高稳定度低纹波的线性稳压电源设计
一种高效稳定的LDO线性稳压器设计
中 图分 类 号 ：Ｎ ９ Ｔ ４２
文献标识码 ： Ａ
一
种 高效 稳 定 的 Ｌ Ｏ 线性 稳压 器 设 计 Ｄ
胡 锦 刘观承 黑花 阁 刘清波
（ 湖南大学 物理与微 电子科学学院， 长沙 ４ ０８ ） １０２
摘 要 设计了一种准ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输出的低压差（Ｄ ） Ｌ Ｏ 线性电压稳压器。通过采用改进型密勒补偿技术和高电流
器 以其 低 噪 声 、 Ｐ Ｒ 微 功 耗 和 极 低 的 成 本 ， 高 Ｓ Ｒ、 已
经成为极具竞争力的电源方案之一。 传统 的 Ｌ Ｏ线性稳 压器在 负载 电流 增大 或输 出 Ｄ
电容的等效 串联 电 阻发生 变 化时经 常 会遇 到稳 定 性 变 差的问题 。针 对这个 问题 ， 本文 阐述 了一 种准确 且
（ ｏｅｅｏ ｈ ｓ ｓａｄＭｉ ｏｌ ｔ ｎｃＳｉｎｅ Ｈｕ ａ ｎｖｒｉ ，ｈ ｎｓａ １０ ２ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｙｉ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｉ ｃｅｃ ， ｎｎＵ ｉｅ ｔ Ｃ ａｇｈ ０ ８ ） ｌ Ｐ ｃ ｒ ｅｒ ｓｙ ４
锂电池供电的高效、低纹波、低高频噪声电源设计
【 关 键 词 】Ｂ Ｕ Ｃ Ｋ Ｌ Ｄ ０ 纹 波 滤 波
采用 高开关 频率 的 Ｂ ＵＣ Ｋ 变 换 器 ， 然 后 再经过 Ｌ Ｃ滤 波 器 滤 除 开 关 频 率 纹 波 ，磁 珠 滤
波消 除 高频噪 声，实 现所要 求 的性 能指标 。 锂 电池 因容量大、体积 小、无记忆效应、 电量检 测容 易、使用寿命长等许 多优点 ，并且 产 品种 类多，技术成熟 ，在许多移动设备 、车 辆 中得 到了广泛 的使用 。非隔离 的开关 电源技 术 也 非 常成 熟 ，具 有 体 积 小 、效 率 高 、 芯 片 种 类 多等优点 ，很广泛地应用在各个领 域中 在 某科 研课 题中 ，需要使 用锂 电池 为便 携式 小体积 设备提供 多路直流 电源 ，其 中有两
Ｉ ． １ 固定 输 出电 源
输 出调整管 为超 Ｂ双 极型 Ｐ Ｎ Ｐ管，具有 调整
速度快，输入 、输 出间压差 小，在满载时可 以
达到 ３ ５ ０ ｍＶ～ ４ ２ ５ ｍＶ，芯片 自身工 作的功耗 很 低 。ＭＩ Ｃ ２ ９ ３ ０ ２ ＢＵ 的 １脚 是 Ｅ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ脚， 逻 辑 高 时 允许 芯 片 工 作 ，逻 辑 低 时 芯 片 关 断 ；２ 脚Ｖ ｉ ｎ是电源输入脚 ；３脚 Ｇ ＮＤ是接地脚 ；４ 脚是 Ｌ Ｄ Ｏ 的输 出脚 ；５脚 Ａ ＤＪ是输 出电压经
时与 电源输 出电压较 接近 ，普通 的 降压 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ难 以实现 的 问题 ， 设 计 采 用 了超 低 压 差 、 占 空 比 可 迭１ ０ ０ ％ 、高效路要 求 输
出 电 压 大 范 围 可 调 、 纹 波 小 于 ｌ ｍ Ｖ ；设 计 采 用 了 Ｂ Ｕ Ｃ Ｋ加 Ｌ Ｄ ０电 路 进行 稳压 ，又 明显 减小 了电源 纹波 ：还 用 减法放 大 器控 制 Ｂ Ｕ Ｃ Ｋ 电路 ，保持 Ｌ Ｄ ０的 工作 压 差是 较 小 的 固定 值 ， 保 证 了 电 源 的 高 效 率。 电源 又增加 了 Ｌ ｃ滤波和磁珠
基于电流注入方式高效联调低纹波直流稳压电源的设计
在Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ转换的开关稳压电源当中 ，常用的基本拓 扑结构有将高的输入电压变为低的输 出电压 Ｂ Ｕ ＣＫ电路 （ 降压型 ）、还有将低的输入电压变为高的输出电压的 Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ 电路 （ 升压型 ）、和将正的输入电压转换为负电压
输出的 Ｂ Ｕ ＣＫ —Ｂ ＯｏＳ Ｔ升降压电路 （ 也称极性反转型 ） 三种。那么本设计将采用那一种结构呢？
１ ． 指标 分析 如 果 整 机 效 率 ｎ要 求 在 Ｖ ｏ － ５ ． ０ Ｖ， 负 载 Ｒ Ｌ ＝ １ ０ Ｑ ，即 输 出电流 Ｉ ｏ ＝ ０ ． ５ Ａ 时 ，大 于等 于 ５ ０ ％ ；而 整机效率 Ｔ １ ＝Ｔ １ １ Ｘ ２ ，那 么 此 时的 可 调 线 性 稳 压 部分 的 效率 １为 ： ＝
为７解决电子竞赛测评时因换用电源而导致作品性能指标下降的问题 ，以及精密电子测量仪器对电源的要求 ，本系统以瓦 调线性稳压电源为核心 ， 利用 Ｓ Ｔ Ｃ８ ９ Ｃ ５ ２为控制系统 ， 结合开关电源的高效率转换 ， 设计并制作了一种步进精度可达 Ｏ ＿ １ Ｖ，
蝓 幻、 席藜 舯 怔 的 百 Ｔ 谰 直 流 稳 由 酒
路 如 图 ２所 示 。 为 了产生 不 同的 输 出电压 ，开 关 电源可 以 采用 单 片机
图 １
控制的 Ｐ ＷＭ （ 脉冲宽度调制 ）电路以及外接基准和误差
－
９ １ — —
实用技 术推 广
构 ，虽 然 并联 型 的输 出电压 精 度高 ，但 效 率 太 低 ，管耗 大 ，不 适 合 本设 计 。而 串联 型 结 构 的稳 压 电源 ，则采 用 电压 负反 馈 将输 出电 压 经 电阻 分 压后 与 比较 器基 准 电 压相 比 较 ，
高稳定度低纹波直流电源设计
高稳定度低纹波直流电源设计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。
1 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。
2 主要功能模块分析2.1 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0.01μF 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2.2 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。
线性稳压电源设计(2)
线性稳压电源设计摘要：直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为直流电，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压。
关键词：直流稳压电路；整流；滤波；稳压；直流输出正文：1.系统设计思路：线性稳压电源的主要结构如下图所示：图1 线性稳压电源主要结构直流稳压电源一般由电源变压器，整流电路，滤波电路及稳压电路所组成。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为直流电，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
本设计主要采用直流稳压构成集成稳压电路，通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并稳定输出直流电压。
2.系统功能及其使用说明：1.变压器变压电路相对简单，仅有一个单相变压器，变压器将市电转化为电路能承担的电压。
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。
变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
变压器的基本原理是电磁感应原理。
理想变压器满足I1/I2=U2/U1=N2/N1=1/n,因此P1=P2=U1I2=U2I1.2.整流电路整流电路是把经过变压后的交流电通过具有单向导电性能的整流元件（如二极管、晶闸管等），将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。
但是，这种电压直流幅值变化很大，包含有很多的脉动交流成分，还不能作为直流电源使用。
对于高质量的稳压电源，其整流电路一般都选用桥式整流电路。
整流电路常见的有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，和单相全波整流电路。
线性稳压电源的设计
Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｚ ｅ ； ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｙ； ｆ ｉ ｆ ｌ ｔ ｅ ｒ ； ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ
中图分类号 ： Ｔ Ｍ４ ４
文献标识 码： Ｂ
文章编号 ：１ ９ ９ ４ — ３ ０ ９ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — １ ３ ＿ ４ — １ ３ ６
ｉｌ ｆ ｔ ｅ ｒ ａ ｎｄ ３－ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎａ ｌ ｒ ｅ ｇ ｕｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｔ ｏ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｚ ｅ ．Ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ， ３一ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎａ ｌ ｉ ｎｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ Ｃ Ｗ ７ ８１ ５ ａ ｎｄ ＣＷ ７ ９ １ ５ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｚ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｃ ｈｉ ｖ ｅ ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｒ ｅ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ．
圈组 成 ， 线 圈两 个或两个 以上 的绕组 ， 其 中接 电源的绕组
叫初级线 圈， 其余 的绕组 叫次级线圈 。 输入 电网电压 由额定值变化 － ｃ ＇ １ ０ ％时，稳压 电源输 出 电压 的相对 变化量 ， 有 时也 以绝对值表示 。一般稳压 电源
的电网调整率等于或小于 １ ％、 ０ ． １ ％， 甚至 ０ ． ０ １ ％。
Ａ ｍｅ ｉ Ｚｈ ａ ｎ ｇ
（ Ｘｉ ’ ａ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ７ ７ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｌｉ ｎｅ ａ ｒ ｐ ｏｗｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｓ ｔ ｈｅ ｉ ｎｐ ｕ ｔ ２ ２ ０ ｖ ｏｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｌｔ ａ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｒ ｅ ｄ １ ５ ａ ｎｄ
线性稳压器设计技巧
线性稳压器设计技巧线性稳压器是一种常见的电源稳压电路，其工作原理是通过调整稳压管上的控制电压，使输出电压保持稳定。
在设计线性稳压器时，需要考虑多个因素，包括负载特性、输入电压范围、稳压精度、效率等。
本文将介绍一些线性稳压器设计的技巧。
1.选择合适的稳压芯片：在选择稳压芯片时，需要考虑负载和输入电压的要求。
芯片的额定输出电流应能满足负载的需求；输入电压要在芯片规定的范围内。
此外，还应注意芯片的稳压精度和温度特性，以确保稳定的输出电压。
2.合理的输入滤波：稳压器的输入端应添加合适的滤波电路，以减小输入电压的纹波和杂散噪声。
常见的滤波电路包括电容滤波和电感滤波。
电容滤波可用于减小高频纹波，而电感滤波主要用于减小低频纹波。
3.合适的功耗计算：稳压器的功耗会导致温度上升，进而影响稳定性和可靠性。
设计时应合理计算功耗，选择合适的散热解决方案。
此外，还应注意芯片的最大工作温度，以避免过温损坏。
4.适当的负载补偿：线性稳压器的输出电压会随着负载的变化而发生偏移。
为了降低输出电压的波动，可以通过负载补偿技术进行补偿。
常见的负载补偿方法有并联电容补偿和串联电感补偿。
5.合理的反馈网络设计：稳压器的反馈网络是保持输出电压稳定的关键。
在设计反馈网络时，应考虑稳压精度、纹波和稳定性。
常见的反馈网络包括RC网络和LC网络。
RC网络可用于提高稳定性和减小纹波，而LC 网络可进一步提高稳压精度。
6.降低散射电流：散射电流是指稳压管中导通和截止过程中发生的浪涌电流。
散射电流会导致功耗和纹波增大，进而降低稳压器的效率和稳定性。
为了降低散射电流，可以采用合适的稳压管和散热措施。
7.合适的保护电路：线性稳压器设计中还需考虑电源的保护功能，以避免输入电压过高、过低或瞬态干扰等恶劣条件对负载和芯片造成损害。
可以增加输入和输出的过压、过流、过温保护电路来提高稳压器的可靠性。
总之，线性稳压器设计时需要综合考虑负载特性、输入电压范围、稳压精度和效率等因素，以及采用合适的稳压芯片、滤波电路、负载补偿、反馈网络、散热和保护电路等技术手段来提高稳压器的性能和可靠性。
200kV低纹波高稳定度直流高压电源
第28卷第1期 强激光与粒子束V I 28, N o. 1 2016 年1 月H IG H POWER LASER A N D P A R T IC LE BEAMS Jan. , 2016200 k V低纹波高稳定度直流高压电源李亚维，谢敏，蓝欣，刘云涛，马成刚，吴烈(中国工程物理研究院流体物理研究所，脉冲功率科学与技术重点实验室，四川绵阳621900)摘要：直流高压电源在科学实验和工业生产中有着广泛的运用，传统高压直流电源是通过工频变压器 直接升压，再经整流滤波得到所需要的高压，普遍存在精度低、调整复杂、纹波系数大等诸多缺陷。
本系统基于全桥逆变、倍压整流和脉宽控制技术，设计了用于电子束离子阱装置的直流高压电源，采用高频逆变、正负双向倍压整流、电压电流双环控制等方法，实现了直流高压输出。
结果表明，所设计的直流高压电源具有稳定性好、纹波小、可靠性高、系统安全等特点，最终输出的电压在0〜200 k V连续可调，纹波和稳定性都小于0.01%，满足实验需求。
关键词：直流高压电源；双向倍压；低纹波；高稳定度中图分类号：T P2 文献标志码：A doi：10.11884/HPLPB201628.015016高压电源的应用十分广泛，不仅应用于雷达对抗、电磁炸弹、电子回旋加速器，同时还应用于安全检查（机 场、车站、码头和重要公共场所等）医疗检测和工业探测中的x光机[-2]、表面处理中的静电喷涂、环境保护中的静电除尘[34]，也应用于日常生活中的阴极射线管显示器、显像管电视机、电蚊拍、臭氧发生器等领域[56]。
目前，高压大功率电源已普遍应用开关电源技术，但受高频高压变压器分布参数不易控制、大功率半导体开关速度低损耗高、高压硅堆反向恢复时间慢等因素的制约，国内研制的此类电源的开关频率普遍在20 k H z左右，较低的开关频率限制了高压电源及其用户设备的小型化和轻量化工作。
成都理工大学研制了 25k V高精度直流负高压电源。
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高稳定度低纹波的线性稳压电源设计
中心议题：
高稳定度低纹波的稳压电源" title="线性稳压电源">线性稳压电源系统总体方案设计
线性稳压电源的主要功能模块分析
电源性能测试
本文设计制作了一款基于LT1083/LT1033 系列大功率低压差三端稳压芯片的高稳定度低纹波直流电源，介绍了降压、整流滤波、线性稳压、LC 低通滤波等主要构成模块。
测试结果表明，本电源具有输出电压稳定度高、输出电流大、低纹波、低功耗等特点。
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。
1 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。
图1 系统结构框图
2 主要功能模块分析
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= Ω，此时，C= kT/2R =20 000 μF,其中，k=5 .电容耐压Umax≥√2Ui≈ 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
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 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 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%,负载调整率为%,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[10].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= V,IADJ=50 μA,R1=200 Ω。
?
图3 正负线性稳压模块电路
低通滤波模块
低通滤波电路采用LC 滤波电路，滤波电容为4 700 μF电解电容和μF 瓷片电容，能有效减少直流的纹波和高频干扰，两个33 μH/3A 功率电感并联可以隔离交流并提高输出电流。
截止频率：
其中，L=33 μH,C=4 700 μF, 图4 为低通滤波器电路图。
图4 LC 滤波电路
3 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 ） .负载电阻采用水泥电阻（Ω/20 W、5Ω/20 W、15Ω/20 W） .电源性能参数如表1 所示。
可以看出，负载调整率和电压调整率反映出了电源较高的稳定度，纹波系数指标反映出低纹波特性。
表1 电源性能参数表
4 总结
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。