一、概念简介 1、前言 正如我们所熟知的，直流电源在广义范围内分为两大类，即线性电源和开关电源。线性电源（LDO）中的线性指的是元件的工作状态——工作在放大区，放大状态呈线性关系。而开关电源是指通过控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）、控制 IC 和 MOSFET 构成。关于线性电源和开关电源的具体区别我们不做赘述，本文主要通过对 onsemi LM317 的介绍来和大家一起回顾线性电源设计的相关内容和知识，下面就让我们开始吧！ 2、关于三端稳压器  图 1 三端稳压器实物图 图2 三端稳压器的原理框图 提到线性电源那就不得不提三端稳压器，图1为三端稳压器实物图，三个管脚分别为调节脚、输出脚以及输入脚；图2为三端稳压器的原理框图，基于此图我们可以这样系统地了解三端稳压器的内部原理：如图，三端稳压器由六个模块组成，分别为启动电路、基准电压、放大电路、调整管、保护电路以及采样电路，当输出电压变化时，采样电路采集输出电压，经过放大电路放大后，调整管进行调整，输出电压以此保持稳定。 LM317 是一种应用非常广泛的可调的三端稳压器，输出电压范围在 1.2 V 至 37 V 之间，输出电流最大可以达到 1.5 A 。而且采用了内部限流、热停机和安全区域补偿等等保护措施。除了常规的应用外，该器件还可用于制作可编程输出调节器、精密电流调节器等等。并且除了调压范围广外， LM317 同时还有很多优点如：较高的纹波抑制比以及较低的噪声等等。 1、onsemi LM317 原理
如图3所示 LM317 在输出脚和调节脚之间存在一个值为 1.25 V 参考电压 ，这个值将在 LM317 正常工作时维持恒定，当然调节脚也存在一个微小的电流 ，一般值为 50μA ，因此输出电压可以通过以下公式进行计算： 值得注意的是如果负载电流小于 ，输出电压就会上升。 当然，LM317 除了用于电压调节，也广泛应用于电流调节，标准电路如图 4 所示：LM317 调节电流的原理与调节电压相似，都是依靠输出脚和调节脚之间的 1.25 V 参考电压 ，通过改变电阻的阻值来改变电流的大小。 图4 2、onsemi LM317 在线性电源设计中的应用 以设计 8.2W 恒压恒流锂电充电器为例，首先根据输出电压为 4.1V，输出电流为 2A，初步设计合适的电路框架如图 5 所示：
该图纸根据 LM317 标准应用电路图演化而来，其中 R1 控制输出电流，而 R2 和 R3 控制输出电压，C1 和 C2 则是为了减少振荡，提高电路稳定性。 有了这样一个基础的框架后我们发现，LM317 可以提供的最大电流为 1.5A 而我们最终需要的输出电流至少达到 2A，那么该如何既保护 LM317 不会因为过大的输出电流而损坏又能够达到我们理想的输出呢？ 扩流电路，只要在合适的位置放置三极管，通过三极管的放大作用，我们就可以实现输入小电流，输出大电流，既保护了电路，又保证了输出，经过改善后，电路如图 6 所示： 其中 R4 提供压差保证三极管 Q1 导通，三极管扩流使得流过三极管的电流扩大后达到理想输出，R5 限制电流的同时也能够保证 LM317 始终保持正常的工作状态，使得电路输出最终达到2A。
图 6 该电路看似已经能够满足我们所需求的输出，下面就让我们搭建电路后验证一下吧，经过验证我们会得到如图 7 所示的输出曲线，那么这是否符合我们的输出需求呢？
图 7 已知我们设计的需求为锂电充电器，查阅资料后我们发现，锂电充电器需满足图8所示锂电池的充电特性曲线才可以健康的向电池供电，显然现阶段的设计还远远没有达到。
三、线性电源设计的优化 根据实际输出与需求输出的对比我们可以明确有两个任务需要完成，即电压修正与电流修正。 1、电压修正 我们可以使用同样具有稳压作用的 TLV431 进行电压修正，由图 9 可以看出，它由多极放大电路、偏置电路、补偿和保护电路组成，其中我们可以看到输入极、稳压基准、镜像恒流源与差分放大器作中间级、还包括复合管，构成输出，其它一些电阻、电容、二级管分别起偏置、补偿和保护作用，当参考端电压超过 1.25V 时，TLV431 立即导通，只需根据实际情况对电阻进行调整我们就可以得到稳定理想的输出电压。 图 9 2、电流修正 进行电压修正后我们会发现当电流无法达到理想值，那么我们可以通过在电流检测电阻处串联二极管，利用二极管的正向压降进行分压，以此达到减小电流检测电阻两端电压的目的，在阻值不变的情况下，扩大电流。 当然，我们也可以通过使用 MOSFET 的开关特性，来达到指定电压情况下控制 MOSFET 的开通和关断控制电路的连通，控制电路的阻值，以此修正输出电流。 3、输出确认 经过一系列对于电阻、电容的精确调整，我们就可以得到如图 10 所示的理想输出啦！ 图10 以上就是我们如何根据特定的需求设计线性电源的思路，希望通过本文大家能够在线性电源的设计过程中打开崭新的思路，了解到如何更好的应用稳压器以及 MOSFET 等分立元件，电子的世界充满创造的魔力，希望能够给大家小小的帮助。 四、参考文档 [1] 《onsemi LM317 数据手册》 [2] 《onsemi TLV431 数据手册》 |
