雕虫小技

线性稳压器DIY

简单翻译下这篇文章:http://tangentsoft.net/elec/opamp-linreg.html

基于运算放大器的线性稳压器

为什么DIY?

原因有二,第一是市面上的三端稳压器不满足要求,要么性能不好,要么功率不够。第二,市面上也有一枝独秀,性能优异的稳压器,不过它们价格不菲,譬如凌力尔特的LT1581,13美元/片,购买一堆元器件了。或者它们封装独特,不能和普通的三端IC简单互换。

线性稳压器如何工作?

这个看模电书去吧,这里就不翻译了。总之就是一个负反馈环路,采样输出端电压变化,和参考电压比较,误差信号放大后去控制调整管的电流,进而调整其上的压降以达到稳压的目的。

稍稍复杂的开始:Sulzer稳压器

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电路如上所示,它发表在1980年2月的音响爱好者杂志上。此电路的几个亮点是:

1. 使用过了速度较快的NE5532。

2. 输入首先经过R3和C3,C4的滤波;齐纳二极管的输出也经由R4、C5滤波。

3. 大容量电容C1滤除了大部分的高频分量,使其不被误差放大器所放大,从而降低了放大器带宽,提高了系统稳定性。

这个电路的性能要超越普通的LM317,因为LM317内部的误差放大器性能和μA741是一个级别的。如果使用更好的放大器,则电路的性能会得到更进一步的提升。

Sulzer衍生系列

在1981年1月份的Audio Amateur杂志上,Sulzer发布了它的续作,这篇文章不比前一篇文章所带来的全新的自主设计,而更像是在人们的一些零碎意见上做的一些修改。由于更后面会有Sulzer电路的更优异的版本,所以这里就不给出它的具体电路图了。它带来的新观点则有:

1. 使用LM317做前级稳压

2. 使用精密基准电压源替代齐纳二极管

3. 调整管使用达林顿结构,提高了输出电流驱动能力

在1983年1月份的Audio Amateur杂志上,人们对Sulzer电路及其改良版本做了很广泛的测试研究,在同LM317/LM337做对比时,结果正如人们所料想的那样,在Suzler电路中如果误差放大器使用μA741,则其性能和LM317相仿,如果使用更好的运放,则其性能全面超越LM317。在使用LM317做前级稳压的时候,结果却并不如人们想象的那样,它只带来了少量的性能提升。

Sulzer-Borbely稳压器

在1987年1月刊上,多产的设计者Erno Borlely发表了改良型的Sulzer稳压器,电路如下:

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相较于Sulzer以及Breakhall的文章,它的最大改进在于对前级稳压器LM317的电路做了更加深入的思考

我所认为设计中存在的谬误之处是:使用了能带间隙基准电压源LM336,而不是埋入式齐纳二极管(Buried Zener Diode)基准电压源。相较之下,能带间隙基准电压源的散粒噪声很大,埋入式齐纳二极管则噪声会小很多。

Jung超级稳压器

它发表在1995年TAA杂志的前两期上。电路如下:

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它的改进之处是:使用了更好的调整管,改进的调整管驱动方式,更好的运放,运放输入保护,精密参考电源。

在对调整管的驱动上,Jung使用更好的驱动方式,Q2、D1、R5组成恒流源,其电流一部分用来供给调整管,一部分被运放吸收,这就迫使运放AD797的输出级工作在深甲类条件下,避免了可能的交越失真。另一方面,它也限制了输出端偶然短路导致的大电流—-不会超过恒流源电流的β倍。

此电路中,运放的电源经由R3、C3、C2滤波,而调整管则直接连接到电源输入。一方面它降低了调整支路的输入电阻,提高了稳压器的大电流输出能力,另一方面保护运放免受输出端电流波动的影响。

Jung 2000 稳压器

电路发表在2000年4月份的Audio Electronics(TAA的继任者)上。

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我曾经尽可能收集和标注同名的元器件来构建电路,以此来和1995年的电路作对比。

非常重要的改动是误差放大器的电源连接,请注意它的V+连接到了调整管的电压输出端。误差放大器的电源来至于稳压器的‘干净输出’,而不是轻度滤波后的不稳定电源。

误差放大器的输出二极管也被一个6.8V的齐纳二极管取代。它使稳压器的启动更加可靠。在别的形式的原版Jung电路中,你也可能需要这个齐纳二极管,但是在这里,Jung说,它是必需的。如果你使用一个普通的二极管,在启动时,运放的输出会锁定在接近负电源的电平上(即零电平)。——–这主要是因为运放取电点的改变,现在它从输出端取电,如果仅仅使用一个二极管,则运放的输出必须接近电源电压,这会让运放进入非线性状态而失去调整作用(正电源或者负电源),在电路启动时,输出为零,运放输出也被锁定到零电平。

电路现在使用AD825,Jung说,AD797在有强烈的射频干扰的环境下工作会有问题,因为它(的输入级)会对射频干扰输入起整流作用,使运放的输出变得不稳定。有着FET输入的运放则对此并不太敏感,Emitter-Degenerated 双极性晶体管也被认为是可行的。Jung推荐AD817。选用其它型号的芯片时,你需要选用速度比较快的运放,输出级的驱动能力也是个重要因素。

……..(abbreviation)

LED以及射级电阻也根据Gary Galo的建议作了修改,Gary说这么做会减少稳压器的压降。不过,Jung没有提到这一点。——-这个比较扯淡,换成2.0V压降LED,已经使恒流源三极管进入轻度饱和状态了,个人以为要减少压降,不如用低导通电压的LED。

现在,前置稳压器LM317的实现较于Sulzer、Borbely则非常之聪明,它改成浮动连接。LM317的输出和采样端缠绕在输出调整管上,使得其输出电压钳位在比稳压器输出高一固定值的电平上。图示电阻给出了约2.3V的电压差,它足够使调整管在输出1.5A电流的情况下不影响输出电压(饱和)。前置稳压器去除了应该由误差放大器处理的大部分纹波成分,降低了通过电流源的小部分误差信号,分担了(大部分)调整管的功率耗散。

个人评注:LM317这种连接的额外好处在于调整管耗散的功率变得完全可控,仅需知道电路最大输出电流即可,与输入电压波动范围无关;当然,和所有二级稳压电路一样,电源调整率变得很好,因为此处调整管看到的输入电压纹波变得很低,绝大部分输出电压变化都由LM317承担。另外,这个电路稍作修改,可以很方便的做出一个高输出电流、高品质电源,方法是采用任意一种方法对LM317进行扩流的同时选用更大输出电流的调整管,虽然这会导致LM317的稳压特性变坏,但是在这个电路,这完全不是问题,因为我们还有第二级稳压电路。这个电路同样有值得商榷的部分,譬如C4、R7的取值,因为运放工作在开环状态,必然对输入噪声特别敏感,而基准电压源是一个公认的良好噪声源,所以R7的取值似嫌过小,因为运放是JEFT输入,从输入点看过去的基准电压源输出电阻并不是很重要,,而对C4来说,很难在这个容量上要求很低的ESR。

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