高精度低压差直流稳压电源的设计

1 引言

　　稳压电源模块在电路中使用广泛，目前流行的如LM78、ASM117系列等，多数只有3个引脚，结构简单，使用方便。通常输入与输出之间的压差大于2 V才能正常工作，但对较低电压电池供电的场合。一般增加2 V的供电电源需增加20％～40％(对应输出3 V或5 V)的成本和体积。用开关电源原理制作的低压差模块(如MAX605)，可在输入电压与输出电压近乎相等的情况下输出稳定的电压，但对测力等电路需电源纹波较小的情况。针对上述问题。利用分立器件设计一种低压差稳压电源电路。电路器件选用常规器件，成本低。结构简单。实际电路经实验测试，具有很好的负载特性和电压稳定性。

　　2 电路工作原理

　　图1为低压层直流稳压电源电路原理图。该电路是由基准电压、电压放大和电流放大等3个环节组成。其中，基准电压由TL431产生，按图1中电路连接，当通过R0的电流在0．5~10 mA时可获得稳定的2．5 V基准输出。

 

 

　　输出电压的具体数值由运算放大器UA确定，采用同相放大器的优越性在于其输入阻抗极大，可很好地将TL431输出的2．5 V电压与后级电路隔离，使其不受负载变化的影响；运放与电阻R3和R2组成比例放大环节，可对基准电压按要求进行比例放大输出，但输出电压最大不能超过运放的电源电压。

　　电流放大采用两个三极管，UA通过驱动调整管VQ2控制调整管VQ1，组成反馈实现电流放大环节，对输出电压进行调节，从而实现稳压输出。二极管VD在运放UA低压输出时使调整管VQ2基极一发射极电压为负，使VQ2立即进入截止状态，电流Ic2迅速降低，VQ2的VCE升高导致VQ1的基极电压升高，使 VQ1的基极电流IB减少，进而减少输出电流ICQ1(βIB)；反之同理。RL是输出负载，C0和C1是滤波电容。

　　3 电路主要参数设计

　　3．1 控制环节设计

　　控制环节回路等效图如图2和图3所示，其中图2为比例电压增益原理图，图3为电流放大原理图。

 

 

　　

按照图2和图3，可得出控制环节回路方程：

 

 

　　式中，Irg为运放UA的输出端1的输出控制电流。

　　由式(2)可知，Irg通过控制VQ2啦的电流IC2控制VQ1的基极电流，IB1，R8控制调节管VQ2，进而控制VQ1的输出电流IC1，VQ2是与 VQ1形成串联负反馈，无需进一步放大VQ1的输出电流IC1，用R8对IC1分流。电路输出电压Vcc为5 V，驱动额定负载是350 Ω，供电电源是标准7 V输出的电池。运算放大器选LM358，取R1、R2为10 kΩ，TL431电流范围是100～150 mA，选用R1=3 kΩ，符合要求。VCC=(1+R2/R1)x2．5=5 V。合理选取R8和R9的电阻值，使VQ1和VQ2均工作在线性区。