试析小尚弟线性可调电源的工作原理及电路改进

phjzg

网上广受推崇的小尚弟线性可调稳压电源，有很多朋友去弄了套件来玩，但有些新手还不懂它的工作原理，所以在玩的过程中碰到一些问题，就难解决，本人不才，斗胆来解释下它的工作原理，错误在所难免，欢迎指正，以便修改和补充。


电路图以坛友 川江号子  拆机专家123 提供的为准：




一，电路图上上面的辅助电源是浮地的，即辅助电源地接在主电源的正电压输出上，所以测量辅助电源及U1A U1B的工作状态时，都要以辅助电源的地为准，也即主电源的正输出为地基准。
二，辅助电源通过 AC12V+AC12V 进行正负半波整流后，再通过稳压管稳压产生+15V -6.2V 给U1运放作工作电压（不对称没关系）。
三，Q1（TL431） 产生2.5V基准电压，供给运放电压控制（负相）及电流控制（正相）作电压基准。

四，分析下电压控制的稳压过程：
当刚打开电源时，此时主电源电压为0，假设此时VR2和J2接口上的电位器都固定在一个位置，+15V通过R12、VR2、 J2插口上的调压电位器分压供给U1B的5脚，但要注意电位器的接地是在主电源的负端。此时，U1B的6脚电压肯定是低于5脚电压的(只要调压电位器不是在最低位置），所以U1B的7脚电压为高电压，D17也不导通。此时+15V通过R4、D5给Q2(TIP41)基极电流，从而驱动大功率管导通。当大功率管导通后，输出电压上升。而因为辅助电源是浮地的接在主电源的正极上，所以此时6脚电压没有变化（相对辅助电源的地），但因为浮地，所以U1B的5脚电压相当于变低了，（电位器的下端是接在主电源的地）当5脚电压低到比6脚电压更低时，运放 7脚变成低电压，把R4送过来的电压拉低（拉电流进运放），从而使TIP41的基极电压降低，主电源输出降低，从而达到稳压状态。
改变调压电位器的状态，也就改变了5脚和6脚的比较电压，从而使电源达到新的稳定状态。

五，稳流原理：VR1、R3、J1插口上的电位器、R6、R14，组成一个分压电路，给U1A的3脚提供一个一定的电压基准(最低可调到-15mV左右，以抵消运放的输入失调电压，使得能从0A起调)。当输出电流超过一定值时，在R24 R25上产生的电压降使 U1A的2脚电压高于 3脚的设定值，1脚变成低电压，R4送过来的电压通过 LED1向运放流入，从而拉低送到TIP41的基极电压，使输出电压降低，从而限制了输出电流（在负载不变时，降低输电电压，也就降低输出电流）。直到平衡，调动调流电位器，就是改变3脚的电压基准。

六，继电器切换电路：
此时，注意测量要以主电源地为测量的地。
7812产生的12V电压，分别给U2A  U2B 的负相输入端设定一个基准电压(由VR3，VR4分压)。
R17、R8对主电源电压分压后，供给U2A U2B的正相输入端3脚和5脚。
当主电源的输出电压调高时，因为功率管需要一定的压差，所以需要第一个继电器J1跳上一档，假如此时VR3电位器设定在主电源10V左右上跳一档(按电路的电阻数据，VR3分压值也应该在5V左右)，那么当主电源电压调高到10V以上时，R7、R8分压产生的电压比U2A的2脚设定电压高，U2A 1脚输出高电压，推动T1 导通，继电器吸合，（R26、D7组成回差，在T1（8050）导通后，进一步拉低一些2脚的基准，从而使得主电源电压稍微低于10V时，继电器继续吸合，让继电器不会在切换点附近频繁动作)。
VR4 U2B 组成第二个继电器的切换电路，原理同。只是VR4的分压出来的电压比VR3的分压值再高一些。（如果第二档切换电压值为20V，那么VR4分压值应该在10V左右)


补充内容 (2023-6-21 12:31):
后续有更新：请移步 https://www.mydigit.cn/thread-382226-1-1.html

phjzg

再来提一下，此电源的几点不足之处，欢迎讨论。
一，辅助电源的滤波电容C1、C2容量过小，主滤波的电容C12、C13、C14、C16容量过大，容易产生在低电压轻载或空载关机时，产生一个电压过冲情况。主要原因是电压控制电流控制都是采用运放拉电流来控制。在关机后，辅助电源的电压下降较快，当下降到一定程度时，运放停止工作，但C1上还有电压，直接加到了Q2 (TIP41)，把主滤波电容上的残存电压直接通过功率管加到轻负载上。解决办法是增大C1 C2容量，降低主滤波电容容量，减小R17电阻，使辅助电源的电压维持时间增加，主滤波电压快点下降。

还有个办法是在Q2的的基极串接一个3-5V稳压管，同时在基极和发射极间并接一个电阻。从而可以使得辅助电源的电压低于运放工作电压时，辅助电源的电压也不能通过稳压管使TIP41导通。
附图，具体稳压管值和电阻值可适当调整，DZ和RZ为增加的元件，其它元件为原电路中的编号。


二，调压电位器，调流电位器，都是接在正相输入端的负端，一旦电位器断线或接触不好（电位器动片接触不好非常常见），或转动时产生电噪音，都会使输出电压失控或电压向上跳动。（一般使用条件下，电压过冲比电压跌落，对负载设备而言更危险)。电位器动片接触不好，电位器阻值增大，5 脚电压上升，7 脚也上升，输出电压增加。
  解决办法：电位器用三线分压，电位器中心脚接到运放的正相输入端，同时在 5 脚和3 脚，对负端各接一个较大阻值的电阻，以便电位器接触不好或断线时，切断电压输出。电位器改成三线如图，RZZ为增加的电阻，其它元件为原电路中的编号，调流运放可参照。
改成三线接法，还有个好处时，在检修电压失控的电源时，不会因为调压电位器的阻值调在较小的位置时，TL431的产生的2.5V基准电压由于失控的主电源输出电压（相对于辅助电源的地来说是负电压）加在调压电位器的下端，从而使R12 VR2 调压电位器这路产生很大的电流，把2.5V基准电压拉低到无法准确判断故障所在。

三，继电器切换电路的电源供给，粗看是一个半波整流，如果继电器跳到高一档，会成了不对称全波整流，所以跳到最高档时，7812的输入电压会升高。如果变压器的次级电压比较高，特别是有些朋友想通过提高变压器的次级电压，来做30V以上的可调电源时，要注意这个电压是否超过 7812的最高电压。
解决办法，如果是自制变压器，要高电压输出的，这个继电器绕组要独立绕制，不从主绕组上取电。
不想动高次级电压的变压器，也可以把7812稳压电路用个耐压够的功率管替换，加上12V稳压管和电阻等组成个简单串联稳压电路。二个继电器的电流应该不会超过100mA，功率管上稍微加点散热应该也可以了，且对继电器切换的电压精度要求也不是很高，简单串联稳压电路，也可以满足。如果对切换精度要求高，也可以用TL431来驱动三极管组成稳压电路。







补充内容 (2023-4-14 06:16):
纠错：经模拟测试，电位器改三线接法后，调整的线性很差，低电压时转动较大，电压变化缓慢，高电压后稍微转动一点，电压变化就很大。不建议改

补充内容 (2023-4-15 14:47):
重新修改了改进方法，见小尚弟线性可调稳压电源的改进探讨
https://www.mydigit.cn/thread-382226-1-1.html
(出处: 数码之家)

shaoxg88

感谢楼主答疑解惑，为这种有益行为活动点赞

wfzdm

楼主是卖套件的吗

heju

楼主用心了，分析得这么仔细

laipihou

套件怎么卖？感兴趣

phjzg

wfzdm 发表于 2023-4-5 07:30
楼主是卖套件的吗

我不做这生意，纯粹闲得荒，哈哈。

phjzg

laipihou 发表于 2023-4-5 09:40
套件怎么卖？感兴趣

自己找，我不做这生意！！甚至以前我设计的电路在海鲜市场都有人仿制在卖，那也和我无关。比如电动车充电器改可调通用板，明纬电源改可调快速泄压和指示灯电路板，都不是我在卖，和我完全无关。所以现在都懒得弄新电路，放出来，就有人来想赚钱（关键是卖价都高的离谱）

拆机专家123

laipihou 发表于 2023-4-5 09:40
套件怎么卖？感兴趣

༡小林电子套件༡店铺有，我也还有一张原版pcb板，不过运费加起来划不来，

拆机专家123

楼主真是有心了，这么用心分析

yiguangqiang

楼主v5，我要是有多的情人一定介绍个给你

snowrose2000

前级电源不好找。

shzm55

楼主有心了，真准备试做，感谢分享，收藏、学习了。

19079571

楼主的单绕组线性电源控制板不错，可以我不会弄pcb,谁帮忙设计一下我来打样验证

phjzg

拆机专家123 发表于 2023-4-5 11:59
楼主真是有心了，这么用心分析

这次主要是看到坛友“川江号子” 他对这个电路的贴子，感觉他没有吃透原理，出了问题，检查就比较困难，虽然有回贴，但回贴会很快淹没，难以让更多人看到，所以还是单独发贴比较好。没想到版主马上给设为精华了。

phjzg

感谢版主“家睦” 加精。

phjzg

snowrose2000 发表于 2023-4-5 12:58
前级电源不好找。

是的，纯线性的可调电源，关键还是变压器。

phjzg

yiguangqiang 发表于 2023-4-5 12:45
楼主v5，我要是有多的情人一定介绍个给你

哈哈，你自己留着吧，关键是你也没有多余的。

陈继斌

19079571 发表于 2023-4-5 13:02
楼主的单绕组线性电源控制板不错，可以我不会弄pcb,谁帮忙设计一下我来打样验证 ...

前2年就抄板了，玩玩可以，但没必要。瑕疵多。不如买数控的，pcb全套下来成本也接近100了，还不算主电和辅电变压器。而且现在数控的价格也很便宜了。

vigo316

正能量啊。。。。