一款高稳定度的低纹波直流电源电路设计与实现

线性稳压电源被广泛应用于科研、电力电子、电镀、广播电视发射、通信等领域， 是大专高等院校、实验室等进行电子电路研究不可或缺的仪器设备。但是传统线性稳压电源存在变压器转换效率低、稳压芯片压差大、滤波电路不够完善等缺点， 时常出现输出纹波大、效率低、发热量大、间接地给系统增加热噪声等问题。在历年的电子设计竞赛中， 作品在比赛场地测试正常， 但在指定测试场地测评时， 电路突然烧毁或者性能指标达不到原先水平的现象时有发生， 一个重要的原因就是测评场地提供的稳压电源电压波动大、供电电流不稳定、正负电压不匹配。因此， 高稳定性、低纹波的稳压电源是科研创新和电子设计竞赛不可或缺的保障。

系统总体方案设计

本设计由降压模块、整流滤波模块、线性稳压模块和低通滤波模块组成， 如图1 所示。变压器将220 V/50 Hz 交流电分别降压到±16 V、±6 V、+6 V， 通过整流桥堆整流以及大容量电容滤波后， 进入正( 负) 线性稳压模块， 再经过低通滤波模块滤除直流以外的干扰信号， 分别输出±15 V、±5 V、+5 V 的稳定电压。

主要功能模块分析

1、整流滤波模块

整流滤波电路主要由整流桥堆和大容量滤波电容组成， 如图2 所示。整流桥堆具有体积小巧、输出电流大、安装方便等优势， 并能代替由4 只二极管组成的传统桥式整流电路。滤波电路采用大容量电解电容滤波，增加了输出电压的稳定性。根据式(1) 可求出所需滤波电容容量。

当输出电压为5 V、电流为2 A 时，R=U/I=2.5 Ω， 此时，C= kT/2R =20 000 μF，其中，k=5 。电容耐压Umax≥√2Ui≈24.038 V.其中，Ui=17 V， 因此Umax取值为25 V.在电解电容C6 两端并联一个0.01 μF 的瓷片电容C10 可以有效抑制高频干扰。

图2 桥式整流滤波电路

2、线性稳压模块

LT1083/LT1033 系列正负可调稳压器的效率大大高于现有器件，可以提供7.5 A、5 A 和3 A 输出电流，并能在低至1 V 的压差条件下运行，压降在最大电流条件下保证在1.5 V 以内。负载电流减小时允许压差同时减小，可在多种电流水平条件下通过片内修整电路，提供所保证的最小压差，并能够使输出电压准确度调节至1%.其电压调整率为0.015%，负载调整率为0.01%，对电流限值也进行了修整，最大限度地减小了过载条件下稳压器和电源电路上承受的应力，具有热功耗限制保护，LT1083/LT1033 系列器件的引脚与老式三端稳压器兼容，与大多数稳压器设计中的10 μF 输出电容器以及PNP 稳压器多达10%的输出电流作为静态电流消耗不同，LT1083/LT1033 系列的静态电流流入负载， 大大降低了电源功耗。此芯片电压调整率小、负载调整率小的特点能够保证输出电压稳定度高。正负线性稳压模块电路如图3 所示，其中R1=R3，R2=R4.电路中的电阻参数可根据输出可调电压公式确定：

其中，Uref=1.25 V，IADJ=50 μA，R1=200 Ω。

图3 正负线性稳压模块电路

电源性能测试

测试仪器采用固纬4 位半数字万用表(GDM-8245) 、上海爱仪交流毫伏表(AS2294D) 和调压变压器(TDGC -0.5/0.5) 。负载电阻采用水泥电阻(2.5Ω/20 W、5Ω/20 W、15Ω/20 W) 。

传统稳压电源因其电压波动大、效率低、体积庞大等缺点影响了电子产品的各项性能指标。本文设计制作的电源不仅具有高稳定性、低纹波的优点， 而且输出电压可调、电压波动小、带负载能力强、体积小巧。由于本文所设计的电源具有非常小的电压调整率， 一旦设置好电压， 即使电网波动， 电源也能保证输出电压与设置电压相同， 为微弱信号和高频信号的处理提供有力的保障， 不仅能有效地避免在电子竞赛测评时由于更换 电源 而导致的作品性能指标下降甚至烧毁的事件发生， 而且对于电子线路的各项研究有十分重要的意义。