高精密可调电源的研究与设计

高精密可调电源的研究与设计
章若冰
【摘要】研究与设计一款电压在3.3~3.4 V、纹波峰峰不能超过100 mV、功率在1 W、能提供给光模块工作、安全性好、能支持射频器件、且电源启动浪涌电压近乎为0的高精密可调电源。

在浪涌纹波去除上，设计一款额定输出电压5 V、额定输出电流为1 A的低压差线性稳压器（LDO），相比DC/DC电路，有效降低了纹波。

经实验验证，本设计方案可行，具有良好的应用价值。

%This paper research and design a precision adjustable power supply. Thevoltage in the range of 3.3V to 3.4V, the ripple voltage and its peak value of not more than 100mV, power is about 1W, the power supply can be provided to theoptical module, its security is good, and can support the RF device,the power supply starting surge voltage time close to 0. In the choice of method of removing surge ripple, designed a rated output voltage 5V, rated output current of 1A low dropout linear regulator (LDO), the device is compared to the DC/DC circuit, effectively reducing the ripple. By experimental verification, the design scheme is feasible, and has good application value.
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2016(024)016
【总页数】3页(P155-157)
【关键词】低压差线性稳压器;可调电源;电压浪涌;纹波
【作者】章若冰
【作者单位】湖南铁道职业技术学院湖南株洲 412001
【正文语种】中文
【中图分类】TN98
随着信息科学的快速发展，电源技术变得越来越重要。

特别是低电压稳压电源在智能仪器与仪表越来越普及的今天，应用越来越广泛，因此研究与设计可调的低电压稳压电路，再次成为电源技术中的热点。

近年来，随着传感器技术的应用与发展，光模块在传感器电路中的应用越来越多，光模块的驱动对电源的稳定性要求极高，并且价格昂贵，在电压波动超过一定的范围就很容易烧毁［1-3］，因此，文中针对一款技术参数中驱动电压在3.3～3.4 V之间，纹波电压峰峰值不能超过100
mV的光模块，设计了一款高精度的可调电源。

电源中的纹波去除电路采用低压差线性稳压器（LDO），它具有体积小、高电源抑制比、功耗小、低噪声以及应用
端电路简单等优点，此外，LDO还具有较好的线性瞬态响应和负载瞬态响应［4-5］，设计完成的高精度可调电源能提供给光模块工作在25 GHz，安全性好，能
支持射频器件，且电源启动浪涌电压近乎为0。

LDO由电流源、基准电压源、误差放大器、调整管及采样电路组成，设计电源额
定电压5 V，输出电流1 A的性能指标要求；功率测量模块将采集的电路信号输入到差分放大电路放大，然后输入到STC12C5A60S2单片机自带的A/D转换模块，将模拟信号转换为数字信号【6】，再通过单片机进行功率计算，通过液晶显示功率；漏电保护模块将采集的信号输入到放大电路，进行信号放大，将放大的两路信号通过比较放大后控制RS触发器的输出信号，控制继电器驱动电路，实现漏电保护和自动切断。

其原理图如图1所示。

该电源由恒流源（核心部件为PNP管Q1、NPN管Q2）、基准电压源（稳压管
D1）、误差放大器（集成运放OP295）、调整管（两只PNP管Q4和Q5构成）及采样电路组成，达到了电源额定电压5 V，输出电流1 A的性能指标要求。

取样电压加在比较器OP295的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uz相比较，两者的差值经放大器OP295放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。

当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。

相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。

具体电路如图2所示。

图3是可调电压单元电路，都是输入与输出的rail2rail，这样保证可调范围最大。

有一路是要可调到5 V，所以这路的滑变上又串了个电阻，这样保证加电在5v5
时输出也在5 V以内，因为一般情况下调电压很少采用5 V，因此本处电压低于5 V也关系不大。

电路中的浪涌关系到设计的成败，一般来说，解决浪涌比较好的方法是LDO软启动，但是为了设计的普适性，在芯片不支持软启动的情况下，可以采用RC硬件延时或者在芯片本身使能端输出会有延迟汗漫升高的情况下，采用TVS保护和防止
电压过高保护措施。

在本设计中，根据采用芯片的相关技术参数，关注到手册中芯片在使能拉高后，输出会延迟缓慢升高（大概0.1 ms），如图4所示。

为了保证
延时能够满足浪涌时间的要求，在输入端串入一个肖特基二极管和自恢复保险丝做TVS保护，如图5所示。

本LDO输入电压不能过5.5 V。

因此在输入端需设计保护电路。

其中，电压基准
输出3.0 V标准参考，基准电压一定需要非常准确，应输出低电平，开关管导通，否则，比较器负端输入高于正端，管子关短，从而保证了电路的安全。

在选择运放时，需要对比原理图和芯片手册的波特图，负载电容不宜过大，如相位条件不满足，
芯片会产生开始自激。

主程序中主要对AD，定时器等进行初始化。

AD采用STC12C5A60S2自带AD
进行采集模拟电压，并通过计算转换为实际的电压、电流；定时器定时 1 ms，每次中断进行计数，计数到1 000次时为1 s，这时候通过AD转换采集uout和Iout，并计算瞬时功率，同时送LCD进行显示。

数据采集频率为1 Hz。

其程序流程图如图6所示。

经过测试，其电压波动范围在3.30～3.37 V之间波动，如图7所示，纹波电压小于70 mV，很好的达到了设计要求。

文章经过LDO的设计，并在此基础上设计了一款电压在3.3～3.4 V、纹波峰峰值小于100 mV、功率在1 W、能提供给光模块工作、安全性好、能支持射频器件、且电源启动浪涌电压近乎为0的高精密可调电源。

LDO的设计，在一定程度上缓
解了浪涌电压，然后在后续处理中，采用器件本身的延时参数，设计了相应的保护电路，很好的解决了浪涌电流。

【相关文献】
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