高稳定度低纹波的线性稳压电源设计
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 ，
5v转3.3v电路 低纹波
5v转3.3v电路低纹波
要设计一个5V转3.3V的低纹波电路，我们可以选择使用线性
稳压器或者开关稳压器。
首先，我们来看看使用线性稳压器的情况。
线性稳压器是一种简单且成本较低的解决方案，但它们通常效
率较低。
对于5V到3.3V的降压，我们可以选择一款适合的线性稳
压器芯片，例如LM317。
在设计电路时，需要考虑输入和输出电容
以及滤波电容来降低纹波。
此外，还需要确保稳压器的工作在合适
的工作范围内，以避免过热和损坏。
另一种选择是使用开关稳压器。
开关稳压器通常比线性稳压器
更高效，但设计和布局可能较为复杂。
对于5V到3.3V的降压，我
们可以选择一款适合的开关稳压器芯片，例如LM2673。
开关稳压器
通常需要输入和输出电感以及滤波电容来降低纹波，并且需要合适
的布局来减少干扰和噪声。
在设计电路时，还需要考虑负载的稳定性和响应速度。
另外，
对于低纹波的要求，我们需要选择合适的滤波电容和电感，并确保
它们能够满足纹波的要求。
除了电路设计外，PCB布局也非常重要。
良好的布局可以帮助
减少干扰和噪声，从而提高整体性能。
最后，测试和验证也是非常重要的步骤。
在完成电路设计和布
局后，需要进行严格的测试和验证，以确保电路满足低纹波的要求，并且稳定可靠。
综上所述，设计一个5V到3.3V的低纹波电路涉及到选择合适
的稳压器芯片、电容和电感、良好的布局以及严格的测试和验证。
通过综合考虑这些因素，我们可以设计出一个满足要求的低纹波电路。
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。
线性稳压电源设计文档
线性稳压电源设计文档1、常见稳压芯片的工作原理（以78xx为例，79类似）上图是LM78XX系列稳压器的电路原理方框图。
为了使稳压器能在比较大的电压变化范围内正常工作,在基准电压形成和误差放大部分设置了恒流源电路,启动电路的作用就是为恒流源建立工作点,Rsc是过流保护取样电阻,RA,RB组成电压取样电路,实际电路是由一个电阻网络构成,在输出不同电压稳压器中,采用不同的串并联接法,形成不同的分压比。
具体的工作原理如下：RA和RB为取样电阻，从输出端取出部分电压作为取样电压Us，误差放大电路将取样电压Us和基准电压Ub加以比较和放大，去控制调整管的基极电位，输入电压Ui加在调整管与与负载RL相串的电路上。
因此，改变调整管集电极与发射极间的电压降Uce便可以调节RL两端的Uo。
当输入电压降低或负载电阻减小而使输出端电压有所下降时，取样电压也会减小，导致取样电压与基准电压之间的差值为正，经过误差放大电路后，输入到调整管基极的电压升高，基极电流增大，集电极电流随之增大，输出电压Uo上升，最终达到稳定的输出电压。
当输入电压升高或负载电阻增大而使输出端电压有所上升时，取样电压上升，导致取样电压与基准电压之间的差值为负，经过误差放大电路后，输入到调整管基极的电压降低，基极电流减小，集电极电流随之减小，输出电压Uo下降，最终达到稳定的输出电压。
2、常见稳压芯片应用电路常见的稳压芯片应用电路如上图所示（注：稳压电路拓扑不唯一），主要由变压器、整流桥、滤波电容、稳压芯片组成。
电路各部分的选型如下：变压器：功率选取至少为负载所需最大功率的2~3倍，此外，副边电压的有效值要大于等于输出电压。
整流桥：耐压值至少应大于变压器副边电压的1.414倍，一般选2~3倍裕量为宜，根据功率换算，耐流值一般选取为换算值的2~3倍，保持足够的裕量。
稳压芯片：根据需要的稳压级别选取合适的芯片，常见的有7805（+5V）、7905（-5V）、7812（+12V）、7912（-12V）、7815（+15V）、7915（-15V），以及一些电压可调的芯片，如LM317T。
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
联调高效低纹波直流稳压电源20140520
C4
b
8
a
R1 1K
0 ~5 V
D /A
L M 38 5-1 . 25 GND
GND GND
• 如输出达到设定电压，a点必等于1.25V，IR1恒定为1.25mA。 • D/A输出0V时，R2电流等于1.25+1.25V/3.0k=1.67mA,Vout输出21.25V • D/A输出5V时，R2电流等于1.25-(5-1.25)/3k=0mA， Vout输出1.25V
t1
GND
t
• 假设电池内阻极小，开关按下后，电感两端电压等 于电池电压，电感电流以12V/100uH的斜率线性上 升。 • 若开关一直按着不放，将会怎样？电感烧毁？电感 电流无限大？
电感的储能
• 电感器中流过电流就会储存能量，电感以磁场的形式储 存能量。 1 2 W L I L • 电感储能为： 2 • 电感充电时，随着电流的增加，能量以电流平方倍的关 系增加，但一个实体电感储能并不是无限大，能量主要 存储在磁芯中（而不是线圈中），磁芯体积越大，存储 的能量越多（与磁芯材质也有一定关系） • 一定体积的电感，当电流大到一定程度，其储存的能量 也达到上限，电流再增加，其能量不再增加。这种现象 称为电感饱和。 • 电感饱和后，其储能方程仍然有效，若电流线性增加， 电感量会以指数倍减小！ • 电感饱和后，其电感量减小，会产生严重的发热！
联调高效低纹波直流稳压电源
联调高效低纹波直流稳压电源
直流输入
Vin
DC/DC 开关电源
Vo1
可调线性 稳压电源
Vo
负 载
控制系统
• 由框图可知，所要制作的有三部分。 • 制作的关键：联调、高效、低纹波。 • 线性稳压可以减小纹波，但DC/DC部分纹波越小， 经过线性稳压后纹波会更小。
低纹波+5v电路
低纹波+5v电路
低纹波+5V电路的实现可以参考以下步骤：
1.电源输入端：电路的电源输入端通常需要一个整流滤波模块，将
交流电转化为直流电，并滤除其中的交流成分和噪声信号。
这个过程中，整流桥堆和滤波电容是关键元件。
2.预滤波模块：在常规线性稳压电路前增设一个预滤波模块，可以
进一步降低输出电压的纹波。
Q1、R14和C11组成的电容倍增器能达到2法拉的滤波效果。
3.稳压模块：低通滤波模块滤除直流以外的干扰信号后，进入正（负）
线性稳压模块，稳压器可以将电压稳定在±16V、±6V、+6V，纹波更低，稳定性更好。
4.输出端：经过以上步骤后，最终的输出电压为+5V，纹波低，适合
用于需要稳定电源的电子设备。
以上步骤仅供参考，建议咨询专业人士获取更准确的信息。
H题 低纹波直流稳压电源
四、说明
（1）DC/DC 开关电源及可调线性稳压电源部分不得采用现成模块。 VO I O
输入电压；IIN ：输入电流；VO ：输
出电流；IO：输出电流）
（3）VO1 比 Vo 高一个恒定的电压≥1V。
（4）24V 直流电源由外部直流稳压电源供电。
二、要求：VIN 采用 24V 直流电源供电；在 VIN、VO1、Vo 等位置放置测试点方便
测量电压。 1、基本要求 （1） 输出电压 Vo：2.5V～18V；电压调整步进 0.1V;输出电流 0.5A； （2）整机效率在 Vo 输出为 5.0V，10Ω电阻负载时，效率 50%； （3）在 Vo 输出为 5.0V， 10Ω电阻负载时输出纹波 50mVpp； 2、发挥部分 （1）扩展输出电压为 0～20V；电压调整步进 0.05V;输出电流 1.0A； （2）整机效率在 Vo 输出为 5.0V，10Ω电阻负载时，效率 75%； （3）在 Vo 输出为 5.0V， 10Ω电阻负载时输出纹波 20mVpp； （4）显示输出电压 Vo；显示误差 0.05V；显示输出电流 Io；显示误差 0.05A； （5）进一步提高系统效率及相应的保护功能。
三、评分标准
项目 主要内容 分数 50 20 15 15 10 10 10 10 10 设计报告 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有 （50 分） 关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。 基本部分 完成基本部分（1）项 （50 分） 完成基本部分（2）项 完成基本部分（3）项 完成发挥部分（1）项 完成发挥部分（2）项 发挥部分 完成发挥部分（3）项 （50 分） 完成发挥部分（4）项 完成发挥部分（5）项
H 题 低纹波直流稳压电源
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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
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0.01 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
2.2 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。
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[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=1.25 V,IADJ=50 μA,R1=200 Ω。
图3 正负线性稳压模块电路
2.3 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0.01 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）、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） .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。