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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,<
/p>
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
< br>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
与
的
设定,使输出电压在
范围内变化,输出电压
可利用下式求得:
----------------------
(
1
)
:
内部的基准电压
。
图中的
TL431
是
TI
的编号,
NEC
的编号是
μ
PC1093
,新日本无线电的编号是
NJM
2380
,
日立的编号是
HA1743
1
,东芝的编号是
TA76431
。<
/p>
(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
,
输出电流为
。
※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)
p>
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。
< br>
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,图中的
TP
S60403 IC
可使
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
di
sk lead
等组件整合。
p>
图
5
的
Seria
l Regulator
最大可以输出
+40V
的电压,图中
D2 Zener
p>
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
< br>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
p>
使用
OP
增幅
IC
。图中的
VCEO
是利用
120V
的
2SC224
0-GR
构成误差增幅器。此外本电
路还追加
< br>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<
/p>
所示本
Serial
Regulato
r
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,
p>
TR3
将流入
120MA
限
制在
范围内,此时输入电压会施加至
TR
2
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 Regulat
or
。虽然
电源变压器(
transi
stor
)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。
p>
※
T0-220
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
Regulato
r
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
p>
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
< br>。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
Se
rial Regulator
几乎网罗所有的规格。
本电路是由外置的二极管(
diod
e
)
、电容、线圈,以及设定电压的电阻所构成,只有电容比<
/p>
较特殊必需使用
switching
电源
专用低阻抗(
impedance
)
t
ype
。
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
< br>5A
以下机型一
应具全而且都已经商品化。
表
1
是
T0-220
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。
:
p>
VODJ
输出电压调整端子;
feedba
ck
:
输出归返(
< br>return
)端子
VC
;
p>
:位相补偿用端子
ON/OFF
:
standby
端
子;
:输入端子
VIN
;
:输出端子
VOUT<
/p>
;
NS
:国
家半导体。
表
1
T0-220
封装的
DC-DC Converter
控制
IC
的规格
※寻址
Step Down Converter
(特征:
IC
容易取得价格低廉)
图
10
< br>使用历史相当长久的
Step
Down
Converter
控制
IC
,它的输入电压为
8-16V
,输出电
压为
5V
600MA
。本
Converter
最大特点是价格低廉容易取得。图中的
MC34063
(
On
Semiconductor
Co
)动作频率被设为
45KHZ <
/p>
,因此线圈与电容器的外形可能会变大,不过
只要印刷
pattern
设计得宜的话,上述问题对动作上尚不致构成困扰。
必须注意的是类似新日本无线的
NJM2360
与
NJM2374A
,虽然是特性相同的
IC
,不过结构
上却不相同,只有国家半导体的
LM2574N-ADJ
与
Sunken
的
SAI01
p>
是寻址
Step
Down
Converter
用
IC
。
※
On
Board
电源用
Step Down Converter
(特征:封装面积小,操作简易的
DC-DC
Converter
)
图
11
是利用寻址控制
I
C
构成封装面积很小的
Step Down Converte
r
,
它的输入电压为
6-16V
,
输出电压为
5V 450MA
。
图中的
MAX738 IC
为
8pin
的
DIP<
/p>
封装,输入端的积层陶瓷电容
C2
必需
贴近
IC
的
lead
否则无法顺利动作。本
IC
的动作频率为
160-170KHZ
左右,因此周边的被动组件可以使用
lead type
。
电容的等价串联阻抗必需使用低于
0.5<
/p>
欧
的
type
;
线圈的
inductance
为
100UH
或
是
33UH
※效率
95%
的超小型
Step Down Converter
(特征:由
5*5MM
的控制
IC
构成)
p>
如图
12
所示超小型
Step Down
Converter
,是由外型尺寸为
5*5MM
的
IC
与数
个外置组件
构成,本电
路内建两个
power
MOSFET
属于同步整流
type
,它可以利用<
/p>
FBSEL
端子的设
定,使输出电压
p>
VOUT
作
1.5 1.8 2.5V
三种切换。
※可输出
5-10V
低噪讯
DC-DC Converter
(特征:适用于电池
device
等模拟电路电源)
电池
devic
e
的单电源,
经常被要求必需能够提供
OP
增幅器的数个模拟电路正、电源,
由于
电流值相当低因此使用的组件数量相对很少。
13
是输入电
压为
5V
,输出电压为
10V
的
DC-DC Converter
,
图中的
MAX865
是
8 pin
p>
的
μ
MAX
封装内
建
CMOS charge pump
的控制
< br>IC
,它只要四个外置电容就可以
1.5-6V
输入电源,制作两倍的正负电压,由于本电路未使
用线圈,所以峰值电位(
spike
)的噪讯(
noise
)非常低。
charge
pump
的电容
C1
C2
必需使用低等价串联阻抗,耐压超过
16V
< br>以上的电容组件,因
为加大容量时可以降低波动
(
ripple
)
电压提高效率。
根据规格书
(
datasheet
< br>)
的记载
MAX865
内部的输
出阻抗,分别是正电压端为
90
欧
<
/p>
,负输出为
160
欧
(输入为
5V
时)
。若流入
5MA
的负载电流时,正电压端会产生<
/p>
0.45V
的电压下降,负电压端则产生
0.8V
的电压下
降,要求无电压变动的电路可以采用
MAX865<
/p>
并联连接,或是改用
MAX743
type
。此外
V-
电路的负载电流较大时,基于保护电路等考虑,可以将
shot
key barrier
二极管连接于
V-
端
子与
GND
端子(第
4
pin
)之间。
。
※可输出
+5--
--5V
的
DC-DC
Converter
(特征:可辅助正电源系统得负电源需求)
小型量测设备经常会有负电源需求,如果不需大电流容量时,
可以使用
charge pump
的极性
反转
Converter
。
图
14
的
DC-DC
Converter
可以使
5V
的极性反转,同时输入
–
5V
50MA
的电力,图中的
MAX860
是
8
pin
表面封装
type
控制
IC
;表
2
是表面封装
type
控制
IC
的
规格一览。
上述
Converter
的动作频率可设定成
6K 50K
130K
三种形式,
无小型化要求时可
将
VC
端子与输出端连接设定成
130K
,同时使用低容量的小型电容。图
1
4
的设定值为
50KHZ
,输入电压范围为
1.5-5V
,输出阻抗为
12
,最大负载电流为
50
。如果希望利用
负载降低电压时,可将
MAX860
并联连接
。
表
2
极性反转型
Step Down Converter
控制
IC
的规格
※可使电池电压上升的
Step
Up Converter
(特征:电池能量
100%
发挥)
使用二次
电池驱动的可携式电子产品,
要求即使电池电压下降亦能长时间动作,
< br>因此出现可
将
5V
的电池电压
Step
Up
,输出
200MA
的
Converter
(图
15
)
。如表
3
所示具备上述功能
的
IC
种类非常多
,由于这类
IC
大多具有
shut <
/p>
down
端子(
pin
< br>)
,因此可用
logic
le
vel
控制
输出的
ON/OFF
。
此外
即使
shut down
输出与输入也
不会连通线圈,
使得输入电压
(电池电
压)直接被输出。要求大电流的场合(
case
)建议改用流入
线圈的峰值电流极小,而且又是
固定频率的
PWM type
MAX1700 IC
。
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