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(wèn)題[2-3]。在歷年的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，作品在比賽場(chǎng)地測(cè)試正常，但在指定測(cè)試場(chǎng)地測(cè)評(píng)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(cè)評(píng)場(chǎng)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(jìng)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(guò)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(guò)低通濾波模塊濾除直流以外的干擾信號(hào)，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(shì)，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(guò)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(duì)電流限值也進(jìn)行了修整，最大限度地減小了過(guò)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(cè)試

測(cè)試儀器采用固緯4位半數(shù)字萬(wàn)用表(GDM-8245)、上海愛(ài)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(hào)和高頻信號(hào)的處理提供有力的保障，不僅能有效地避免在電子競(jìng)賽測(cè)評(píng)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(duì)于電子線路的各項(xiàng)研究有十分重要的意義。

[1]劉晨曦，趙莉華，白三中.一種融合開(kāi)關(guān)電源和線性電源優(yōu)點(diǎn)的 DC/DC變換器[J].電氣制造，2008(11)：52-54.

[2]秦洋陽(yáng)，葉艷.如何設(shè)計(jì)線性穩(wěn)壓數(shù)控電源[J].科協(xié)論壇(下半月)，2009(9)：32-33.

[3]胡文華.開(kāi)關(guān)線性復(fù)合電源探討[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007(4)：67-70.

[4]祁煒，朱忠尼.線性分布式電源減少輸出紋波的一種控制方法[J].電源世界，2007(7)：41-43.

[5]李雪峰，何振俊.提高電子技能競(jìng)賽成績(jī)的措施[J].硅谷，2010(18)：160-161.

[6]蔡新舉，劉華章.一種高效程控直流電源設(shè)計(jì)[J].煙臺(tái)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程版)，2003(1)：60-64.

[6]范新民.高精度可程控線性直流電源原理分析[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(5)：80-81.

[7]楊永昌，龐前娟.新型 1.5V線性電源設(shè)計(jì)[J].桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007(4)：18-19.

[8]凌振峰.橋式整流電路的特點(diǎn)[J].科技信息，2010(19)：141.

[9]李衛(wèi)中.電容濾波型三相橋式整流電路的分析[J].電子技術(shù)，2009(12)：55-56.

[10]郭彍，郭建國(guó)，段曉東.基于 LT1083的大功率工業(yè)電子線路電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].今日電子，2009(11)：56-57.