高稳定度低纹波的线性稳压电源设计
双极性可调低纹波直流稳压电源方案设计
【文章编号】１００９－５６２４（２０１８）０４－００２８－０２
１引 言 现代 传感 技术 在 当今社会 中 的应用越 来越 广泛 ，传
感器作 为技 术领域 的核心 ，其地 位居 高不下 。由于测量 传感器 输 出信 号微弱 ，传统 的开 关 电源 产生 的纹波严重 干扰 有效信 号采集 ，很大程度 影响传 感器微 系统整体 测 量精 度 。常用 的直流 稳定 电源 产 品主 要有是将 交流 电进 行整 流、滤波 、稳压 后输 出稳 定 的直 流 电压 ，但不 可避
陆段施工单位应根据潮汐的具体情况将海缆船 登陆的时间 制定规 范的设计标准及设计 内容 ，编制准确的工程概预算 ，
及地点进行确定，一般是候潮 登陆 ，在实施海洋路 由勘测 积极主动提高线路设计过程 中技术人员的主观 能动性 ，设
过 程 中相 关 的勘测 单位应 准确勘测 潮汐 的具体类 型及涨 计人员应熟练运用技术知识及相关技能 ，进一步完善及发
２．５ 气 象条 件
气象条件对于工程影响较大，但气象是可 以提前预报 【参考文献 】
的，勘察单位应通过分析历史记录简单描述，并给 出最佳 …１徐家声，张效龙 ．我国第四纪地质科学应用的新领域 一一海
的施工时 间，确 定好最佳的施工季节 。海底光缆 登陆后到 底光缆工程路 由勘 察 ［ 第四纪研 究，２００３，２３（４）：４１５－４２０．
基 于化学 电池无纹波输 出，设计一款 以电池为核 心、线性稳压 芯片连接外围电路的可调双极性直流稳压 电源。最终对本
设计进行纹波测试对比，结果表明，该方案相较于普通直流电源，纹波幅值缩小 了 ２倍 。
【关键词 】低 纹波；直流电源：蓄 电池；双极性供 电
【中图分类 号】ＴＮ８６—３４
低纹波稳压电路
低纹波稳压电路低纹波稳压电路是一种电子电路，用于将输入电压转换为稳定的输出电压，并且尽量减小输出电压中的纹波成分。
在许多电子设备中，稳压电路是非常重要的，因为它能够确保设备正常工作所需的稳定电压。
低纹波稳压电路的设计需要考虑许多因素，包括输入电压范围、输出电压范围、负载变化、纹波要求等。
为了实现低纹波输出，通常会采用滤波电容、稳压二极管和反馈控制等技术。
首先，滤波电容是降低输出纹波的关键元件之一。
它能够通过存储电荷并平滑输出电压，减小纹波成分。
滤波电容的选取需要考虑电容值、额定电压和ESR等指标。
一般来说，电容值越大，滤波效果越好，但也会增加成本和体积。
额定电压要满足输入电压范围的要求，以防止电容损坏。
ESR（Equivalent Series Resistance）是电容内部的等效串联电阻，它会影响滤波效果和稳定性，因此需要选择低ESR的电容。
其次，稳压二极管也是降低纹波的重要元件之一。
稳压二极管能够通过将过剩的电流导向地或负载，以保持输出电压的稳定性。
在选择稳压二极管时，需要考虑其额定电流和额定电压，以满足负载变化和输入电压范围的要求。
此外，反馈控制也是实现低纹波稳压的关键技术之一。
反馈控制通过比较输出电压与参考电压之间的差异，并根据差异来调节控制元件（如功率晶体管或开关管）的导通时间或占空比，以实现输出电压的稳定。
反馈控制可以采用模拟控制或数字控制，具体选择取决于应用需求和成本因素。
除了上述关键元件和技术外，还有一些其他因素也会影响低纹波稳压电路的性能。
例如，输入滤波、输出滤波、绝缘等都是需要考虑的因素。
输入滤波可以减小输入电压中的高频噪声和干扰。
输出滤波可以进一步降低输出纹波，并提供更稳定的输出电压。
绝缘则可以增加电路的安全性和可靠性。
总之，低纹波稳压电路是一种非常重要的电子电路，广泛应用于各种设备中。
它能够将输入电压转换为稳定的输出电压，并尽可能减小输出纹波。
在设计低纹波稳压电路时，需要考虑多个因素，并选择合适的元件和技术来实现所需的性能和稳定性。
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 ，
高性能低压差线性稳压器研究与设计
高性能低压差线性稳压器研究与设计在2007～2009年中国电源管理芯片市场产品结构调查中,低压差线性稳压器(LDO)的市场占有率一直排名第一。
之所以广大消费类电子产品对LDO芯片拥有大量并持久的需求,是由于LDO芯片可以为后续电路提供稳定低噪的电压,并且只占据少量的PCB板面积和消耗极低的功耗。
此外LDO的电路架构还十分适合作为IP集成到片上系统中(SoC)。
随着市场的变化和技术的进步,对LDO芯片的性能要求也在不断地提高。
更高的转换效率、更低的功耗、更少的外围器件以及更高的电源噪声抑制逐渐成为LDO芯片的研究热点和发展趋势。
本文首先对实现高性能LDO的关键问题通过系统设计进行了分析研究,具体主要在纳安级基准电流源、LDO频率补偿方案、LDO大信号响应,以及闭环系统电源噪声传递函数四个方面进行了深入的理论研究和探讨,提出了具有创新意义的电路结构：1)30nA基准电流源；2)基于新型有源受控电阻的3种零点追踪频率补偿方案；3)4种摆率增强电路；4)基于电源噪声抵消抵消技术的4种高PSRR LDO实现方案。
本文基于上述电路模块结构,采用CMOS昆合信号工艺,设计并实现了三款高性能LDO芯片：1)3μA超低静态电流的低功耗LDO芯片；2)无片外电容的LDO 芯片；3)高电源噪声抑制的LDO芯片(PSRR=-70dB@1kHz)。
测试结果验证了设计思想。
在纳安级基准电流源的研究中,要分析了电源电压变化对基准电流的影响机制,提出一款三支路结构,有效地降低了电源噪声对基准电流的影响。
并利用CSMC 0.6μm混合信号工艺中,不同电阻间温度系数的差别以及二极管反向电流的温度特性,在-40度到130度的温度范围内,将基准电流的精度控制在30±0.6nA。
由于LDO芯片的输出极点具有106数量级的变化,有效的频率补偿方案就是产生一个随之变化的动态零点,从而实时的抵消掉输出极点对环路稳定性的不良影响。
在本文中,提出了一种新型的有源受控电路生成电路,能有效地抑制传统有源受控电阻中低精度、受工艺涨落以及MOS管体效应影响较大等缺点；进而可以产生精确地受控零点。
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。
一种低纹波开关电源设计
一种低纹波开关电源设计
引言
某工程试验点火装置，为满足狭小空间下，不同阻值爆炸桥丝的引燃工作，要求纹波小、输出可调，体积小和高可靠的开关稳压电源。
基本要求是输入AC220V，输出DC0～100V连续可调，最大输出电流100A，低频纹波Vrms小于等于O．1％，电压调整率小于等于0．5％，稳定度小于等于0．1％的开关电源。
设计思想主要服从可靠、体积两方面要求。
在综合分析了现有的软硬开关变换器电源技术后，采用了脉宽调制变换器的形式设计，好处是简单可靠。
通过对电源的供电环节、反馈控制、吸收电路、元器件选取与制作以及工艺结构等方面优化设计，解决了大电流下的输出纹波大、输出大范围调节下电源稳定性差、炸管和振荡等问题，研制出了合格的电源。
l 电源主电路
电源主电路如图1所示。
电源由输入电路、变换器、直流输出和控制驱动组成。
输入电路包含抑制合闸浪涌的延时电路、EMI过滤器、单相整流器和滤波电容器组。
变换器采用脉冲宽度调制H桥拓扑。
高频变压器、桥式整流器、电感器和电容器组构成直流电压输出电路。
控制电路利用PWM调。
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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[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）、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） .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。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。