小功率线性电源设计

V0
=1
.3 (1 +
R3 R4
)
(4 )
对 MAX610而言 , R4 采用 2kΨ固定电 阻 , R3 选用 12kΨ
可调电阻 ,能获得1 .3 ～ 9 V连续可调的输出电压 。如仅
需 输出 某 一 固 定电 压 , R3 亦 可 换 成固 定 电 阻 。对 于
MAX612 , R3取 24kΨ标称可调 电阻时 , 输出电压 的调
通用技术
小功率线性稳压电源的优化设计
沙占友 沙占为
摘 要 文章介绍小功率线性 稳压电源的两种优化设计方案 。其特点是能 大大简化电路设计 , 提 高电源效率 ,使人们多年来所追求的无电源变压器式线性稳压电源成为现实 。
关键词 线性稳压电源 单片 A C/DC 电源变换器 电源变换模块
一 、概 述
附表 MAX610 系列产品的技术指标 内部稳压管
压 ,电压调整率达0 .001 %, 远优于三端集成稳压器 。温 度系数为 ±100 ×10-6燉℃。最大输出电流为100 mA。
不足之处是输出电压稳定度较低 ,纹波电压大 , 不适合
(3 )对于 MAX610燉612 , 利用外 部电阻 分压器 能
作精密稳压电源 。
够设定或调节输出电压 。
综上所述 ,线性稳 压电源和开关 电源均存在 不足
包括整流桥 、12 .4V稳压管 (并联调整式稳压器 )、串联
二 、单片 AC燉DC电源变换器的特点及原理
调整式稳压器 、限流保护电路 、过压燉欠压检测电路 。它
(一 )性能特点
采用 DIP-8封 装 , 各管 脚的 功 能如 下 :AC1 、AC2 为
由 美国 MAXIM公 司生产 的单 片 AC燉DC电 源 220V交流电源输入端 , 这两端可承受5A的脉冲电流 ,
IM =0 .6燉RS
(7 )
现 取 RS =2 .2Ψ, 可 将 IM 限 制 在 272 .7mA。一 旦
VSENSE -V0 >0 .6V, 就启动限流保护电路工作 。进入保
护状 态之后 , VSENSE 端约 降至 1 .3 V, OUV端 约 0 .3 V
(正常为5 V)。
(四 )用变压器隔离的5V稳压电源
其主要 优点是稳 压性能好 ,输 出纹波 电压小 ;缺点
则是必 须使用电 源变压器 (亦 称工频 变压器 )和外 MAX611 220(或 110 )半波整流 12 .4
5
部整流 滤波电路 ,另 外其电源 效率较 低 , 一般 仅为 MAX612 220(或 110 )全波整流 18 .6 45 %左右 。
图 5 +5V不间断电源
对图 4所示电路稍加改动 , 去掉 C2 ,取 R3 =10kΨ、 R4 =2 .4kΨ, 还可对 6V镍镉电池 进行快速充 电 。此时
V0 =+6 .7V,最大充电电流 IM 由 C1设定 , 有公式
IM =5 .56 UfC1
(5 )
其有效值
IRMS =1 .2IM
(6 )
率为 f,有关系式 C1 = 4
IOM 2 (u- V0 )f
(2 )
举例说 明 , 当 IOM =100mA, U=220V(有效 值 ), V0 = 5 V, f=50 Hz时 , 由 式 (2 )算出 C1 =1 .6μF。当 C1 = 1μF时 , 不难 推算出 IOM =61 mA。C1 需采用 无极 性的 金属化薄 膜电容器 , 耐压400 V。滤波 电容 C2可选 47 ～ 100μF的电解电容器 。
电 , 此时以 直流电压 E作为输入 电压 , 因此 应去掉 降 压电容和限流电阻 。对于 MAX610 , 应选 E=+6 .5 ～ 10V, MAX612则选 +6 .5 ～ 16V。尽 管 MAX610燉612
的静态 电流仅 70μA, 却可在 输入电压低 至6 .5V时提 供5 V、150 mA的稳压输出 。该电路实质上是高效 DC燉
(4 )具有过压燉欠压信号输出 ,用以监测5 V输出电
之处 。本文介绍两种新型小功率线性稳压电源 , 一种采 压是否正 常 。MAX611还具 有可设定延 迟时间的 上电
用单 片 AC燉DC电 源变换 器 , 另一种 是 AC燉DC电源 复位电路 。
变换模块 。它们不 仅保 留了 线性 稳压 电 源的 优良 特
开关式稳 压电源的效率可达 80 %左右 ,比普 通线 定式或可调式直流稳压电源 。
5 (或 1.3～ 15 可调 )
性稳压电 源提高近一倍 。由于它利用 体积很小的 高频
(2 )稳压 性能 好 。能固 定输 出5 V±4 %的 稳定 电
变压器来 实现电压变换及电 网隔离 , 因此可构成 无电 源变压器 的开关电源 , 使体积减小 , 输出功 率增大 。其
(5 )外围电路简单 ,电源效率高 ,保护功能较强 。
性 , 而且 省 掉 了 笨重 的 电 源 变 压 器 , 电 源 效 率 达
(二 )工作原理
80 %左右 , 适 于 制作 小 型 化 智 能 仪器 及 便 携 式 数
1 .MAX610的工作原理
字 仪表 的电 源 。
MAX610的内部框图及典型用法如 图1所示 。内部
目 前生产的 三端及 多端集 成稳压 器大多 采用
交流输入电压 内部整
型号
的稳定电压
输出电压
串联调 整式 , 因其内 部调整管 与负载 相串联 , 而且
u(有效值 , V) 流方式 VZ (V)
V0 (V)
调整管 工作在线 性区域 , 故称 作线性 集成稳 压器 。 MAX610 220(或 110 )全波整流 12 .4 5 (或 1.3～ 9 可调 )
图 4 可调式输出电压电路
节范围是1 .3 ～ 15V。 (二 )+5V不间断电源 由 MAX610构成的 +5 V不间断电源 (UPS)如图
5所示 。E为备用电源 , 选6节国产 NYG0 .5 (额 定容量 为 0 .5Ah)型镍镉电池时 , E=1 .2 ×6 =7 .2V。平时二 极管 VD截 止 , V+与 V-之间的 12 .4 V电压经限流电 阻 R3 对 E进行涓流充 电 ,使 之处于备用状 态 。涓流充 电电流 设计为10mA。当电网停电 时 VD迅速导通 , 改 由 E供电 , 维持 +5V稳压输出不 发生掉 电现象 。VD 宜采用1 N4148型硅高速开关二极管 。
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《电子技术》1997 年第 1 期
替内部稳压 管起到稳压作用 , 即可对输 出电流进 行扩 展 。扩展 MAX611最大输 出电流 的电路 如图6 。外 部
7 .5V稳 压管 并 联在 AC1 与 地间 , 将 C1 的容 量 增 至 5μF, C2 改成 3300μF, 可获得 5V、150mA的输出 。在 空 Leabharlann Baidu时 ,外部稳压管应能承受2 W的电功率 。
地时 , V0 =5V。 OUV是过压燉欠压 信号输出 端 , 由内 部电路设定的欠 压阈值 VL =4 .65V, 过压阈值 VH =
(1 )它们均属于无电源变压器的小功率 (0 .5 W)单 5 .4V。若 V0 <VL 或 V0 >VH , 此端就输出低电平 , 平时
片稳压电源 ,内部包括全桥或半桥整流器 、线性稳压器 呈高电平 ;OUV可作 为微处理器的复位 信号 ,当 微机
(三 )扩展输出电流及限流保护的方法
空载 时内部稳压管就变 成整流器的主 要负载 , 它
要 承受较 大的功率 。受稳压 管最大 允许功 耗的 限制 ,
MAX610系列的最大 输出电流一 般只能达 到100mA。
仅 随负载 电流的增 大 , 稳压 管的功 耗才逐 渐降 低 。显
然 , 若用一只功率为2 W、稳定电压略低的稳压管 , 来代
利用 一只220V燉6 .3 V的降压 变压器接 在交流 输
入端 ,可将单片 AC燉DC电源变换器与电网隔离 , 防止
触电 , 提高安全性 。这种电路 还有两个优点 , 一是 能去 掉降压电容 C1 , 简化电路 ;二是可以扩展 输出电流 , 使
IOM 达到 150mA。此 时滤波 电容 C2 应增 加到 2200μF, 以保证在交流电的每个周期内 V+不低于6V。
DC转换器了 。需要指出 , 此时 AC1 、AC2 端必须接地 。 当稳压电源 的输出端发生短路 故障 , 导致 I0 迅速
增大时 , 很容易烧毁 芯片 。为 此 ,应当 采取限流保 护措
施 。图 6中 的 RS 就 是 限 流 检 测 电 阻 , 它 接 在 V0 与
VSENSE 之间 。最大短路电流由下式确定 :
图 3 上电复位延迟电路及时序波形 因 MAX611采用半波整流电路 , 故 C1 的电容量应 比按照式 (2 )计算的值增大一倍 。
三 、单片 AC燉DC电源变换器的应用 (一 )可调式输出电压电路 只要在 MAX610 (或 612 )的 VSET 与 V0 之间接 电 阻分压器 ,即可获得可调式输出 , 电路如图4所示 。输出 电压的计算公式为 :
四 、AC燉DC电源变换模块的应用 典型产品有 MAXIM公司最新推出 的 PS0500 5 (2 .5 W)超小型 高效率 AC燉DC电 源变换模 块 。它采
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R1 >68Ψ, 通常取100Ψ。其功耗由下式确定 :
P=2 .7R1 C12
(1 )
取 R1 =100Ψ、C1 =1 .6μF时 , P=0 .69 W,可 选1 W 金
属膜电阻 。C1为降压 电容 。R2是泄放 电阻 , 断电后将 C1
上积存电荷泄放 掉 ,防 止触电 , 一般选1 MΨ。C1 的容量 决定 MAX610的 功耗和最大 输出电流 IOM 。设电 网频
变 换器 , 包 括 MAX600系 列 (MAX600燉601燉602 )和 MAX610系列 (MAX610燉611燉612 )。后者 的技术 指标
持续时间为250μs。V+ 、V-分别为整流桥 的正 、负 引出 端 , V-即公 共地 。V0为线 性稳压器输出端 ,当 第4脚接
见附 表所列 。以 MAX610系列产 品为例 ,其 主要 特点 如下 :
和保护电路 。只需外接限流电阻 、交流降压电容和滤波 电源超出4 .65 ～ 5 .4V范围时自动复位 。 VSET 为 输出
电容 ,就能将220 V(或110 V)、50Hz交流电源变换成固 电压调整端 , 外接分压器即可在 1 .3 ～ 9V范围内调节
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0 .01μF的电容量可产生 30 ms的延迟 ;第四 , 当输出电 压从欠压 或过压状态转入正 常时 ,必 须经过一段 延迟
时间之后 , OUV端才呈高电平 。
图3示出上电复位延迟电路及其时序波形 。图3 (a)
中 ,从 OUV端输出的上电复位延迟信号 , 接至微处理
器 μP的复位端 RESET。延迟时间 τ的表达式为 :
图 6 扩展 MAX611 最大输出电流的电路
扩 展 MAX610燉612的 输出 电 流 时 , 需 将 两 种 8 .2 V稳压管反极性串联后接于 AC1 ～ AC2之间 。因为 两只稳压管在交流电的正 、负半周是轮流工作的 , 所以 每只稳压管的功率降至 1 W。
扩展 输出 电流的 另一 种方法 是采 用低压 直流 供
τ=3C3
(3 )
式 (3 )中 , C3 的单 位是 μF, τ的 单位取 s。由图 3 (b)可 见 , 在上 电过 程中 或上 电后 突发 欠 压 、过 压 现象 时 ,
OUV信号需经 延迟时间 τ以确 认 V0 恢复正常 之后 , 才变成高电平 ,这就提高了微处理器工作的可靠性 。
图 2 MAX611 的内部框图
图 1 MAX610 的内部框图及典型用法 输出电压 。 VSENSE 是限流输入端 , 若在此端与 V0端间 接限流 检测电阻 RS , 输出短 路电流就 被限定为 0 .6V燉
RS ,0 .6V是内部硅晶体管发射结压降 。
图 1中 的 R1 是限 流 电 阻 。当 u=220 V时 , 要 求
2 .MAX611的工作原理 MAX611的 内部框 图如 图2所 示 。它 与 MAX610 有以下区 别 :第一 ,由两只 整流管组成半波 整流电路 ;
第二 , 输出电压固定为5V, 不能调整 ;第三 ,将第 4脚改
成复位延 迟端 (RD), 复 位延迟时间 与外接延迟 电容
C3 的容 量成正 比 , 比 例系数为 30ms燉0 .01μF, 即每