高穩(wěn)定度低紋波的線性穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

王云燁，余水寶，宋 軍

(浙江師范大學(xué) 數(shù)理信息學(xué)院，浙江 金華 321004)

線性穩(wěn)壓電源被廣泛應(yīng)用于科研、電力電子、電鍍、廣播電視發(fā)射、通信等領(lǐng)域，是大專高等院校、實(shí)驗(yàn)室等進(jìn)行電子電路研究不可或缺的儀器設(shè)備[1]。但是傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電源存在變壓器轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)壓芯片壓差大、濾波電路不夠完善等缺點(diǎn)，時(shí)常出現(xiàn)輸出紋波大、效率低、發(fā)熱量大、間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲等問題[2-3]。在歷年的電子設(shè)計(jì)競賽中，作品在比賽場地測試正常，但在指定測試場地測評時(shí)，電路突然燒毀或者性能指標(biāo)達(dá)不到原先水平的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，一個(gè)重要的原因就是測評場地提供的穩(wěn)壓電源電壓波動(dòng)大、供電電流不穩(wěn)定、正負(fù)電壓不匹配[4]。因此，高穩(wěn)定性、低紋波的穩(wěn)壓電源是科研創(chuàng)新和電子設(shè)計(jì)競賽不可或缺的保障[5-6]。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由降壓模塊、整流濾波模塊、線性穩(wěn)壓模塊和低通濾波模塊組成[7]，如圖1所示。變壓器將220 V/50 Hz交流電分別降壓到±16 V、±6 V、+6 V，通過整流橋堆整流以及大容量電容濾波后，進(jìn)入正(負(fù))線性穩(wěn)壓模塊，再經(jīng)過低通濾波模塊濾除直流以外的干擾信號，分別輸出±15 V、±5 V、+5 V的穩(wěn)定電壓。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 主要功能模塊分析

2.1 整流濾波模塊

整流濾波電路主要由整流橋堆和大容量濾波電容組成，如圖2所示。整流橋堆具有體積小巧、輸出電流大、安裝方便等優(yōu)勢，并能代替由4只二極管組成的傳統(tǒng)橋式整流電路。濾波電路采用大容量電解電容濾波，增加了輸出電壓的穩(wěn)定性[8-9]。根據(jù)式(1)可求出所需濾波電容容量。

圖2 橋式整流濾波電路

2.2 線性穩(wěn)壓模塊

LT1083/LT1033系列正負(fù)可調(diào)穩(wěn)壓器的效率大大高于現(xiàn)有器件，可以提供7.5 A、5 A和3 A輸出電流，并能在低至1 V的壓差條件下運(yùn)行，壓降在最大電流條件下保證在1.5 V以內(nèi)。負(fù)載電流減小時(shí)允許壓差同時(shí)減小，可在多種電流水平條件下通過片內(nèi)修整電路，提供所保證的最小壓差，并能夠使輸出電壓準(zhǔn)確度調(diào)節(jié)至1%。其電壓調(diào)整率為0.015%，負(fù)載調(diào)整率為0.01%，對電流限值也進(jìn)行了修整，最大限度地減小了過載條件下穩(wěn)壓器和電源電路上承受的應(yīng)力，具有熱功耗限制保護(hù)[10]。LT1083/LT1033系列器件的引腳與老式三端穩(wěn)壓器兼容，與大多數(shù)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)中的10 μF輸出電容器以及PNP穩(wěn)壓器多達(dá)10%的輸出電流作為靜態(tài)電流消耗不同，LT1083/LT1033系列的靜態(tài)電流流入負(fù)載，大大降低了電源功耗。此芯片電壓調(diào)整率小、負(fù)載調(diào)整率小的特點(diǎn)能夠保證輸出電壓穩(wěn)定度高。正負(fù)線性穩(wěn)壓模塊電路如圖3所示，其中R1=R3，R2=R4。電路中的電阻參數(shù)可根據(jù)輸出可調(diào)電壓公式確定：

其中，Uref=1.25 V，IADJ=50 μA，R1=200 Ω。

圖3 正負(fù)線性穩(wěn)壓模塊電路

2.3 低通濾波模塊

圖4 LC濾波電路

3 電源性能測試

測試儀器采用固緯4位半數(shù)字萬用表(GDM-8245)、上海愛儀交流毫伏表(AS2294D)和調(diào)壓變壓器(TDGC-0.5/0.5)。負(fù)載電阻采用水泥電阻(2.5Ω/20 W、5Ω/20 W、15Ω/20 W)。電源性能參數(shù)如表1所示?？梢钥闯?，負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率反映出了電源較高的穩(wěn)定度，紋波系數(shù)指標(biāo)反映出低紋波特性。

表1 電源性能參數(shù)表

傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源因其電壓波動(dòng)大、效率低、體積龐大等缺點(diǎn)影響了電子產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)。本文設(shè)計(jì)制作的電源不僅具有高穩(wěn)定性、低紋波的優(yōu)點(diǎn)，而且輸出電壓可調(diào)、電壓波動(dòng)小、帶負(fù)載能力強(qiáng)、體積小巧。由于本文所設(shè)計(jì)的電源具有非常小的電壓調(diào)整率，一旦設(shè)置好電壓，即使電網(wǎng)波動(dòng)，電源也能保證輸出電壓與設(shè)置電壓相同，為微弱信號和高頻信號的處理提供有力的保障，不僅能有效地避免在電子競賽測評時(shí)由于更換電源而導(dǎo)致的作品性能指標(biāo)下降甚至燒毀的事件發(fā)生，而且對于電子線路的各項(xiàng)研究有十分重要的意義。

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