一種0V~500V、10mA小電流電源的穩(wěn)壓方法

　　現(xiàn)代電源都采用了開(kāi)關(guān)技術(shù)，可從主電源獲得所需的輸出電壓。但是，開(kāi)關(guān)電源通常有較高的噪聲，不能用于敏感的模擬電路。這些情況下，最佳的選擇還是線(xiàn)性電源。

　　圖1給出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)性穩(wěn)壓器。其輸入端V IN接入一個(gè)高于所需值的未穩(wěn)定電壓，而串聯(lián)導(dǎo)通晶體管Q1使輸出V OUT降低到所需電平。誤差放大器IC1將V OUT的一部分與一個(gè)基準(zhǔn)電壓VR做比較，并控制Q1，使輸出電壓與負(fù)載電流IOUT和VIN的變動(dòng)無(wú)關(guān)。這種電路只適用于小范圍的輸出電壓。

　　當(dāng)需要寬輸出電壓時(shí)(如實(shí)驗(yàn)室電源) ， 電阻R Q1的值必須足夠小，晶體管Q1才能在大輸出電壓范圍下保持足夠的基極電流，但當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，這只電阻和晶體管Q3上會(huì)消耗很大功率。另外，Q3還必須能承受最高VIN。

　　圖2 中的電路可以解決這些問(wèn)題。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)變壓器T 1和T 2 ( 220 V ac ~6 V ac ， 10 W )用于產(chǎn)生一個(gè)主電源VM 的隔離副本。這個(gè)副本經(jīng)D1 、D2 、C1和C2的倍壓及整流，從220 V ac的V M獲得大約560V 的VIN。按圖1中的連接標(biāo)準(zhǔn)， 一只串聯(lián)導(dǎo)通晶體管Q1( BU508A ) 將非穩(wěn)壓的V IN降低到一個(gè)固定的V OUT ， IC 1將分壓后的V OUT與VR做比較。電位器R 3用于設(shè)定VR， 從而按下式調(diào)節(jié)V OUT= VR× [ (RFG+ RF)/RFG ]，其中RF=RF1+RF2…RFn。

　　當(dāng)十只電阻(每只1MΩ)串聯(lián)組成RF，最大基準(zhǔn)電壓為5V時(shí)，輸出電壓可以設(shè)定為0 V~505V。OPA364運(yùn)算放大器可在軌至軌輸入情況下正常工作，VR范圍從0 V~5V，能夠提供高達(dá)40mA電流。

　　為降低因驅(qū)動(dòng)一個(gè)串聯(lián)導(dǎo)通晶體管而產(chǎn)生的功耗， 擴(kuò)展輸出電壓范圍，晶體管Q1的驅(qū)動(dòng)采用了光隔離的非傳統(tǒng)方式。兩個(gè)光電二極管FD1和FD2工作在光伏模式，為晶體管Q1的基極提供驅(qū)動(dòng)電流。落在光電二極管上的光線(xiàn)產(chǎn)生進(jìn)入Q1基極的電流。

　　光伏模式下的單只光電二極管最大電壓不足以驅(qū)動(dòng)基極， 因此采用兩支光電二極管串聯(lián)方式。這里使用的是870nm~959 nm紅外光電二極管，用兩只IR LED LD1和LD2作照明。LED為標(biāo)準(zhǔn)的5mm塑封型。為改善LED電流與光電二極管所產(chǎn)生電流的傳輸比，要切掉LED頂端，再拋光成為一個(gè)平面。將光電二極管靠近這個(gè)平面。這種自制光耦的傳輸比大約為0.05(即通過(guò)LED的20mA電流可在光電二極管中產(chǎn)生1mA電流)。還有一種方法是采用市售的線(xiàn)性光耦，例如IL300，它封裝了兩只光電二極管。不過(guò)它的電流傳輸比只有約0.007，因此應(yīng)將多只并聯(lián)使用。

　　Q2和R2組成了限流電路，當(dāng)輸出電流大于Q2的導(dǎo)通閾值時(shí)，簡(jiǎn)單地將FD1和FD2光電二極管短接，這種限制與輸出電壓無(wú)關(guān)。增加的電容C6用作補(bǔ)償，而晶體管Q1應(yīng)配備一個(gè)至少5 C/W的散熱器。運(yùn)放電源與基準(zhǔn)電壓都取自?xún)蓚€(gè)變壓器之間的交流信號(hào)，采用了整流橋BR1(50V,1A)，兩只濾波電容C7和C8，以及穩(wěn)壓器IC 2 (LM7805 )。通過(guò)簡(jiǎn)單地短接電容C 5， 使VR等于0 ， 就可以將輸出電壓切斷。

　　110V ac電壓地區(qū)的人可以采用當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)成變壓器，但應(yīng)修改電路，再增加一個(gè)變壓器T3( 與T1 和T2 一樣， 均為110 V ac~6 V ac ， 10 W )才能獲得500V，方法是將低電壓繞組并聯(lián)，而變壓器T2和T3的高電壓繞組串聯(lián)。高電壓繞組的工作可以用交流電壓表做校準(zhǔn);如果電壓表讀數(shù)為零，則必須交換T3的繞圈兩端。

　　另外， 如果有220 V/6 V 的變壓器，可保持T2為220 V/6 V，而T1用110V/6V。