双极性可调低纹波直流稳压电源方案设计

甘源滢

（西安石油大学电子工程学院 陕西 西安 710065）

1 引言

现代传感技术在当今社会中的应用越来越广泛，传感器作为技术领域的核心，其地位居高不下。由于测量传感器输出信号微弱，传统的开关电源产生的纹波严重干扰有效信号采集，很大程度影响传感器微系统整体测量精度。常用的直流稳定电源产品主要有是将交流电进行整流、滤波、稳压后输出稳定的直流电压，但不可避免地在直流稳定量中多少带一些交流成份[1-2]，而一般的干电池、铅酸蓄电池及锂离子电池等化学电源均可以实现无纹波供电，这对于设计一款低纹波专用测试电源提供了新思路。

2 低纹波实现方案

传统直流开关电源和线性电源均是采用整流方法将交流电变为直流电，并通过大容量滤波器件以及复杂的滤波电路将携带的纹波降低一部分，但不能完全滤除电源内的高频纹波和工频纹波。本文设计一种以铅酸蓄电池为核心的低纹波直流电源实现方案。

系统组成主要包括电源适配器、可充电电池、电压数显模块及以LM7805、LM317线性输出芯片为核心线性电压调整电路。方案原理框图如图1所示。

图1 方案原理框图

3 硬件电路的设计

3.1 正输出电路

在整体系统的实现方案中，为能将四组电池有效切换，主体电路部分受开关限制，主要实现充电、放电、备用三种状态，以此实现对设备的持续低纹波供电。

考虑到常规用电通常需要直流+5V供电，正输出电路添置一个支路，依次经LM7812和LM7805稳压后得到+5V的电源输出，同时添加了以LM317线性稳压芯片为核心的输出调理电路，由于市面上没有24V蓄电池，为扩大电压可调范围，串联两个12V蓄电池满足至少18V稳定电压输出。同时每个蓄电池通过12V电源适配器单独充电。

3.2 负输出电路

负输出电路类同于正输出电路设计，不同点为负电路采用稳压芯LM337。需要注意的是LM337芯片输入端为两个串联铅酸蓄电池的负，在电路原理设计时将两个串联后的蓄电池中间接地，以实现电源负极性的电压输出，同时数显表以及充供电指示灯的电路设计均反向相接。

3.3 电源安全性设计

由于电路内部的分压电阻在电源闲置时也会消耗电池电量，这不仅会降低了电源使用效率，对电源输出稳定性也有较大的影响。为此，在四个供电电池的输出端口以及电源适配器的接口处预留了六个端口，并与四刀双掷开关相接。这样，开关不仅能有效切换电池充电、放电，空挡下的电池没有任何回路，最大限度的保证电源的安全性，同时也能有效提高电池电源的续航能力。

4 纹波测试

4.1 纹波测试方法

纹波是低频噪声，所以在用示波器测量纹波时首先要进行带宽限制，一般以20MHz为带宽限制标准，同时将耦合方式设置为交流耦合。由于纹波往往幅值较小，所以表笔选用衰减比为1倍的差分探头，同时为避免噪声干扰，祛除长地线，改用接地弹簧进行纹波测试。测试前，在接入点位置处并联两个电容，滤除外界信号干扰，具体接线图如图2所示。

图2 示波器测纹波接线图

4.2 测试结果比较

使用RIGOL公司的DM3058E型示波器，采用上节提到的电源纹波测试方法分别对普通直流电源和低纹波直流电源进行测试对比，结果如图3。

图3 纹波测试对比图

可见，普通直流电源纹波波形起伏规律，峰峰值可达10mV左右，而本文设计的低纹波直流测试电源测试波形平缓，几乎没有明显纹波。测试结果验证，同等条件下（负载R=50Ω、输出电压12V），低纹波直流电源输出纹波＜5mV，在恒压输出稳定性方面有明显的优势。

5 结语

本设计采用无纹波输出的铅酸蓄电池为核心供电源，经线性稳压芯片调理电路获得双电池双极性可调供电，输出的直流电压具有良好的稳定性和安全性。经测试比较，纹波控制效果显著，与普通直流电源相比，纹波幅值缩小了2倍。

[1]陈昕.锂电池供电的高效、低纹波、低高频噪声电源设计[J].电子技术与软件工程，2015(16)：246-247.

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