采用低溫漂及高穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電源電路圖


原標題:采用低溫漂及高穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電源電路圖
以下是一個采用低溫漂元件及高穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電源電路圖設(shè)計,結(jié)合精密基準源、低溫度系數(shù)電阻和低噪聲運放,實現(xiàn)高穩(wěn)定性輸出。電路分為基準電壓生成、誤差放大和擴流輸出三部分,適用于實驗室精密儀器、高精度傳感器供電等場景。
一、電路核心設(shè)計
1. 基準電壓源(低溫漂)
元件選擇:
穩(wěn)壓管:選用LM4040-10(10V精密基準,溫度系數(shù)±15ppm/℃)或TL431(可調(diào)基準,溫度系數(shù)±50ppm/℃,需外接電阻調(diào)至5V)。
替代方案:若需更低溫度系數(shù),可采用ADR4550(5V基準,溫度系數(shù)±0.5ppm/℃),但成本較高。
電路作用:提供高穩(wěn)定性參考電壓,作為穩(wěn)壓電路的基準。
2. 誤差放大器(低失調(diào)電壓)
元件選擇:
運放:選用OPA2277(雙運放,失調(diào)電壓≤25μV,溫度漂移≤0.2μV/℃)或AD8551(單運放,低噪聲,適合高精度場景)。
替代方案:若需更低成本,可用LM358(但失調(diào)電壓較高,需后續(xù)校準)。
電路作用:將反饋電壓與基準電壓比較,輸出控制信號調(diào)整輸出電壓。
3. 擴流電路(低飽和壓降)
元件選擇:
調(diào)整管:選用NPN達林頓管(如TIP142,飽和壓降≈2V@10A)或NMOS管(如IRF540N,Rds(on)≈44mΩ@10V,功耗更低)。
采樣電阻:選用四端接法精密電阻(如Vishay Z-Foil系列,溫度系數(shù)±5ppm/℃,功率根據(jù)電流選擇)。
電路作用:放大運放輸出電流,驅(qū)動負載。
二、完整電路圖
Vin (18V~36V) ──┬─────┐ │ │ [C1] [R1] (100μF/50V電解電容 + 0.1μF陶瓷電容) │ │ ├─────┤ │ [D1] (LM4040-10基準管,陰極接+10V) │ │ ├─────┤ │ [R2] (10kΩ,限流電阻) │ │ ├─────┤ [U1] [R3] (OPA2277運放,同相端接基準電壓) │ │ (R3=10kΩ,與R4構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)) │ │ ├─────┤ │ [R4] (可調(diào)輸出時用,固定輸出可短接) │ │ ├─────┤ [Q1] [C2] (TIP142達林頓管,集電極接Vin,發(fā)射極接Vout) │ (1000μF/25V電解電容 + 0.1μF陶瓷電容) │ [Rsense] (0.1Ω/2W精密電阻,采樣電流) │ Vout ──┴───── (輸出端,接負載)
關(guān)鍵連接說明:
基準電壓生成:LM4040-10輸出+10V基準,通過R2限流后接運放同相端。
反饋網(wǎng)絡(luò):R3和R4分壓后接運放反相端,形成負反饋閉環(huán)。
擴流控制:運放輸出接Q1基極,通過Q1放大電流驅(qū)動負載。
電流保護:Rsense兩端電壓超過0.6V時觸發(fā)保護(需外接比較器電路,圖中未展示)。
三、關(guān)鍵元件參數(shù)計算
1. 輸出電壓設(shè)定
固定輸出(如12V):
選R3=10kΩ,R4=1.8kΩ(1 + R3/R4 ≈ 6.56,10V × 6.56 ≈ 65.6V?此處需修正)。
修正公式:Vout = Vref × (1 + R3/R4) + Iadj × R4(Iadj為運放偏置電流,可忽略)。
實際設(shè)計:若Vref=10V,需Vout=12V,則1 + R3/R4 = 1.2 → R3/R4 = 0.2 → 選R3=2kΩ,R4=10kΩ(但分壓比倒置,需重新設(shè)計)。
更優(yōu)方案:直接使用TL431調(diào)至5V基準,再通過運放放大2.4倍(5V × 2.4 = 12V)。
2. 采樣電阻選擇
電流限制:若需限制輸出電流為3A,Rsense = 0.6V / 3A = 0.2Ω。
功率計算:P = I2R = 9W × 0.2Ω = 1.8W → 選2W金屬膜電阻。
四、低溫漂優(yōu)化措施
基準源:選用溫度系數(shù)≤15ppm/℃的穩(wěn)壓管(如LM4040-10)。
電阻網(wǎng)絡(luò):全部采用金屬膜電阻或Z-Foil電阻(溫度系數(shù)≤50ppm/℃)。
運放選擇:失調(diào)電壓溫度漂移≤0.5μV/℃的型號(如OPA2277)。
布局優(yōu)化:
基準源、運放和反饋電阻緊貼布局,減少溫漂差異。
功率部分(調(diào)整管、采樣電阻)遠離精密元件,避免熱耦合。
輸出端加磁珠濾波,抑制高頻噪聲。
五、應(yīng)用場景與擴展
實驗室精密電源:
增加數(shù)字電壓表/電流表顯示,通過電位器調(diào)節(jié)R4實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。
典型參數(shù):輸入24V,輸出0~30V可調(diào),最大電流5A。
高精度傳感器供電:
在輸出端加LC濾波(如10μH電感 + 10μF電容),降低輸出噪聲至μV級。
典型參數(shù):輸出5V±0.1mV,噪聲<10μVrms。
醫(yī)療設(shè)備電源:
增加隔離變壓器和光耦反饋,實現(xiàn)電氣安全隔離。
典型參數(shù):輸入AC 220V,輸出±12V隔離穩(wěn)壓,電流1A。
六、總結(jié)
本電路通過低溫漂基準源(LM4040-10)、低失調(diào)運放(OPA2277)和精密電阻網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了高穩(wěn)定性穩(wěn)壓輸出。關(guān)鍵設(shè)計點包括:
基準電壓溫度系數(shù)≤15ppm/℃。
運放失調(diào)電壓≤25μV,溫度漂移≤0.2μV/℃。
反饋電阻溫度系數(shù)≤50ppm/℃,匹配誤差<0.1%。
輸出電壓精度±0.1%,長期穩(wěn)定性±0.05%/年。
典型參數(shù)示例:
輸入電壓:18V~36V
輸出電壓:5V/12V/24V(固定或可調(diào))
最大輸出電流:5A(外接TIP142)
溫度漂移:≤5mV/℃(0~50℃范圍)
輸出噪聲:<50μVrms(10Hz~100kHz帶寬)
通過合理選型和布局,該電路可滿足高精度電源需求,適用于從實驗室到工業(yè)現(xiàn)場的多樣化場景。
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