多路线性电源的模块化仪器设计与制作

◎刘彬瑶 李彬 冀楠

研制了模块化的线性电源，实现了低纹波供电和多路电源供电，并通过实验验证了研制仪器的有效性和可靠性。仪器以LT1083作为线性电源的核心控制芯片，通过实验测试，交流纹波较低，研究成果高敏感度电源需求的电路应用提供参考。

引言：线性电源与传统的开关电源相比，具有纹波系数低、干扰噪声小等优点，适用于对供电精度要求较高的精密电路。目前广泛应用于科研机构、高校、企业等领域的线性电源通常不超过四路供电，很多线性电源仪器只有一路或者两路供电，对于一些集散式电路具有一定的使用不便。多路线性电源虽然可以满足多路供电需求，但通常存在体积大、成本高等缺点，以四路供电的线性电源仪器为例，价格可达到数千元甚至上万元，不利于实验研究和科研教学。

综上，多路线性电源仪器最高可提供八路供电，使用多路输出的共用变压器，采用可插拔的模块化设计，大大缩小了仪器体积，同时也降低了仪器成本。仪器不仅能够满足高校实验室的实验需求，也具有较高的商业价值，因此，研制模块化设计、低纹波、高性能价格比、高稳定度、数字显示的多路线性稳压电源，具有重要的现实意义。

一、设计方案与器件选型

供电电源的稳定性至关重要，不稳定的电源不仅会带来较大的噪声，降低检测系统的灵敏度，严重时还可能会损坏激光器。因此，本文中自主研制了电源模块，如图1所示，系统中使用四种电压进行供电，分别为±5 V和±12 V，系统中激光器驱动部分共使用±5 V和12 V三种电源电压，图1中的电源为±12 V，系统中使用的±5 V电源与其外观一致。

电源模块的电路原理图如图1所示，该电源属于线性电源。图中，变压器输出交流电经过整流桥芯片D2和D7进行全波整流，再通过电解电容C2、C4、C13和C14进行滤波，然后通过Linear公司的低压差三端稳压芯片LT1083输出系统的直流供电电压，LT1083芯片根据输出电压的方式，分为可调电压和固定电压两种类型。系统中选用可调型LT1083，电路中对R3和R5、R10和R11的电阻值分别配置，就可以得到电路中两路输出电压。图中的电路为±12 V电压，±5 V电路的原理图与其一致，只是变压器输入电压和配置输出电压的电阻阻值不同。

图1 制作的低纹波线性稳压电源实物图，±12 V双路输出电压

二、交流纹波测试

线性电源具有交流纹波低、电压稳定性高的优点。系统中没有采用常见的开关电源，原因在于开关电源的纹波较大，在激光器温控系统中，开关电源的噪声会对激光器温度进行设定的温度设定电压造成影响，使激光器温度随之受到波动，导致输出光谱漂移。因此，尽管开关电源具有转换效率高、体积小等优点，系统中还是采用了低纹波线性电源作为系统供电电源，以满足实验要求。使用示波器对线性电源的交流纹波进行检测，如图2所示，可见交流纹波在5～6 mV左右，开关电源的纹波通常在几十毫伏左右。

图2 交流纹波测试

结论：本文研制了基于LT1083的线性电源电路，并开展了模块化设计和多路输出供电测试。通过实验验证了电路的有效性，研究成果可进一步优化，为低成本、高可靠性的供电电源方案提供参考设计。