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一种低成本精密电源设计

2022-03-11 16:00:00 Jim McLucas 阅读:
本设计实例展示了一款具有热过载保护和短路保护功能的精密电源,它可以提供100mA的电流。

您有时需要便宜的精密电源吗?本设计实例展示了一款具有热过载保护和短路保护功能的精密电源,它可以提供100mA的电流。我需要这样的电源,于是我开始使用Google在网页上寻找是否有现成的合适电路。我没有找到一个可接受的解决方案,但我确实得到了一些让我开始这个设计的想法。Teoednc

(设计精密电源有何难?2022年4月21日,在AspenCore主办的“2022国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai 2022)”(4月20-21日,上海国际会议中心)同期举办的“高效电源管理及宽禁带半导体技术应用论坛”上,来自是德科技、捷捷微、R&S、PI、英诺赛科、泰克科技、Future、必易微、EPC等行业知名厂商的专家,将会发表有关“利用电池模拟技术, 提升BMS设计的可靠性, 延长电池寿命”、“综合数据和电源的连接与数字生活的前世,今生、未来”、“实现小巧紧凑、性能先进、效率极高的高集成度反激式电源方案”、“精准测试助力解决SiC、GaN电源的开发测试难题”以及“多串锂电池的高精度监控器和保护器”等热门电源技术的主题演讲,探讨电源设计细节,邀您报名参加!)Teoednc

图1所示的电路是围绕LM317L稳压器所设计的。确实,这是一款老式的稳压器,但它仍在使用,价格便宜,而且很容易买到。该电路在从LM317L输出到其稳压引脚的反馈回路中使用了轨到轨(输入和输出)运算放大器。LM4040BIZ这款廉价的精密电压基准则用于为运算放大器建立0.2%的电压基准。Teoednc

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图1:这款电源电路是围绕LM317L稳压器所设计的。Teoednc

我在LTspice groups.io网站(LTspice@groups.io)上找到了LM317的SPICE模型,并进行了一些仿真,想看看是否可以实现稳定的配置。根据LTspice仿真和SPICE模型,所得到的配置保守稳定,其相位裕度约为70°。对LM317L输出串联3.3Ω的电阻可能有违常理,但它可以很好地增加电路的稳定性,并且在输出电流为100mA时,该电阻中的功耗仅为33mW。Teoednc

反馈回路将电路的输出阻抗保持在非常低的水平(图2),因此3.3Ω电阻不是问题。输出滤波电容C4有助于回路稳定性。该回路在C4值等于10μF时是稳定的,但使用22μF的较大电容值则为保守设计提供了更多裕量。小阻值的R7和R8可确保实现所需的最小输出电流,并且它们还能使反馈回路更加稳定。Teoednc

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图2:反馈回路将电路的输出阻抗保持在非常低的水平。Teoednc

LM317L的原理图根据制造商的不同而有所不同,而且LM317的LTspice模型可能无法完全模拟该器件,因此在使回路稳定时需要非常谨慎。Teoednc

请注意,参考输出上的R9~C5滤波器可能不需要使用。这里使用它们是为了消除LM4040BIZ所产生的大部分噪声。运算放大器电路和输出电容器C4所提供的重度滤波可能就足够了。Teoednc

我制作并测试了这个电路,它能够按预期工作。我为R7和R8使用了两个标称值为243Ω的匹配电阻,电路精度为0.2%,输出电压为4.99V。而且,正如LTspice仿真所预测的那样,该反馈回路在负载小于10mA和最大负载为100mA时是稳定的。Teoednc

当为R7和R8使用1%的电阻时,最坏情况的输出电压精度为1.2%。R7和R8使用一对匹配电阻时,电压精度接近0.2%。为了获得更高的精度,可以使用指定为0.1%电压精度的LM4040,但这样做成本会稍微增加。我的结果表明,该电路作为一种低成本精密电源,其输出电流高达100mA,可以很好地工作。Teoednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:An inexpensive, precision power supply,由Franklin Zhao编译。)Teoednc

本文为《电子技术设计》2022年3月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里Teoednc

邀您报名参加IIC Shanghai 2022

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