基于LM399的高精密度稳压电源.pdf

第 2期 2 0 0 6年 4月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n No ． 2 Apr ．2 0 0 6 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 6 0 2 0 0 4 2 --0 3 基于L M3 9 9的高精密度稳压电源 陈 太 洪 江苏技术师范学院电气信息工程系， 江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘要 简要介 绍了一种以 L M3 9 9为基准稳 压电源构成的高精 密度稳压 电源的设计 ， 该 电源结构 简单、 电路成熟、 运行可靠， 具有较高的性价 比和 良好的实用价值。 关键词 稳压电源；高精 密度 ；设计 ； L M3 9 9 中图分类号 T M5 6 文献标识码 B A Ki n d o f Hi g h p r e c i s i o n Vo l t a g e Re g u l a t o r B a s e d o n LM 3 9 9 CHEN Ta i h o n g De p t ．o f El e c t r i c a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g o f J i a n g s u Te a c h e r s C o l l e g e o f Te c h n o l o g y， Ch a n g z h o u 2 1 3 O 1 5，Ch i n a Ab s t r a c t Th e d e s i g n o f a h i g h p r e c i s i o n v o l t a g e r e g u l a t o r b a s e d o n LM3 9 9 wa s b r i e f l y i n t r o d u c e d ， wh i c h h a s s i mp l e c o n s t r u c t i o n，ma t u r e c i r c u i t a n d d e p e n d a b l e r u n n i n g ．S o i t h a s h i g h e r r a t i o o f f e a t u r e a n d p r i c e a n d g o o d p r a c t i c a l v a l u e ． Ke y wo r d s v o l t a g e r e g u l a t o r ，h i g h p r e c i s i o n，d e s i g n，L M 3 9 9 0引言 稳压电源在 日常生活和科研工作 中起着十分重 要的作用 。从家用电器 中的电视机到大多数电子仪 器以及计算机等， 它们 内部都有稳压 电源 。近来在 电子测量领域 ， 人们对测量精度提 出了更高的要求 ， 而保证传感器的工作电压稳定是基本任务之一 。但 目前市场上性能优 良的高精密度稳压 电源很少见 ， 且价格昂贵 ， 而 随着半导体技术 的迅速发展 ， 元器 件、 集成电路的出现为研制高性价 比、 精密度 电源奠 定了基础 。 1 电路设计 1 ． 1 设 计 思想 稳压电源从调整管的工作状态来分可以分为线 性电源和开关电源两大类别 。两者相 比， 线性 电源 的主要优点是可以达到较高的质量指标， 它的稳定 度和纹波 可达到 1 O 。 ～1 O ～ 。而体积小 、 重量轻 、 收稿 日期 2 0 0 5 一l 2 2 9 作者简介 陈太洪 1 9 6 2 。 男 。 江 苏丹徒人 。 实验 师， 江苏技 术 师范学院电气信息工程系 中心实验室 主任 ， 现 主要从事 电源开发 及 单片机应用的研究工作 效率高则是开关 电源的优点 。基于此 ， 高精密度稳 压电源应 当设计为线性稳压 电源 。 图 1是典型的串联可调线性稳压电源的原理组 成框 图， 它由变压器 、 整流 电路、 滤波 电路 和稳压 电 路构成。稳压 电路则有调整元件 、 比较放大电路 、 基 准电压 、 取样电路组成 。在此基础上 ， 提高稳定度要 考虑电源外部和电源内部因素对输 出电压稳定度的 影响。外部因素包括输入电压、 负载、 环境温度的变 化对稳定度的影响； 内部因素包括基准电压 、 采样 电 阻 、 运算放大器某些参数 的变化对稳定度 的影响。 而环境温度的变化则是通过如基准电压、 采样 电阻、 运算放大器某些参数随着温度的变化而变化 。综上 所述 ， 在设计电路时 ， 主要从下列方面加以改进 1 稳压电源 的稳定度不可能高于基准电压 的稳定度， 基准电压 的稳定度对稳压 电源的稳定度是至关重要 的。因此选择稳定度高的 L M3 9 9作为基准 电压尤 为关键 。 2 运算放大器的放大倍数对稳定度的影 响甚微 ， 而其失调电压 、 失调 电流的温漂对稳定度的 影响相 对 较 大， 因而选择 低 温 漂、 高放 大 倍数 的 CA3 1 4 0运算放大器。 3 取样电路分压 比的变化 以同一比值 相对值 影响稳定度且两者作相反的变 化， 为了减小对稳定度的影 响， 取样 电阻必须为同一 维普资讯 2 0 0 6年第 2期 陈太洪 基于 L M3 9 9的高精 密度稳压电源 4 3 温度系数的电阻， 则当温度变化时， 分压比保持不 变， 从而取样 电路因温度的变化对稳定度的影响可 抵消 。 4 采用辅助电源为 比较运算放大器供 电， 以消除单输入电压波动对稳定度的影 响。此外 ， 调 整元件可以通过采用达林顿管增加 卢值 ， 也可以减 小输入 电压波动对稳定度的影响。 输 { i卤l 图 1 串联 可调 线性稳压电源的原理组成框图 1 ． 2 LM3 9 9的结 构原 理 在 目前 生 产 的 基 准 电 压 源 中，以 L M1 9 9 、 L M2 9 9和 I M3 9 9电压温度系数 为最低 ， 性能也 最 佳， 其 内部 电路可以分为两部分 基准电压源和恒温 电路 。图 2给出了它的管脚排列 、 结 构框 图及电路 符号 。1 、 2 脚分别为基准 电压 源的正 、 负极 ， 3 、 4脚 之间接 9 ～4 0 V 的直流 电压。图 2中， H 为恒 温 器； L M3 9 9 采用 T O --4 6封装 ， 工作温度范围是 0 ～ 7 0℃ ， 电压稳定系数 的典型值 为 0 ． 31 0 ／ ℃ 最大值为 1 1 0 ／ c， 只相 当于普通基 准电压源 的 1 ／ l O ， 动态阻抗 为 o ． 5 Q 能在 o ． 5 ～l O mA的 工作 电流范围内保持基准电压和温度系数不变 ， 噪 声电压有效值为 7 V， 2 5℃时的功耗为 3 0 0 mw。 瓣 a 管脚结构 b 结构框图 c 电路符号 图 2 LM3 9 9结 构 图 L M3 9 9的基准电压 由隐埋齐纳管提供 ， 这种新 型稳压管是采用次表面隐埋技术制成的。普通稳压 管在半导体表面产生齐纳击穿 ， 因此噪声高、 稳定性 差。次表面隐埋技术则在半导体 内部产生击穿 ， 可 使噪声电压显著降低， 稳定性 大幅提高。恒温器电 路能把芯片温度 自动调节到 9 0℃， 只要环境温度不 超过 9 0℃ ， 就能消除温度变化对 基准 电压的影 响。 正因为如 此， L M3 9 9的电压稳定 系数 才降至 1 1 0 ／ ℃以下 ， 这是 其它基准 电压 源难 以达 到的指 标。 L M3 9 9的基准电压实际上是 由次表面稳压管 的稳定电压V 6 ． 3 V 与硅晶体管的发射结压降 BE 0 ． 6 5 V 叠加而成。输出基准电压为 Vo Vz V肛 一6 ． 9 5 V 1 ． 3 电路 工作原 理 图 3是基于 L M3 9 9的输出为 l A ／ 1 0 V的高精 密度稳压电源的原 理图。图 3中电路采用全波整 流 ， 再经电容滤波将交流 1 8 V 电压变为平滑的直流 电压 ， 然后通过 T1和 T 2 、 T3和 T 4组成的调整元 件供给负载稳定的直流 电压 。负载电流为 1 A时， 需要选用直流放大倍数高达 1 0 0 0倍 的晶体管 ， 因 此， 采用 T1 和 T2 、 T3和 T4构成达林顿管 ， 并联输 出。当输出电流为 l A时 ， T 2 、 T 4的基极 电流很小 5 A ， 这样反馈放大器的输 出电流就可减小 ， 有 载与空载时电流变化小 。从 C A3 1 4 0内部损耗产生 热的影响来看， 能够防止输出电压发生变化。 1 A／ 1 0 v 输出 雨 可 p a C6 s 二 ] l 0 舢 刷 馥 j 圭 L M3 9 9 图 3 基 于 LM3 9 9的高 精 度 稳 压 电源 原 理 图 辅助电源为交流 2 3 V 电压经 D2半波整流 、 电 容 C 5平 滑滤 波， 再 经过 三端 稳压 器 7 8 I 1 5变 成 l 5 V稳 定 电 源 ， 一 路 作 为 比 较 运 算 放 大 器 C A3 1 4 0的工作 电源 ， 另一路加到 L M3 9 9 。 当电源电压变化时， C A3 1 4 0内部损耗也变化 ， 结温也随之变化。电源 电压为 1 5 V时， 若 C A3 1 4 0 的电源电压 增加 1 V， 其 内部 损耗增 加 6 ． 5 mW。 C A3 1 4 0的热阻为 6 ． 7 mw／ ℃ ， 电源电压变化 1 V， 结温变化约为 l℃， 输入偏置电压约变化 8 V。为 此 ， C A3 1 4 0 要采用稳压电源供电。 十1 5 V稳压电压通过 R9加到 L M3 9 9内稳压 管上 ， 它是一种温度系数为 0 ． 0 0 0 0 0 2 ／ ℃的高稳定 性稳压管， 并由内加热器 自动调节温度 。这样， 就保 证提供稳定性 的基准 电压， 输 出电压的稳 定度 由 C A3 1 4 0偏置电压的温度系数决 定。C A3 1 4 0的偏 置电压对温度变化是 8 V／ C， 经过 R1 3和 R1 5的 分压后会变高。因此 R1 3和 R1 5要选用温度 系数 尽 可能小的电阻 。 另外 ， 输出电压可调 电位器RP 2 唯 l 詈 工 一 v 一 生 v 广 维普资讯 第2 期 2 0 0 6 年 4月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n N0 ． 2 Ap t ． 2 0 06 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 6 O 2 0 0 4 4 一O 2 超声波物位仪的开发性应用 宋炳雷， 蒋正前， 单祥奇 大屯煤 电公司孔庄煤矿 ， 江苏 沛县2 2 1 6 0 0 摘要 介绍了一种全新的矿井胶 带机煤位保护装置KGUS B矿用智能型超声波物位仪的应 用与改 进。该物位仪与胶 带运输机集 中监控 系统配套使 用， 实现 了对煤仓煤位的实时监测与停机保护， 杜绝 了煤仓 堆煤事故的发生 ， 提 高了孔庄煤矿胶带运输 系统的安全性 、 可靠性 ， 并取得 了较好 的经济效益。 关键词 矿井； 超 声波物位仪 ； 胶带机 ； 煤位 中图分类号 T D 6 3 4 ． 1 文献标识码 B 0 引言 煤位保护装置的主要任务是对胶带机转载点或 煤仓的煤位进行实时监测与停机保 护， 它的灵敏度 与可靠性直接影 响到胶带机的安全运转 。据统计 ， 在煤矿胶带机 的各种事故 中， 因煤位保护装置失灵 或使用不当而引起的事故占煤矿胶带机各种事故的 3 o 以上 。因此提高煤位保护装置的灵敏度与可靠 性是十分必要的 1 旧式煤位保护装置的弊端 过去使用较多的是触点型物位探测传感器 ， 这 种传感器存在较多的缺点 1 灵敏度较差 ， 其 动作 动力 的来源主要是煤 流的冲击 ， 如果煤流量的冲击力达不到传感器所要 收稿日 期 2 0 0 6 0 1 2 3 求的力度就无法实现其保护功能 。 ● ’ l ， l l l l ● ● ● ● ■ l l ， ， ● ● ● l ， ， l ● l ● ● ● ● ■ ， m， ● ● ， l l● ● ● ● ， l l l l ， ● ’ ● ● ， ，， l ， ● ● ● ● ● ● ’ ’ l m’ ’ ● ● ● ， lm’ ● ● ● ● ， l● ’ ● ● 要选用多圈、 分辨率高的电位器 ， 以保证基准电压的 精度。 当输出电流超过 规定值时 ， 电流 检测 电阻 R 5 上的压降增大， T 5导通 ， C A3 1 4 0的控制电平降低 ， 防止发生过电流 。C 1 7和 C 1 8用于降低 C A 3 1 4 0的 输入阻抗 ， 防止外界电场感应引起 的纹波增大。D3 用于输 出短路时 ， 防止电容 C 1 8中蓄积能量释放而 损坏 C A3 1 4 0 。 2 试 验结 果 在研制过程 中， 反 复进 行了多次试验 ， 事实证 明， 设计方案是可行的， 其主要参数测试如下 输入电压 交流 2 2 0 V1 0 ， 5 0 Hz 输 出电压 l O V 输 出电流 l A 输入抑制比； 1 1 O 输 出总纹波 1 A时O ． 3 m V， 典型值为0 ． 1 mV 输 出总噪扰 士I mV 空载电压输 出 i 0 ． 0 0 0 V 满载电压输 出 1 0 ． 0 0 0 0 V 仪器连续 8 h工作 ， 机壳温升5℃ 3 结语 该设计选用成熟的串联可调线性稳定电源为基 准 ， 从而保证了设计 的可行性和可靠性 。在此基础 上 ， 对影响输 出电压稳定性的因素加以了分析 ， 通过 采用电压温度系数低 、 稳压性能好的新型稳压器件 L M3 9 9为基准源和高放大倍数、 低温漂的 C A3 1 4 0 运放作为比较放大器 ， 使得该 电源稳定 度得 到了极 大的提高 。同时 ， 通过采用辅助 电源并 对取样 电阻 的合理选择 ， 进 一步提高 了输出电压 的稳定度。试 验证明 ， 该 电源结构简单 、 运行可靠、 稳定度好 ， 适合 用于对电源精度要求较高的场合 。 参考文献 [ 1 ] 薛学民， 王志宏． 稳压电源及其电路实例[ M] ， 北京 中 国铁道 出版社 ， 1 9 9 0 ． [ 2 ] 何希才 ， 姜余祥． 新颖稳压电源及其应用[ M] ． 北京 国 防工业 出版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 叶慧贞 ， 扬兴洲． 新颖开关稳压电源[ M] ． 北京 国防工 业 出版社 ， 1 9 9 9 ． 维普资讯