差值,因此需要 U1 进行补偿。如果让这种差异持续存在,就会破坏输出电压的对称性,但U1会减去匹配的2.5V电压,从而解决了这一问题。
如果您正在考虑使用此设计,请注意,它假设从正极输出端汲取的电流始终至少与从负极输出端汲取的电流一样大。如果这种关系颠倒过来,负极的负载明显大于正极,则U3将会失调,负极的电压输出就会下降,不再与正极的电压输出相匹配。值得高兴的是,即使真的出现这种问题,也不会造成任何实际损害。此外,只要在正极添加一个合适的"假负载"电阻,就可以解决这个问题。
还要确保为U2和U3提供足够的散热,尤其是U2,如果电源在最小电压和最大电流下运行,则U2的功耗将接近20W。
同时,图1的最大+10V输出限制只是因为24V是我在廉价电源适配器市场上能找到的最高电压。当然,这并不是一个基本限制,图2中"经典"的+15V限制就证明了这一点,通过切换到类似的“经典”25V灯丝变压器、二极管电桥和滤波电容器,该限制就可以实现。
只是成本更高。
图2 通过选择不同的直流电源和改变几个电阻器,将对称轨分器电源设计扩展到+15V最大输出电压。
(原文刊登于EDN美国版,参考链接:3-leg regulator in shunt mode makes variable power supply symmetrical,由Ricardo Xie编译)