0 引言
目前，各種直流電源產(chǎn)品充斥著市場，電源技術(shù)已經(jīng)比較成熟。然而，基于成本的考慮，對(duì)于電源性能要求不是很高的場合，可采用帶有過流保護(hù)的集成穩(wěn)壓電路，同樣能滿足產(chǎn)品的要求。過流保護(hù)電路作為電源電路中不可缺少的一個(gè)組成部分，根據(jù)其控制方法大致可以分為關(guān)斷方式和限流方式，而直流電機(jī)電源較宜采用關(guān)斷方式。
過流保護(hù)電路首先要有一個(gè)電流取樣環(huán)節(jié)，常用做法是串聯(lián)一個(gè)小電阻或者是霍爾元件來獲得電流信號(hào)。由于霍爾元件體積比較大，價(jià)格昂貴，因而考慮采用串聯(lián)一個(gè)小電阻的方法。

1 工作原理
帶過流保護(hù)功能的LM317穩(wěn)壓電路如圖1所示，集成穩(wěn)壓電路一般分為5部分，即交流降壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路。交流220V電壓經(jīng)電源變壓器降壓整流得到直流電壓Vin，此電壓通過濾波電路輸入到集成穩(wěn)壓器輸入端，在集成穩(wěn)壓器輸出端可得到1.25～37V直流電壓。工作原理圖及各部分電壓波形如圖2所示。

下面分析保護(hù)電路的工作過程。
1.1 集成穩(wěn)壓器的保護(hù)
為獲得較高的輸出電壓值，LM317穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)端與地之間的電阻R2值及其壓降往往較大，在R2兩端并接一個(gè)小于10μF的電容C3，可有效地抑制輸出端的紋波。當(dāng)輸入端或輸出端發(fā)生短路時(shí)，電容C3的放電將在R1上產(chǎn)生沖擊電壓，會(huì)危及穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓電路，因此需在R1兩端并二極管D3以保護(hù)穩(wěn)壓器。
穩(wěn)壓器的輸出端不加電容亦能工作，由于穩(wěn)壓器在1∶1的深度負(fù)反饋下工作，當(dāng)輸出端負(fù)載為容性的某一值時(shí)，穩(wěn)壓器有可能出現(xiàn)自激現(xiàn)象。因此，在穩(wěn)壓器的輸入端接入0.1μF的電容C1，輸出端接入1000μF的電解電容C5，提供足夠的電流供給，同時(shí)可以防止可能發(fā)生的自激振蕩以及減小高頻噪聲和改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)輸入端發(fā)生短路時(shí)，C5通過穩(wěn)壓器的調(diào)整管放電，C5值較大，則放電時(shí)的沖擊電流很大，電壓會(huì)通過穩(wěn)壓器內(nèi)部的輸出晶體管放電，可能造成輸出晶體管發(fā)射結(jié)反向擊穿。為此，在穩(wěn)壓器兩端并接二極管D2，輸入端短路時(shí)C5通過D2放電，保護(hù)穩(wěn)壓器。
1.2過流保護(hù)
過流保護(hù)電路原理見圖3，R5為取樣小電阻。當(dāng)電源工作時(shí)，穩(wěn)壓器輸出端輸出正向直流電壓，電機(jī)開始啟動(dòng)。由于直流電機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)電流iout較大(約為額定電流的8～10倍)，iout流過小電阻R5，并經(jīng)R4對(duì)C4充電。通過設(shè)定R4、C4的值，使充電時(shí)間Υ大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間δ，V2(9013)處于截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)啟動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電流恢復(fù)到工作電流。一旦電機(jī)發(fā)生短路或堵轉(zhuǎn)，使電容C4兩端電壓達(dá)到V2的導(dǎo)通電壓，則V2導(dǎo)通，強(qiáng)制穩(wěn)壓器的輸出電壓降為基準(zhǔn)電壓1.25V。

2 電路設(shè)計(jì)
2.1 集成穩(wěn)壓器的選擇
在選擇集成穩(wěn)壓器時(shí)，應(yīng)該兼顧性能、使用和價(jià)格幾個(gè)方面。性能指標(biāo)主要根據(jù)負(fù)載電壓電流的大小、調(diào)整率的高低以及工作穩(wěn)定范圍的寬窄來選。LM317系列由于其輸出電壓可調(diào)，同時(shí)其有較高的穩(wěn)壓精度、較高的紋波抑制比和較好的輸出電壓溫度特性，而得到了廣泛的應(yīng)用。
設(shè)電源的輸出總功率P0，負(fù)載額定電壓U0，則輸出電流額定值為I0=P0/U0，為了使電路穩(wěn)定運(yùn)行，還需要考慮一定的設(shè)計(jì)余量(一般取10%以上)。LM317系列穩(wěn)壓器主要參數(shù)如表1所列，根據(jù)計(jì)算出的電流值，選擇相應(yīng)的穩(wěn)壓器。

2.2整流濾波電路設(shè)計(jì)
橋式整流濾波電路要確定整流二極管以及濾波電容值。
2.2.1整流二極管的選擇
選擇二極管要依據(jù)二極管的反向耐壓VRM和正向電流IF。由于濾波電容的容量愈大，二極管導(dǎo)通角愈小，通過二極管脈沖電流的幅度愈大，因此，整流管的幅值電流必須加以考慮。流過整流管的平均電流ID=Ii/2，Ii=IR2+I0，IR2=IR1+Iadj≈0.01A(式中Ii為穩(wěn)壓器的輸入電流，IR1、IR2、Iadj分別為流過R1、R2，以及調(diào)整端的電流)，則ID=(0.01+I0)／2�？紤]到電容充電電流的沖擊，正向電流一般取平均電流的2～3倍。
二極管最大反向電壓，式中U2為電源變壓器次級(jí)電壓有效值，Ui為整流輸出電壓(即穩(wěn)壓器輸入電壓)。為了保證穩(wěn)壓器LM317穩(wěn)定運(yùn)行，輸入電壓Ui與輸出電壓U0之差一般在5～15V范圍，取Ui-U0=1OV，得Udmax=1.2Ui=1.2(U0+10)=12+1.2U0。設(shè)計(jì)時(shí)可考慮一定的余量。
2.2.2濾波電容設(shè)計(jì)
濾波電解電容C1的選擇原則是：取其放電時(shí)間常數(shù)RLC1大于充電周期的3～5倍，其耐壓值Uc必須大于脈動(dòng)電壓峰值。對(duì)于橋式整流電路來說，脈動(dòng)電壓峰值為2U2，C1的充電周期等于交流電源周期T的一半，即式中RL為整流后的等效負(fù)載電阻，而RL=Ui/Ii=(10+U0)/(0.0l+I0)，代入式中即可確定C1值
2.3 電源變壓器設(shè)計(jì)
在串聯(lián)穩(wěn)壓電路中，確定變壓器的