基于LM2941的高效能NIM低压电源

　　在核仪器中,往往需要多种电压的低压电源提供给前放、主放、MCA、及辅助电路等。由于需要将微小的核信号放大、提取并分析,所以核电子仪器对电源的稳定性要求较高,否则微弱的核信号会让电源的噪声或者电源输出的不稳定所淹没;同时应该减小电源自身的功耗,要求电源要有较高的转换效率;另外,由于核仪器的一些特殊部件需要较大的电流,要求能够给负载提供1A的电流。这些必须要满足的条件对低压电源的设计提出了比较高的要求[1]。

　　1　相关器件选择

　　在常见的电源电路设计中,LM系列和W系列的稳压芯片都可以供其使用。例如:LM317芯片可以承受的输入电压高达3~40V,输出电压在1.2~37V可调,但要求输入电压至少高于输出电压2~3V。由于LM317内部是线性稳压,当输入压差比较大且输出电流也比较大时,其功耗很大。

　　一些低压差稳压芯片,例如LM2940,通常可固定输出电压5V、10V、12V和15V,输出不可调。LM2941芯片不但可在低输入输出压差下工作,而且输出可调,是高效能电源不错的选择。

　　1·1　LM2941可调式低压降稳压器的特点

　　LM2941具有以下特点:(1)典型压降为0.5V;(2)最大输出电流为1.0A;(3)在0~125℃温度变化范围内的最高压降为1V;(4)最大输出电压26V,输出电压范围为0~20V。此外当输入输出压差超过3V时,芯片内部有专门的电路将引脚“地”的静态电流减小。当输出电流为1A并且输入输出压差为5V时,静态电流仅为30mA[2]。

　　LM2941还具有短路保护、热过载保护和自我保护功能,当电池反装或电池之间电压发生跳变时,芯片内部的保护电路使LM2941和其调节电路受到保护;发生在线瞬变,如负载突降时,输入电压可以暂时超过规定的最高工作电压,这时LM2941芯片将自动关闭,以保护内部电路和负载。开关控制兼容TTL和CMOS切换。

　　1·2　变压器的选择

　　设计电源要求有多种输出,如果由单一的变压器作为电源的输入,那么任意一路的负载发生变化将会影响另外一路的输入,而且这种变化会使得稳压效果变差。在本设计中,利用多抽头输出的变压器,将220V的交流电变换为7V和2路13V的交流电,然后再将低压的交流电供给稳压电路。

　　2　电源电路的设计

　　2·1　稳压电路的设计

　　LM2941的芯片为5引脚的TO-220封装,与LM317相比, LM2941多了ON/OFF和“地”引脚。当ON/OFF引脚为高电平时,芯片关闭,输出电压为0;反之当其接低电平时,则芯片开启,有电压输出。

　　LM2941稳压电路的基本接法如图1所示。

　　LM2941的基准电压(VREF)1.275V。输出电压(VO)由下式确定:

　　上式表明:输出电压的稳定性,取决于R1和R2的稳定性,故采用稳定性比较好的电阻,防止由于温度或者其它的因素变化引起阻值变化,进而引起输出电压的不稳定。实际电路中R1取值1k,然后计算R2的值。注意R1和R2不能取很小或者不接,否则将导致电路不稳定;电源滤波器应该在布线时远离调节端。