您有时需要便宜的精密电源吗？本设计实例展示了一款具有热过载保护和短路保护功能的精密电源，它可以提供100mA的电流。我需要这样的电源，于是我开始使用Google在网页上寻找是否有现成的合适电路。我没有找到一个可接受的解决方案，但我确实得到了一些让我开始这个设计的想法。
（设计精密电源有何难？2022年4月21日，在AspenCore主办的“2022国际集成电路展览会暨研讨会（IIC Shanghai 2022）”（4月20-21日，上海国际会议中心）同期举办的“高效电源管理及宽禁带半导体技术应用论坛”上，来自是德科技、捷捷微、R&S、PI、英诺赛科、泰克科技、Future、必易微、EPC等行业知名厂商的专家，将会发表有关“利用电池模拟技术， 提升BMS设计的可靠性， 延长电池寿命”、“综合数据和电源的连接与数字生活的前世，今生、未来”、“实现小巧紧凑、性能先进、效率极高的高集成度反激式电源方案”、“精准测试助力解决SiC、GaN电源的开发测试难题”以及“多串锂电池的高精度监控器和保护器”等热门电源技术的主题演讲，探讨电源设计细节，邀您报名参加！）
图1所示的电路是围绕LM317L稳压器所设计的。确实，这是一款老式的稳压器，但它仍在使用，价格便宜，而且很容易买到。该电路在从LM317L输出到其稳压引脚的反馈回路中使用了轨到轨（输入和输出）运算放大器。LM4040BIZ这款廉价的精密电压基准则用于为运算放大器建立0.2%的电压基准。
图1：这款电源电路是围绕LM317L稳压器所设计的。
我在LTspice groups.io网站（LTspice@groups.io）上找到了LM317的SPICE模型，并进行了一些仿真，想看看是否可以实现稳定的配置。根据LTspice仿真和SPICE模型，所得到的配置保守稳定，其相位裕度约为70°。对LM317L输出串联3.3Ω的电阻可能有违常理，但它可以很好地增加电路的稳定性，并且在输出电流为100mA时，该电阻中的功耗仅为33mW。
反馈回路将电路的输出阻抗保持在非常低的水平（图2），因此3.3Ω电阻不是问题。输出滤波电容C4有助于回路稳定性。该回路在C4值等于10μF时是稳定的，但使用22μF的较大电容值则为保守设计提供了更多裕量。小阻值的R7和R8可确保实现所需的最小输出电流，并且它们还能使反馈回路更加稳定。
图2：反馈回路将电路的输出阻抗保持在非常低的水平。
LM317L的原理图根据制造商的不同而有所不同，而且LM317的LTspice模型可能无法完全模拟该器件，因此在使回路稳定时需要非常谨慎。
请注意，参考输出上的R9~C5滤波器可能不需要使用。这里使用它们是为了消除LM4040BIZ所产生的大部分噪声。运算放大器电路和输出电容器C4所提供的重度滤波可能就足够了。
我制作并测试了这个电路，它能够按预期工作。我为R7和R8使用了两个标称值为243Ω的匹配电阻，电路精度为0.2%，输出电压为4.99V。而且，正如LTspice仿真所预测的那样，该反馈回路在负载小于10mA和最大负载为100mA时是稳定的。
当为R7和R8使用1%的电阻时，最坏情况的输出电压精度为1.2%。R7和R8使用一对匹配电阻时，电压精度接近0.2%。为了获得更高的精度，可以使用指定为0.1%电压精度的LM4040，但这样做成本会稍微增加。我的结果表明，该电路作为一种低成本精密电源，其输出电流高达100mA，可以很好地工作。
（原文刊登于EDN美国版，参考链接：An inexpensive, precision power supply，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2022年3月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
2022年4月21日，在AspenCore主办的“2022国际集成电路展览会暨研讨会（IIC Shanghai 2022）”（4月20-21日，上海国际会议中心）同期举办的“高效电源管理及宽禁带半导体技术应用论坛”上，来自是德科技、捷捷微、R&S、PI、英诺赛科、泰克科技、Future、必易微、EPC等行业知名厂商的专家，将会发表有关“利用电池模拟技术， 提升BMS设计的可靠性， 延长电池寿命”、“综合数据和电源的连接与数字生活的前世，今生、未来”、“实现小巧紧凑、性能先进、效率极高的高集成度反激式电源方案”、“精准测试助力解决SiC、GaN电源的开发测试难题”以及“多串锂电池的高精度监控器和保护器”等热门电源技术的主题演讲，探讨电源设计细节，邀您报名参加！
最前沿的电子设计资讯
