一種小型、恒壓/限流可調線性電源如圖1所示，該電源可在電流1A時提供0—25V連續可調直流輸出。如需更高電壓或者更大電流，可將多路電源模塊串聯或者并聯使用，每路輸出電壓在其全范圍內連續可調，并且獨立的電流限制電路保護每路輸出免受過載和短路損害。

圖1 0—25V/1A連續可調線性電源

該電源由市電進行供電，通過調節工頻變壓器輸入端子使其與如下標準相匹配：

a：115Vac±10%、47-63Hz

b：230Vac±10%、47-63Hz

c：100Vac±10%、47-63Hz

下面分別對電源工作原理、雙模塊串聯、并聯以及效率提高與實際測試進行詳細分析。 

1、0—25V/1A線性電源穩壓/限流控制

0—25V/1A線性電源主要包括初級電源、輔助電源、串聯調整電路、恒壓控制、限流控制和反向保護電路，接下來對每個功能電路進行具體分析。

初級電源VIN：由直流電源和交流紋波組成，為主電路供電，實際設計時由降壓變壓器和整流濾波電路實現。

輔助電源：由±12V供電電源和±5V參考電源組成；±12V電源為運放和串聯調整電路供電；±5V參考電源為穩壓和限流電路提供基準；實際設計時由降壓變壓器、整流濾波電路、±12V三端穩壓器7812、7912和LM336基準源實現。

串聯調整電路：由驅動控制三極管Q2和功率輸出三極管Q1組成；CTRL信號通過Q2實現對Q1基極控制以實現輸出穩壓與限流，其中+12V電源和電阻R1為串聯調整電路提供偏置電流。

恒壓控制：由運放U1B、電壓采樣電阻R6和R7、反饋電容C2以及保護電路組成；通過改變電阻R7參數值實現輸出電壓調節，具體計算公式為。

限流控制：由運放U1A、電流采樣電阻Rs、基準電阻R8、R9、-5V基準源、反饋電容C1以及保護電路組成；當電流采樣電阻Rs固定時，通過調節電阻R8參數值改變限流值，具體計算公式為。

二極管D2和D3構成或門電路，對恒壓控制和限流控制進行選擇。

反向保護電路：二極管D8和D9實現反向電壓保護功能；D9以反極性跨接到輸出端子，保護輸出電解電容免受橫跨于輸出端反向電壓影響；由于串聯穩壓晶體管不能抵抗任何反向電壓，所以將二極管D8跨接至晶體管兩端，以便對其進行反向保護；另外，當多支電源模塊并聯使用時，二極管能夠對加載電源與未加載電源進行保護。

正常狀態時電源工作于恒壓模式，通過調節電阻R7參數值使得電源輸出電壓在0—25V之間連續變化；當負載電阻變小或者短路使得輸出電流大于1A時限流電路開始工作，此時電源工作與限流模式，輸出電流為恒定值1A。

C5為輸出電容，跨接于電源輸出端，用于恒壓控制時提供短期脈沖負載電流；另外輸出端外部添加任何電容都將提高脈沖負載能力，但會降低限流電路負載保護——平均輸出電流限制電路工作之前高電流脈沖可能已將負載損壞。

接下來對圖1電路進行瞬態和直流仿真分析，以測試恒壓和限流功能。表1為PSpice仿真電路元器件列表，對電路中每個元器件的具體功能均進行詳細說明。

表1 0—25V/1A連續可調線性電源仿真電路元器件列表

瞬態仿真測試：瞬態仿真設置與輸出電壓、電流波形分別如圖2和圖3所示；輸出電壓設置為24V、電流設置為0.9A，仿真結果與設置值一致；電壓紋波優于1mV、電流紋波優于10uA；電路工作正常。

 圖2 輸出24V/0.9A瞬態仿真設置

 圖3 輸出24V/0.9A仿真波形

直流仿真測試：直流仿真設置與輸出電壓、電流波形以及測試數據分別如圖4和圖5所示；當輸出電壓在1V—25V之間線性增加、電流恒定為0.9A時仿真結果與設置值一致，但電流誤差約為20uA，該誤差主要由運放U1A輸出電流產生。

 圖4 輸出1V—25V/0.9A直流仿真設置

圖5 輸出1V—25V/0.9A仿真波形與數據

2、50V/1A雙模塊串聯

當所需電壓超過25V時可采用兩支獨立電源模塊串聯實現，每支電源模塊輸出電壓獨立調節；既可平均分壓也可將一支調節至25V滿量程，然后調節另一模塊進行補償；如果將兩模塊串聯端設置為0V，則可輸出正負電源。每支電源模塊內部均跨接反向二極管，保護電源串聯輸出短接時濾波電容免受反向電壓損壞。

 圖6 輸出50V/0.8A串聯電路

圖7 輸出電壓波形

50V串聯電路及其電壓仿真波形分別如圖6和圖7所示，每路輸出均為25V，總電壓為50V，與設置值一致，雙模塊串聯功能正常，接下來測試輸出電壓變化時電源模塊特性。

圖8 輸出電壓10V—50V仿真設置

圖9 輸出電壓波形

圖8和圖9分別為雙模塊串聯、輸出電壓為10V—50V時直流仿真設置與每支模塊以及串聯輸出電壓波形——兩模塊輸出電壓完全一致、總輸出電壓為兩模塊輸出電壓之和。由于每支模塊均獨立工作，所以可進行多支串聯，以提供更高等級電壓。

3、25V/2A雙模塊并聯

當所需電流超過1A時采用兩支或多支獨立電源模塊并聯實現，總輸出電流為每支獨立電源模塊輸出電流之和。實際設置時將一支電源模塊輸出電壓設置為所需電壓，將其余電源模塊輸出電壓設置略高于所需電壓。低壓輸出電源模塊用于控制輸出電壓幅值，而設置為較高輸出電壓的電源模塊起限流作用，其輸出電壓一直降低至實際輸出電壓。限流模塊工作于1A限流模式，低壓輸出電源模塊用于補償總電流與限流模塊之間差值：如果總電流為2.3A，采用3支模塊并聯，兩支模塊工作于限流模式即輸出電流1A；第3支模塊用于控制輸出電壓，其輸出電流為2.3A-2A=0.3A。

圖10 輸出20V/1.5A并聯電路

圖11 輸出電流波形

圖10和圖11分別為輸出電壓20V、輸出電流1.5A時雙電源模塊并聯電路圖和輸出電流波形。模塊1設置輸出電壓為20V，模塊2設置輸出電壓為25V，所以實際輸出電壓為20V；此時模塊2工作于限流模式，輸出電流為1A；模塊1工作于恒壓模式，輸出電流為1.5A-1A=0.5A，與圖3.38輸出電流波形完全一致，雙模塊并聯功能正常。接下來測試輸出電流變化時電源模塊工作特性。

圖12 輸出電流1.1A—1.9A仿真設置

圖13 輸出電流波形

圖12和圖13分別為雙模塊并聯、輸出電壓20V、輸出電流為1.1A—1.9A時直流仿真設置與每支模塊以及并聯輸出電流波形——輸出電壓恒定20V、模塊2輸出電流恒為1A、模塊1輸出電流為設置值與模塊2電流之差；當N支模塊并聯工作時，輸出電流I必須滿足如下條件：N-1<IN，否則模塊之間電流出現倒灌現象，輸出異常。

4、變壓器繞組切換

本電源為線性控制方式，當輸出電壓為1V和25V時電源總體效率相差巨大，通過切換輸入變壓器副邊繞組可大大提高電源效率，整體電路如圖14所示。

圖14 變壓器繞組切換

變壓器繞組切換及整體電源電路如圖14所示：VIN1和VIN2分別為變壓器兩組副邊繞組，通過開關S1和整流濾波電路為串聯調整電路供電；當輸出電壓略低于12.5V時S1斷開，此時只有VIN1為電路供電；當輸出電壓略高于12.5V時S1導通，此時VIN1和VIN2串聯為電路供電，仿真波形如圖15所示。

圖15 仿真電壓波形

在圖15中，V(0,-OUT)為輸出電壓波形，20ms時輸出電壓由10V增加至20V；當輸出電壓為10V只有VIN1工作，當輸出電壓升高為20V時VIN2同時工作，整流濾波電壓升高，如圖中V(IN,-OUT)曲線所示；V(IN,ISENSE)為功率三極管Q1的CE兩端電壓波形，輸出10V時約為3V、輸出20V時約為7V，低壓輸出時電源整體效率大大提高。

5、整機性能測試

實際測試結果如下：

負載效應：輸出電流從滿載到空載變化時輸出電壓變化量小于0.01%VOUT+2mV；

源效應：對于額定值以內的任意線電壓變化，輸出電壓變化量小于0.01%VOUT+2mV；

波紋和噪聲：共模電壓有效值值小于0.35mV、峰峰值 (20Hz—20MHz)小于1.5mV；

共模電流 (CMI)：輸出有效值均小于1μA(20Hz—20kHz)；

工作溫度范圍：最大額定輸出時工作溫度為0—40C，較高溫度下輸出電流將線性減小，最高溫度55C 時電流減小至額定值的50%；

溫度系數：30分鐘預熱之后，在0—40C工作范圍內溫度每變化1C輸出電壓變化量小于 0.02%VOUT +1mV；

穩定性（輸出漂移）：30分鐘預熱之后，當輸入電源、負載和環境溫度恒定時，輸出電壓8小時漂移小于0.1%VOUT+5mV；

負載瞬態響應時間：從滿載變為半載或從半載變為滿載時輸出電壓恢復至VOUT15mV以內時間小于50μs；

輸出電壓過沖：接通或關閉交流電源時，如果電壓設置為小于1V，則輸出與過沖之和不超過1V；如果電壓設置為1V或者更高，輸出將無過沖。