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制作高精度稳压电源

电源技术 | 发布时间:2018-11-29 | 人气: | #评论# | 本文关键字:稳压电源,电路图,稳压电源电路图
摘要:本文介绍的DZ OPPWR稳压在设计上归属于串联稳压,但复杂度较高,客观特性也有明显的提升。最大的差异,在于本机使用OP来担任误差校正(过去称为‘误差放大’,比起传统使用单一晶体或两

本文介绍的DZ OPPWR稳压在设计上归属于串联稳压,但复杂度较高,客观特性也有明显的提升。最大的差异,在于本机使用OP来担任误差校正(过去称为‘误差放大’,比起传统使用单一晶体或两只晶体差动的作法,虽然零件数量相去无几,其实却是复杂许多:因为OP内部本来就是相当复杂的电路。
使用OP来担任误差校正的工作,理论上可以有非常好的频宽与速度,但仍有其限制存在: 
OP的承受电压有限 
OP对于电压稳定度的要求较高 
针对上述两项限制因素,DZ在规划OPPWR稳压时,特别选择了高耐压的Burr-Brown OPA604,最高承受电压高达正负25V,可以提供充裕的动态范围。
其次,由于OP对于电压稳定度的要求极高(详见注二),如果直接将OP的电压供应端拉到未稳压处,不仅耐压大受限制,惊人的涟波也足可让OP举措失当,无法正确的感测校正输出电压的变动。为了解决这个问题,一般作法都是使用简单的稳压二极管Zener供应OP所需,但Zener的输出阻抗动辄上百奥姆,与其说是稳压,不如说是勉强的降压而已,效果有限。
DZ的作法非常简洁有效,就是使用LM317/337先提供约16.9V的稳定电压给OP,让OP在坚实稳固的基础上动作。众所周知,如果担任误差校正的组件本身基础不稳,何以发挥正确的误差校正功能?

快速分析
一、滤波整流单元:
这部份是所有稳压必须的。先将来自变压器降压的‘交流电’整流成‘直流电’,然后以‘滤波电容’将直流处理得更为平滑、噪声更少。在这里,我们经常用上一个公式,当输入交流电压为15-0-15时,整流后可以得到多少电压?
很简单,把15乘以根号二即可。因此整流后的电压约为正负21V(15*1.414),切记,输出电压永远低于这个21V,如果需要更高的输出电压时,就必须提高输入电压。
二、误差校正稳压:
整流过后的电压分从两路去,一路往输出达林顿三极管TIP122/127的集级,另一路先进入LM317/337,得到16.9V左右的稳压,提供给担任误差校正的OP。为什么OP校正需要稳压?理由如前述。(注四)
读者如果多留心,会发现LM317/337的稳压输出除了给OP之外,也给了LM334这个恒流源。LM334的目的,是要提供LM336恒压源(整个电路的参考电压)一个稳定的电流。读者或许会很纳闷,既然LM336称为恒压源,理论上它的端电压不随电流而变的,何必使用LM334恒流源?同样的道理,既然LM334称为恒流源,通过电流也不该随外界电压而变的,那何需借用稳压输出?
理由很简单,因为没有一个组件是完美的,虽然号称‘恒压’,但其实仍会随着通过电流而变,只是变动幅度少;虽然号称‘恒流’,其实仍会随着其上压降而变。DZ的作法,则是提供稳压给恒流源,恒流源再提供恒压源,稳上加稳,虽说锦上添花,但求最佳稳压效能而已。
三、误差校正与输出:
这个‘误差校正与输出’方块其实在MOSFET稳压上也有,只是MOSFET稳压使用MOSFET为输出晶体管,而OP稳压则采用达林顿为输出三极管。另外,MOSFET稳压使用面对面的两个差动晶体担任误差校正,OP稳压则使用OP担任相同工作,而OP正是由众多晶体管构成电路积体化的成果。
如果读者对OP的动作略有概念(注五),可以非常容易的看出误差校正级的动作方式。要侦测误差,首先要有一个‘参考标准’,LM336-5就是一个5V的参考标准。有了‘参考标准’,接着是找寻‘侦测点’。该从哪里侦测?当然是输出端,因为我们就是要求获得稳定的输出嘛!输出一有误差,就要立刻侦测出来。
读者可以参考电路图,误差侦测点从输出端透过电阻、可变电阻拉回OPA604,而这个电阻/可变电阻其实可视为一个分压机制,在正常情况下,输出电压经过分压后的电压(也就是进入OPA604第二脚的电压)应该与第三脚相同,也就是LM336提供的5V。
现在我们来模拟OP的动作(把自己当成一个OP吧!)。当输出电压偏高时,经由电阻分压至第二脚的电压也会偏高,注意,此时OP反相脚的电压高于正相脚的5V,这点您注意到了吗?此时,OP输出偏负,经过控制晶体把电压拉回来(或者说是减少晶体的导电度)。
同样的道理,当输出电压偏低时,经由电阻分压至OP第二脚的电压也会偏低。而此时OP反相脚的电压将低于正相(严格的讲,非反相)脚的5V。于是OP输出卯足了劲朝正电压的方向拉抬,直到OP正反相电压相等为止。
这个OP正反相电压到底会不会停在‘相等’的这一点上?好像会,又好像不会。讲得正确一点,这是一个‘动态系统’,追求的是一个‘动态平衡’。当输出电压太高时,连忙通知OP拉低,拉过头了?再通知OP拉高,就在高高低低之间,逐渐缩小调整幅度,然后进入一个平衡点。这个平衡的速度快慢,就是所谓的频宽。有的稳压平衡速度慢,就是频宽窄,有的稳压平衡速度快,就是频宽佳,也有的稳压随时都不平衡,晃啊晃的,这就是振荡。
有人想,稳压输出不是直流吗?哪有什么频宽不频宽的?其实,负载,也就是放大器对于稳压汲取的电流是不断变动的,当放大器输出快速讯号时,其实也正由稳压处汲取快速变动的电流,如果稳压的频宽够,就能电压稳定的条件下供应快速的电流,如果稳压的频宽不够,就无法供应这些电流,造成电压的滑落,也就是所谓输出阻抗的增加。
结语
虽然OP稳压的设计较为复杂,但事实上由于OP的加入,使得整体电路看来更容易理解,相信读者有了这些基础知识后,也能参照其它相关文章来自由发挥,充分掌握这个看来复杂其实简单得不得了的稳压电路。
注一:‘定电流稳压’,这实在不是一个好名字。乍听此名时相当纳闷,既然负载的需求电流是不断变动的,那这个‘定电流’岂不掐死负载?后来才发现,原来这个定电流,指的是晶体偏流或参考电压的恒流源。
注二:许多OP前级不好听的主因,在于电源稳压的设计不当。OP是相当精密细致的组件,对于电源有相当的敏感度,万万不可不慎。
注三:所谓电路知识,就是初中物理教过的V=IR,电压=电流*电阻,这样大概可以解决80%的音响电路问题,至于是否要读得更深入?就看诸位网友的兴致了!
注四:在进行电路分析时,必须反复从细处推敲,看看每个零件在小地方的作用与设定技巧。当然,有时也必须跳出来从大局着眼,看看为什么设计者会这样处理整个结构?目的何在?

高精度稳压电源电路图

责任编辑:稳压电源电路图
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