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工程常用电源电路设计集锦

时间:2012-11-05  来源:123485.com  作者:9stone

    众所皆知,电源电路设计,乃是在整体电路设计中最基础的必备功夫,因此,在接下来的文章中,将会针对实体电源电路设计的案例做基本的探讨。
 
电源device电路

输出电压可变的基准电源电路
(特征:使用专用IC基准电源电路)
    图1是分流基准(shunt regulator)IC构成的基准电源电路,本电路可以利用外置电阻Vr1与R3的设定,使输出电压在+2.5V-5V范围内变化,输出电压Vout可利用下式求得:
   ----------------------(1)
 Vref: 内部的基准电压 。
 
图中的TL431是TI的编号,NEC的编号是μPC1093,新日本无线电的编号是NJM2380,日立的编号是HA17431,东芝的编号是TA76431。
  
 
输出电压可变的高精度基准电源电路
(特征:高精度、电压可变) 
    类似REF-02C属于高精度、输出电压不可变的基准电源IC,因此设计上必需追加图2的OP增幅IC,利用该IC的gain使输出电压变成可变,它的电压变化范围为+5-+10V。
 

利用单电源制作正负电压同时站立的电源电路
(特征:正负电压同时站立)
    虽然电池device的电源单元,通常是由电池构成单电源电路,不过某些情况要求电源电路具备负电源电压。
 
    图3的电源电路可输出由单电源送出的稳定化正、负电源,一般这类型的电源电路是以正电压当作基准再产生负电压,因此负电压的站立较缓慢,不过图3的电源电路正、负电压却可以同时站立,图4中的TPS60403 IC可使输入的电压极性反转。
 

40V最大输出电压的Serial Regulator
(特征:可以输出三端子Regulator IC无法提供的高电压)
    虽然三端子Regulator IC的输出电压大约是24V,不过若超过该电压时电路设计上必需与IC以disk lead等组件整合。
 
    图5的Serial Regulator最大可以输出+40V 的电压,图中 D2 Zener二极管的输出电压被设定成一半左右,再用R7 VR1 R8 将输出电压分压,使该电压能与VZ2 的电压一致藉此才能决定定数。必需注意的是R7 R8 若太大的话,会引发输出电压噪声上升与波动等问题;反R7 R8之若太小的话,会有发热耗损电力之虞,因此一般以R7 R8 2-5K 比较合适。

输出电压为 40-80的Serial Regulator
(特征:利用disk lead组件输出高电压)
    图6是可以输出电压为40-80 的Serial Regulator,由于本电路的输出电压非常高,因此无法使用OP增幅IC。图中的VCEO是利用 120V的2SC2240-GR构成误差增幅器。此外本电路还追加TR5 与Cascode增幅器,藉此改善误差增幅器的频率特性。
 
    2SK373-Y是 VDS=100V的FET,它可以构成高耐压的定电流电源。除了FET之外还可以使用最大使用电压为100V ,定格电力为300MW ,石冢电子的定电流二极管E-202。   

输出电压为 150V的高电压Serial Regulator
(特征:设有输出短路保护电路)
    如图7所示本Serial Regulator的base的共通增幅电路与OP增幅器输出端连接,因此可以输出高电压。如果输出发生短路的话,TR3 的保护电路就会动作,TR3将流入120MA 限制在 范围内,此时输入电压会施加至 TR2的drain与source之间,所以会有20W 左右的损失。
 

 ※输出电压为400V 的高电压Serial Regulator
(特征:设有输出短路保护电路)
    如图8所示误差增幅器的基准电位与输出电位连接,形成浮动增幅型Serial Regulator。虽然电源变压器(transistor)必需使用误差增幅器专用的绕线,不过误差增幅器是由OP增幅器构成,因此非常适用于高电压Regulator。此外为避免输出短路时的大电力损失,因此保护电路具备倒V型特性。
 

TO-220封装的非绝缘型Step Down Converter
(特征:无封装面积变大之虞,可将线性电源变成switching电源)
    三端子Regulator的损失若超过3W 时,冷却片的面积会变得非常大,因此必需改用非线性而且效率极高较不易发热的switching type DC-DC Converter,不过实际上由于DC-DC Converter使用的组件数量非常多,因此有可能造成封装面积过大等问题。
 
    如图9所示若使用与三端子Regulator同级的T0-220封装控制IC,就能获得输入电压为8-24V ,输出 5V,电流为3.5A 的Step Down Converter。这种Converter最大特征是结构简单动作稳定,而且使用组件的数量非常少,因此不需刻意变更印刷电路板的pattern,或是担心封装面积变大等困扰,虽然价格稍为偏高不过Serial Regulator几乎网罗所有的规格。
    本电路是由外置的二极管(diode)、电容、线圈,以及设定电压的电阻所构成,只有电容比较特殊必需使用switching电源专用低阻抗(impedance)type。
    PQ1CG系列的产品几乎函盖拥所有电压、电流规格,从2.5V 低输出电压到5A以下机型一应具全而且都已经商品化。表1是TO-220封装非绝缘型Step Down Converter IC的规格一览,表中的PQ1CG3032FZ第五根脚兼具soft start与ON/OFF功能,因此使用上非常方便。
   
 :VODJ输出电压调整端子;feedback: 输出归返(return)端子VC; :位相补偿用端子
ON/OFF:standby端子; :输入端子VIN; :输出端子VOUT;NS:国 家半导体。
表1 T0-220封装的DC-DC Converter控制IC的规格

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