在電子設(shè)備中，穩(wěn)定可靠的電源是系統(tǒng)正常工作的基石。78系列三端穩(wěn)壓集成電路因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定而廣泛應(yīng)用于各類線性穩(wěn)壓電源中。在某些需要多路電壓且要求電壓同步變化（即跟蹤）的應(yīng)用場景，如運(yùn)算放大器供電、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，傳統(tǒng)的獨(dú)立78系列穩(wěn)壓器無法滿足電壓跟蹤的需求。本文將探討一種基于經(jīng)典78系列穩(wěn)壓集成電路設(shè)計(jì)的跟蹤電源電路，詳細(xì)分析其工作原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢。
一、跟蹤電源的概念與需求
跟蹤電源是指兩個或多個輸出電壓之間存在固定的比例關(guān)系，當(dāng)主輸出電壓因調(diào)節(jié)或負(fù)載變化而改變時，從輸出電壓能自動按比例跟隨變化。例如，在需要±15V對稱供電的模擬電路中，理想情況下正負(fù)電源應(yīng)能同步調(diào)整，以保持中點(diǎn)電位穩(wěn)定，避免信號失真。使用獨(dú)立的78L15和79L15穩(wěn)壓器無法實(shí)現(xiàn)此功能，因?yàn)樗鼈兪仟?dú)立調(diào)節(jié)的。
二、基于78系列集成電路的跟蹤電源電路設(shè)計(jì)
經(jīng)典78系列穩(wěn)壓器（如7805、7812、7815）是固定輸出電壓器件。要實(shí)現(xiàn)跟蹤功能，需借助外部電路擴(kuò)展其控制環(huán)路。一種典型的設(shè)計(jì)方案是采用主從式結(jié)構(gòu)：
- 主穩(wěn)壓電路：使用一片78系列穩(wěn)壓器（如7815）作為主穩(wěn)壓器，產(chǎn)生一個穩(wěn)定的主輸出電壓（V+）。該電路為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路，輸入端接濾波后的直流電壓，輸出端接濾波電容。
- 跟蹤從穩(wěn)壓電路：這是設(shè)計(jì)的核心。我們利用一片78系列穩(wěn)壓器（如79系列用于負(fù)壓，或另一片78系列用于同極性不同電壓值）作為從穩(wěn)壓器，但其參考地（GND引腳）電位不再固定為系統(tǒng)零電位，而是通過一個由運(yùn)算放大器構(gòu)成的伺服電路來控制。
- 工作原理：運(yùn)算放大器（如通用型運(yùn)放LM358）連接成電壓跟隨器或比例放大器的形式。其同相輸入端接入一個由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)從主輸出電壓（V+）采樣得到的參考電壓。運(yùn)放的輸出端連接到從穩(wěn)壓器（例如7915）的GND引腳。從穩(wěn)壓器的輸出電壓（V-）則連接到運(yùn)放的反相輸入端，形成一個閉環(huán)負(fù)反饋。
- 跟蹤過程：當(dāng)主輸出電壓V+發(fā)生變化時，采樣得到的參考電壓隨之變化，運(yùn)放會立即調(diào)整其輸出電壓（即從穩(wěn)壓器的“地”電位），迫使從穩(wěn)壓器的輸出電壓V-改變，直到運(yùn)放兩個輸入端電壓相等，實(shí)現(xiàn)V-精確地跟蹤V+的變化，并保持設(shè)定的比例關(guān)系（例如，V- = -V+，實(shí)現(xiàn)對稱跟蹤）。
- 保護(hù)與濾波：在主從穩(wěn)壓器的輸入、輸出端均需配置適當(dāng)?shù)臑V波電容以減少紋波，并在關(guān)鍵位置考慮加入保護(hù)二極管，防止在啟動、關(guān)機(jī)或負(fù)載瞬變時產(chǎn)生的反向電壓損壞集成電路。
三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與元件選擇
- 78/79系列穩(wěn)壓器選擇：根據(jù)所需的跟蹤電壓值和電流選擇合適的型號，需注意其輸入輸出電壓差（Dropout Voltage）和最大功耗，確保在最低輸入電壓和最重負(fù)載下也能穩(wěn)定工作。
- 運(yùn)算放大器選擇：應(yīng)選擇輸入失調(diào)電壓低、共模輸入范圍寬、能夠輸出足夠電流（以驅(qū)動從穩(wěn)壓器GND引腳所需電流）的運(yùn)放。單電源運(yùn)放需注意其工作電壓范圍是否滿足電路要求。
- 電阻分壓網(wǎng)絡(luò)：分壓電阻的精度和溫度穩(wěn)定性直接影響跟蹤精度。建議使用精度為1%或更高的金屬膜電阻。電阻值的選擇需權(quán)衡功耗與運(yùn)放輸入偏置電流的影響，通常取千歐姆至數(shù)十千歐姆范圍。
- 熱設(shè)計(jì)：78系列穩(wěn)壓器在線性工作模式下功耗較大（Pdiss = (Vin - Vout) * Iload），必須根據(jù)最大功耗配備足夠尺寸的散熱器，確保芯片結(jié)溫在安全范圍內(nèi)。
四、應(yīng)用優(yōu)勢與局限性
優(yōu)勢：
1. 成本效益高：充分利用了廉價、易得的78系列標(biāo)準(zhǔn)器件。
2. 設(shè)計(jì)簡單：電路結(jié)構(gòu)清晰，易于理解和實(shí)現(xiàn)，調(diào)試方便。
3. 可靠性好：繼承了78系列集成電路固有的過流、過熱保護(hù)功能。
4. 跟蹤精度可接受：在一般精度要求的模擬電路、測試設(shè)備中，其跟蹤性能足以滿足需求。
局限性：
1. 效率較低：作為線性穩(wěn)壓方案，其效率取決于輸入輸出電壓差，功耗和發(fā)熱問題在壓差大、電流高的場合較為突出。
2. 跟蹤速度與精度受限：跟蹤響應(yīng)速度受運(yùn)放帶寬和穩(wěn)壓器本身響應(yīng)速度限制，跟蹤絕對精度受運(yùn)放失調(diào)、電阻精度和穩(wěn)壓器本身調(diào)整率的影響。
3. 輸出電流受限于器件：最大輸出電流由所選78/79系列芯片本身決定。
五、
采用78系列穩(wěn)壓集成電路設(shè)計(jì)跟蹤電源電路，是一種巧妙利用成熟標(biāo)準(zhǔn)器件實(shí)現(xiàn)特定功能的實(shí)用方案。它特別適合于對成本敏感、電流需求適中（通常在1A以下）、且對電源跟蹤性能有明確要求的中低精度電子系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時，工程師需仔細(xì)計(jì)算功耗、選擇合適的外圍元件并進(jìn)行充分的測試，以在性能、成本和可靠性之間取得最佳平衡。對于更高效率、更快跟蹤速度或更大電流的應(yīng)用，則應(yīng)考慮采用基于開關(guān)穩(wěn)壓原理或?qū)Ｓ酶櫡€(wěn)壓器芯片的方案。
