关于安全可调稳压器设计教程
在lm350(lm317)可调稳压器的典型电路中，电位器通常是最不可靠的部分。当很少进行调整并且负载的安全性并不重要时，这可能不是一个很大的问题。但是，当想要进行频繁调整，或者事先不知道负载时该怎么办？
图1给出了lm350(lm317)可调稳压器在需要调整其输出电压时的典型使用。
图1：lm350(lm317)可调稳压器在需要调整输出电压时的典型使用。
该电压在此给出的大约为：
eo = vref * (r2/r1 + 1)
电位器r2通常是电路中最不可靠的部分。如上面的表达式所示，电位计的击穿(例如，触点丢失、开路)会使r2的有效值最大化，而使输出电压也达到最大值——仅比输入电压低约1.5v。
当很少进行调整并且负载的安全性并不重要时，这可能不是一个很大的问题。但是，当我们想要进行频繁调整，或者事先不知道负载时(例如在实验室电源的情况下)，图2a中的电路可能是更好的选择。
图2a：可调稳压器的安全改进版本。
然而，该电路不能将其输出电压调节到下限vref，这是它的局限性。
有几种安全可调稳压器的替代配置，它们或多或少地避免了越界的危险。最安全的情况是让输出电压下降到非常接近vref，这需要3或4个额外的元器件(即电阻器和晶体管)，因此，让我们看一下图2b中具有更多折衷的配置。
图2b：安全可调稳压器的替代配置。
该电路可以将其输出电压调节到下限vref。输出电压(如果电位器rp发生击穿)约为2.5v，这是一个折衷值。
由于图2b中的电路计算不是很简单，因此此处将以python代码的形式提供一些计算路径。
该电路有两个输出电压范围：从eo11到eo12，以及从eo21到eo22(见图3代码)。该范围是由开关sw(例如njfet、nfet或任何良好的机械簧片继电器)进行选择的。
请注意：如果电阻器r11和rp太大而无法提供稳压器ic所需的最小负载(最大10ma)，那么如果总负载太轻，输出就可能会失控。
为避免这种情况，开始计算时为r11选择任何合适的值可能更明智。
还必须提供rp值和范围。
以下代码给出了r22和r23的计算。
#-code-beginsr11=560 # ohmrpot=2180 # ohm
eo11=1.25 #veo12=5.6 #veo21=5.4 #veo22=23.0 #v
vref=1.25 #vprint()
letk12 = eo12/vref – 1k21 = eo21/vref – 1k22 = eo22/vref – 1rp = rpotfrom math import sqrt
def checkeq(r11, r22, r23):rx=r11 – ra/k12if rx != 0: print(“err r11:”, rx)
rx=r22 r23/(r22+r23) – k21 (rp+r11)if rx != 0: print(“err (2):”, rx)
rx=r11 – (r22*(rp+r23)/(r22+rp+r23) / k22)if rx != 0: print(“err (3):”, rx)return
def par(r1,r2): return(r1*r2/(r1+r2))
eo=eo12r1 = r11r2 = r1*((eo/vref) -1)r22 = r2*rpot / (rpot – r2)
eo=eo21 #5.1v#r1 = r11 + r21*rpot / (r21 + rpot)#r2 = r1*(eo/vref -1)#r23 = r2
#eo=eo22 #24v
#r1 = r11#r2 = r23 + r22*rpot / (r22 + rpot)#eo = vref*(r2/r1 + 1)#eo22 = eo
#let k12 = eo12/vref – 1k21 = eo21/vref – 1k22 = eo22/vref – 1rp = rpotra = par(rp,r22)
w3=k22/k21a=w3*(r22 – k21*rp) – r22b=w3*r22*(r22+rp) – rp*(w3*k21*(rp+r22)-r22) – r22*r22c=rp*r22*(0-w3*k21*(r22+rp)-r22)
q=bb – 4a*c#print(a, b, c, q)if q0: r23=r23_1elif r23_2>0: r23=r23_2else: print(“error: both r23_1, r23_2 are not positives”)
recalc eoij for a coherence checkeo12=vref*(par(rp,r22)/r11 +1)eo21=vref*(par(r23,r22)/(rp+r11) +1)eo22=vref*(par(r22,r23+rp)/r11 +1)# updatek12 = eo12/vref – 1k21 = eo21/vref – 1k22 = eo22/vref – 1print(“fig2c:”, f” eo12={eo12:.2f}”, f” eo21={eo21:.2f}”, f” eo22={eo22:.2f}”)print(“fig2c:”, f” rpot={rpot:.1f}”, f” r11={r11:.1f}”, f” r22={r22:.1f}”, f” r23={r23:.1f}”)checkeq(r11, r22, r23)
since the solution we got may be very sensitive due to a possible presence of a singular point in its vicinity (i.e. a small deviation of a resistor’s value can have large impact on the voltage) – hence 2 conclusions follows:# – tolerances of resistors r11, r22, r23 have to be not worse than 1%;# – the solution above has to be considered as a preliminary one, so we’ll make it more precise by the following code:r23lim=100*r23r23=r23/3while r23 0.2: breakif abs(eo22 – eo22_x) < 0.1: break # if eo22-x – eo22 < 0.1: breakr23 += 10 # +10 ohmelse: exit(“full cycle”) print( f” eo21={eo21_x:.2f}”, f” eo22={eo22_x:.2f}”, f” r23={r23:.1f}”)
#-end-of-code-
来自调节端的50μa(典型值)电流ia(代表误差项)，将在r23上产生压降。连同标称1.25v参考电压vref，此压降决定了电位器rp发生击穿时的输出电压：
eobreak = ia * r22 + vref
因此，当降低r22的值时，可以在某种程度上降低eobreak的值。
— peter demchenko在维尔纽斯大学学习数学，并从事软件开发工作。
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该电压在此给出的大约为：
eo = vref * (r2/r1 + 1)
电位器r2通常是电路中最不可靠的部分。如上面的表达式所示，电位计的击穿(例如，触点丢失、开路)会使r2的有效值最大化，而使输出电压也达到最大值——仅比输入电压低约1.5v。
当很少进行调整并且负载的安全性并不重要时，这可能不是一个很大的问题。但是，当我们想要进行频繁调整，或者事先不知道负载时(例如在实验室电源的情况下)，图2a中的电路可能是更好的选择。
图2a：可调稳压器的安全改进版本。
然而，该电路不能将其输出电压调节到下限vref，这是它的局限性。
有几种安全可调稳压器的替代配置，它们或多或少地避免了越界的危险。最安全的情况是让输出电压下降到非常接近vref，这需要3或4个额外的元器件(即电阻器和晶体管)，因此，让我们看一下图2b中具有更多折衷的配置。
图2b：安全可调稳压器的替代配置。
该电路可以将其输出电压调节到下限vref。输出电压(如果电位器rp发生击穿)约为2.5v，这是一个折衷值。
由于图2b中的电路计算不是很简单，因此此处将以python代码的形式提供一些计算路径。
该电路有两个输出电压范围：从eo11到eo12，以及从eo21到eo22(见图3代码)。该范围是由开关sw(例如njfet、nfet或任何良好的机械簧片继电器)进行选择的。
请注意：如果电阻器r11和rp太大而无法提供稳压器ic所需的最小负载(最大10ma)，那么如果总负载太轻，输出就可能会失控。
为避免这种情况，开始计算时为r11选择任何合适的值可能更明智。
还必须提供rp值和范围。
以下代码给出了r22和r23的计算。
#-code-beginsr11=560 # ohmrpot=2180 # ohm
eo11=1.25 #veo12=5.6 #veo21=5.4 #veo22=23.0 #v
vref=1.25 #vprint()
letk12 = eo12/vref – 1k21 = eo21/vref – 1k22 = eo22/vref – 1rp = rpotfrom math import sqrt
def checkeq(r11, r22, r23):rx=r11 – ra/k12if rx != 0: print(“err r11:”, rx)
rx=r22 r23/(r22+r23) – k21 (rp+r11)if rx != 0: print(“err (2):”, rx)
rx=r11 – (r22*(rp+r23)/(r22+rp+r23) / k22)if rx != 0: print(“err (3):”, rx)return
def par(r1,r2): return(r1*r2/(r1+r2))
eo=eo12r1 = r11r2 = r1*((eo/vref) -1)r22 = r2*rpot / (rpot – r2)
eo=eo21 #5.1v#r1 = r11 + r21*rpot / (r21 + rpot)#r2 = r1*(eo/vref -1)#r23 = r2
#eo=eo22 #24v
#r1 = r11#r2 = r23 + r22*rpot / (r22 + rpot)#eo = vref*(r2/r1 + 1)#eo22 = eo
#let k12 = eo12/vref – 1k21 = eo21/vref – 1k22 = eo22/vref – 1rp = rpotra = par(rp,r22)
w3=k22/k21a=w3*(r22 – k21*rp) – r22b=w3*r22*(r22+rp) – rp*(w3*k21*(rp+r22)-r22) – r22*r22c=rp*r22*(0-w3*k21*(r22+rp)-r22)
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#-end-of-code-
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eobreak = ia * r22 + vref
因此，当降低r22的值时，可以在某种程度上降低eobreak的值。
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