电源电路设计

众所皆知，电源电路设计，乃是在整体电路设计中最基础的必备功夫，因此，在接下来的文章中，将会针对实体电源电路设计的案例做基本的探讨。

电源device电路

※输出电压可变的基准电源电路
（特征：使用专用IC基准电源电路）
图1是分流基准（shunt regulator）IC构成的基准电源电路，本电路可以利用外置电阻Vr1与R3的设定，使输出电压在+2.5V-5V范围内变化，输出电压Vout可利用下式求得：
----------------------（1）
Vref： 内部的基准电压 。

图中的TL431是TI的编号，NEC的编号是μPC1093，新日本无线电的编号是NJM2380，日立的编号是HA17431，东芝的编号是TA76431。
　

※输出电压可变的高精度基准电源电路
（特征：高精度、电压可变）
类似REF-02C属于高精度、输出电压不可变的基准电源IC，因此设计上必需追加图2的OP增幅IC，利用该IC的gain使输出电压变成可变，它的电压变化范围为+5-+10V。

※利用单电源制作正负电压同时站立的电源电路
（特征：正负电压同时站立）
虽然电池device的电源单元，通常是由电池构成单电源电路，不过某些情况要求电源电路具备负电源电压。

图3的电源电路可输出由单电源送出的稳定化正、负电源，一般这类型的电源电路是以正电压当作基准再产生负电压，因此负电压的站立较缓慢，不过图3的电源电路正、负电压却可以同时站立，图4中的TPS60403 IC可使输入的电压极性反转。

※40V最大输出电压的Serial Regulator
（特征：可以输出三端子Regulator IC无法提供的高电压）
虽然三端子Regulator IC的输出电压大约是24V，不过若超过该电压时电路设计上必需与IC以disk lead等组件整合。

图5的Serial Regulator最大可以输出+40V 的电压，图中 D2 Zener二极管的输出电压被设定成一半左右，再用R7 VR1 R8 将输出电压分压，使该电压能与VZ2 的电压一致藉此才能决定定数。必需注意的是R7 R8 若太大的话，会引发输出电压噪声上升与波动等问题；反R7 R8之若太小的话，会有发热耗损电力之虞，因此一般以R7 R8 2-5K 比较合适。

※输出电压为 40-80的Serial Regulator
（特征：利用disk lead组件输出高电压）
图6是可以输出电压为40-80 的Serial Regulator，由于本电路的输出电压非常高，因此无法使用OP增幅IC。图中的VCEO是利用 120V的2SC2240-GR构成误差增幅器。此外本电路还追加TR5 与Cascode增幅器，藉此改善误差增幅器的频率特性。

2SK373-Y是 VDS=100V的FET，它可以构成高耐压的定电流电源。除了FET之外还可以使用最大使用电压为100V ，定格电力为300MW ，石冢电子的定电流二极管E-202。　

※输出电压为 150V的高电压Serial Regulator
（特征：设有输出短路保护电路）
如图7所示本Serial Regulator的base的共通增幅电路与OP增幅器输出端连接，因此可以输出高电压。如果输出发生短路的话，TR3 的保护电路就会动作，TR3将流入120MA 限制在 范围内，此时输入电压会施加至 TR2的drain与source之间，所以会有20W 左右的损失。

※输出电压为400V 的高电压Serial Regulator
（特征：设有输出短路保护电路）
如图8所示误差增幅器的基准电位与输出电位连接，形成浮动增幅型Serial Regulator。虽然电源变压器（transistor）必需使用误差增幅器专用的绕线，不过误差增幅器是由OP增幅器构成，因此非常适用于高电压Regulator。此外为避免输出短路时的大电力损失，因此保护电路具备倒V型特性。

※TO-220封装的非绝缘型Step Down Converter
（特征：无封装面积变大之虞，可将线性电源变成switching电源）
三端子Regulator的损失若超过3W 时，冷却片的面积会变得非常大，因此必需改用非线性而且效率极高较不易发热的switching type DC-DC Converter，不过实际上由于DC-DC Converter使用的组件数量非常多，因此有可能造成封装面积过大等问题。

如图9所示若使用与三端子Regulator同级的T0-220封装控制IC，就能获得输入电压为8-24V ，输出 5V，电流为3.5A 的Step Down Converter。这种Converter最大特征是结构简单动作稳定，而且使用组件的数量非常少，因此不需刻意变更印刷电路板的pattern，或是担心封装面积变大等困扰，虽然价格稍为偏高不过Serial Regulator几乎网罗所有的规格。
本电路是由外置的二极管（diode）、电容、线圈，以及设定电压的电阻所构成，只有电容比较特殊必需使用switching电源专用低阻抗（impedance）type。