一、概述
目前市面上大部分音訊設備採用了數位式電源及數位式功放。這種產品經醫學研究表明長時間聽音樂會給人們產生很大心理障礙（比如煩躁感）及聽力損傷問題。開關電源它通過高速開關電晶體將輸入的電壓在時域內切分，從而輸出脈動的直流電壓。對這個脈動直流電壓重新積分可獲得電壓低於輸入電壓的穩定的支流電壓。通過控制脈衝寬度，就可以控制輸出電壓。開關電晶體工作於開關狀態，其上有電壓時無電流，有電流時無電壓，電壓和電流的積保持為0，因此理論上開關管擔負了電壓轉換的作用但其自身並不消耗功率。這使得開關電源效率高達90%以上。由此可見開關電源工作的開關方式，其獲取能量是突變的，所以會產生高頻電磁輻射影響周邊設備及對電網產生干擾，這樣一來開關電源的聲底就不夠純淨。從而造成對人們的聽力損傷與心理障礙。而傳統線性穩壓電源則沒有射頻干擾這個弊端。因此功率放大器若要獲得優異的音質還須考慮使用線性穩壓電源。基於這個原因促使我們想構建一款高性能Hi-Fi功放專用線性穩壓電源以適合廣大對線性電源喜愛的人們及“Realtek 無線 + ST 功放”的應用場景。
下面講述的是一款高性能DIY單軌線性穩壓電源（PSU）的設計製作。該電路具有低雜訊、大電流、出色的線路/負載調節、寬頻寬和穩定性特性。 非常適合 DIY 身歷聲耳機放大器、前置放大器、DAC、網路媒體播放機和其他需要單軌穩壓 PSU 的應用。該電路使用所有分立元件（無積體電路），並採用大電流 MOSFET 作為輸出“通過”器件。電路設計以及印刷電路板佈局是PADS，可開源給用戶使用的。它被設計成相對容易構建，但不推薦作為初學者的首次項目。要獲得空白印刷電路板和一些相關部件，後續可訪問大大邦商城。具體的物料請參閱BOM Lists部分。在嘗試構建 PSU 之前，請務必完全理解所有內容，否則請考慮讓更有經驗的人為您構建線性穩壓放大器，或者構建一個更簡單的項目。該項目主要以 PSU 板為中心。要構建一個工作電源，因此還需要一個電源變壓器、IEC 電源輸入插座、電源開關，以及一個外殼主機殼來容納電路板。 由於變壓器的存在，此類PSU系統的效率往往只有60%（可以簡單的看作輸出功率與輸入功率之比）。另外開關電源因其電壓回饋信號通道過長和控制電路複雜，其瞬態提供大電流的能力（瞬態特性）不如傳統線性穩壓電源。而瞬態回應特性卻是區別音訊功率放大器優劣的重要特性指標，以下是組裝好的PSU 電路板：
二、電路說明
2.1 工作原理
來自電源變壓器次級的交流輸入由分立的快速恢復二極體 D4、D5、D12、D13 進行全波整流，並由電容器 C4 進行平滑處理。每個二極體都由一個緩衝電容器 C7、C21-C22 旁路以降低雜訊。整流後的 DC 然後饋入電壓調節器部分。該穩壓器由一組分立器件實現的等效高電流輸出運算放大器組成，用作誤差放大器。 Q5 和 Q6 形成一個經典的差分長尾對 (LTP)，由電流鏡像電路（Q4、Q8）載入以增加開環增益。因為增加的全域回饋將有助於保持低輸出阻抗並提高整體穩定性。通過 LTP 的電流由電流源D11 控制。Q7 是 VAS 級，由電流源D8 載入，並由電容器 C27 補償。兩個18A功率MOSFET Q1和Q2並聯，作為輸出“通過”電晶體。兩個設備的並聯分開了散熱，並確保它們在嚴重的過流條件下不會失效。這消除了對限流電路的需求。只需要一個合適尺寸的交流電源保險絲來保護電源變壓器和其他元件免受損壞。
該電源的最大電流容量基本上僅受變壓器、整流器和 MOSFET 的散熱量（當然還有交流電源保險絲）的限制。誤差放大器作為同相放大器工作。該放大器的輸入由齊納二極體 D6提供的直流參考電壓供電。齊納電流來自電流源 D9。由 R9 和 C26（轉換頻率為 1.6Hz）形成的 RC 濾波器有效地消除了任何齊納雜訊。然後誤差放大器將參考電壓乘以所需的輸出電壓。輸出電壓由 D6 的齊納電壓和誤差放大器的增益設置決定（並且可以通過改變 R6的值來改變）。電壓基準和誤差放大器（輸出 MOSFET 除外）通過由 Q3、R8 和 C23 形成的電容倍增器獲得電源電壓。這與額外的電容器 C24 和電流源的使用一起，顯著提高了 PSRR（電源抑制比）以改善線路調節。 D7 和 C5 有助於防止在高負載電流期間增加的預調節電壓紋波影響電容倍增器的性能。
2.2 多路電壓輸出
本PSU版能提供四組直流輸出接線端子，其中主電源設計有用於“開機”指示燈的LED電路。即使沒有任何連接到輸出，LED 也會為穩壓器（從 V+ 到 V-）提供較小的標稱負載。它還有助於在電源關閉後緩慢地對軌道電容器放電。
三、電路及電路板設計
3.1，主電路模擬
為了保證正確的輸出，我們採用業內著名的電路模擬軟體TINA-TI進行簡單的類比電路的各種輸出參數以保證電路的正確性及可靠性（模擬軟體採用TINA-TI，模擬模型基於TINA-TI的自帶庫。模擬條件為：25℃下全典型模型），以下是輸出的電路參數圖示： 
3.1 PSU電路模擬原理圖
3.2 PSU 電路的直流特性圖
3.2，電路板設計
電路板設計採用PADS Layout工具，PCB打樣採用優質 FR-4 玻璃環氧樹脂製成，雙層鍍通孔以及絲印和阻焊層。 銅層為 2 盎司重載結構，可實現低阻抗。 下圖說明瞭一些重要的電路板尺寸。 當您在主機殼外殼上工作時，可以將其用作參考。電路板設計完成如下：
四、零件清單
下面說明了為 24VDC 輸出配置的 PSU。請參閱下面有關其他輸出電壓的詳細資訊。另請參閱板和散熱器部分以瞭解散熱器注意事項。有關特定零件建議和選項，請參閱以下部分。也可從 大大邦商店購買,零件數量說明見附件BOM清單.
五、設計注意事項
1), 誤差放大器的電壓增益由 R6 和 R1 的比率決定。該增益乘以 D6 齊納二極體電壓，決定了穩壓器的輸出電壓。增益由以下公式計算：
G = (R6 / R1) + 1
當R6和R1均為10KΩ時，增益為2。D6為18V齊納二極體，則輸出電壓為24V。請不要更改 R6 的值，因為它與 C25 形成了一個 RC 時間常數，從而形成了誤差放大器的高頻回應。這些值經過仔細調整，以在保持穩定性的同時提供擴展的頻寬。
2), 齊納穩壓二極體設置參考電壓，該電壓與誤差放大器的電壓增益一起設置 PSU 的輸出電壓。
注：PSU板輸出電壓的精度取決於 D6 齊納穩壓管的電壓精度。齊納二極體具有相當寬的容差，因此您的實際輸出電壓可能不完全符合目標。通常這無關緊要，因為音訊電路通常對這種電壓容差不敏感。如果您的應用需要高水準的電壓精度，那麼您應該選擇一些 高精度的 齊納穩壓二極體。
3), R7 是 LED 的限流電阻。這些電阻器的最佳值取決於您選擇的 LED。使用這個線上 LED 電阻值計算器來確定您的 R7 應該是什麼值。根據電阻器的值及其兩端的壓降，您應該注意使用額定功率足夠高的電阻器。實際功耗由下式計算：
瓦特 = V2 / R
其中 V 是壓降，R 是 R7 的值。
例如，如果使用10KΩ的電阻，壓降為28V，則功耗約為0.08W。在這種情況下，一個 1/8W 或 1/4W 的電阻器就可以正常工作。電阻器的類型並不重要，只要合適即可。
4), 電容器
C7、C20、C21、C22、C25：多層陶瓷電容器（NP0或C0G）220pF
C6、C19：金屬化聚酯薄膜電容器1µF
C4：鋁電解電容低ESR高可靠
±30V或以下輸出：2x 2200µF 50V 或 1x 4700µF 50V
對於 ±36V 輸出：2x 1500µF 63V 或 1x 2700µF 63V
C5、C23：鋁電解電容63V低ESR高可靠100µF
C24、C26：鋁電解電容63V低ESR高可靠470µF
C27：金屬化聚酯薄膜電容器3900pF
D9、D11：2.0mA-2.2mA電流調節二極體
DO-35、DO-41、TO-92 或 TO-18（參見BOM）
Semitec E-202
Onsemi半導體 1N5306
Vishay-Siliconix CR240
Vishay-Siliconix J508
D8：4.7mA-5.6mA電流調節二極體
DO-35、DO-41、TO-92 或 TO-18（參見BOM）
Semitec E-562
Onsemi半導體 1N5314
Vishay-Siliconix CR470
Vishay-Siliconix J511
電晶體(參考BOM)
關於電晶體的注意事項：
不需要特殊的電晶體匹配。
不要用其他類型的電晶體和 MOSFET 代替。補償電容器的值已針對指定器件的最佳性能進行了調整。更改為其他類型可能會降低性能或導致不穩定。
不要將 MOSFET 安裝在遠程散熱器上。從電路板到 MOSFET 的附加佈線可能會導致振盪。
散熱片
由於高度和其他機械/物理屬性，您選擇的散熱器會影響主機殼的相容性。
連接器
PCB 接線端子（可選，允許輕鬆連接/斷開與 PCB 的接線）：
電源變壓器
支持單次級、雙次級和中心抽頭次級變壓器。為了最小的雜散磁場，推薦使用環形類型。下表列出了針對各種輸出直流電壓的變壓器次級建議。
輸出電壓 變壓器次級
對於其他輸出電壓，該 PSU 的一個經驗法則是，在負載下，傳輸 MOSFET 兩端應保持大約 7V 的壓降。這允許 MOSFET 的 2V Vgs 加上大約 5V 的裕量以允許線路電壓波動。以 24V 輸出為例，預穩壓電壓應為 31V。考慮到整流二極體兩端的電壓降，該數位高達 33V。變壓器電壓應該是整流後的直流電壓的0.707倍，所以33V * 0.707 ~= 23V。因此，24V 或雙 12V 變壓器應該可以正常工作。
變壓器的適當 VA 額定值取決於預期負載。 Realtek藍牙無線+ST 的耳機放大器的推薦變壓器額定值為 15VA 或 25VA。對於 PPA 耳機放大器，一個 15VA 的變壓器就足夠了。
以下是一些推薦的變壓器及主機殼類型：
1)，變壓器環牛：淘寶自行淘
2)，主機殼/主機殼
請務必使用為您選擇的散熱器提供足夠內部間隙的外殼。如果您的散熱器不在主機殼外部（暴露的散熱片），那麼您應該在主機殼中切割通風槽（如果尚未配備）以確保正常冷卻。
5), 其他
各種各樣的帶保險絲的 IEC 電源輸入插座
用於電源開/關的 SPST 撥動開關、撥片或旋轉開關（如果 IEC 插座沒有集成開關）
目前市面上大部分音訊設備採用了數位式電源及數位式功放。這種產品經醫學研究表明長時間聽音樂會給人們產生很大心理障礙（比如煩躁感）及聽力損傷問題。開關電源它通過高速開關電晶體將輸入的電壓在時域內切分，從而輸出脈動的直流電壓。對這個脈動直流電壓重新積分可獲得電壓低於輸入電壓的穩定的支流電壓。通過控制脈衝寬度，就可以控制輸出電壓。開關電晶體工作於開關狀態，其上有電壓時無電流，有電流時無電壓，電壓和電流的積保持為0，因此理論上開關管擔負了電壓轉換的作用但其自身並不消耗功率。這使得開關電源效率高達90%以上。由此可見開關電源工作的開關方式，其獲取能量是突變的，所以會產生高頻電磁輻射影響周邊設備及對電網產生干擾，這樣一來開關電源的聲底就不夠純淨。從而造成對人們的聽力損傷與心理障礙。而傳統線性穩壓電源則沒有射頻干擾這個弊端。因此功率放大器若要獲得優異的音質還須考慮使用線性穩壓電源。基於這個原因促使我們想構建一款高性能Hi-Fi功放專用線性穩壓電源以適合廣大對線性電源喜愛的人們及“Realtek 無線 + ST 功放”的應用場景。
下面講述的是一款高性能DIY單軌線性穩壓電源（PSU）的設計製作。該電路具有低雜訊、大電流、出色的線路/負載調節、寬頻寬和穩定性特性。 非常適合 DIY 身歷聲耳機放大器、前置放大器、DAC、網路媒體播放機和其他需要單軌穩壓 PSU 的應用。該電路使用所有分立元件（無積體電路），並採用大電流 MOSFET 作為輸出“通過”器件。電路設計以及印刷電路板佈局是PADS，可開源給用戶使用的。它被設計成相對容易構建，但不推薦作為初學者的首次項目。要獲得空白印刷電路板和一些相關部件，後續可訪問大大邦商城。具體的物料請參閱BOM Lists部分。在嘗試構建 PSU 之前，請務必完全理解所有內容，否則請考慮讓更有經驗的人為您構建線性穩壓放大器，或者構建一個更簡單的項目。該項目主要以 PSU 板為中心。要構建一個工作電源，因此還需要一個電源變壓器、IEC 電源輸入插座、電源開關，以及一個外殼主機殼來容納電路板。 由於變壓器的存在，此類PSU系統的效率往往只有60%（可以簡單的看作輸出功率與輸入功率之比）。另外開關電源因其電壓回饋信號通道過長和控制電路複雜，其瞬態提供大電流的能力（瞬態特性）不如傳統線性穩壓電源。而瞬態回應特性卻是區別音訊功率放大器優劣的重要特性指標，以下是組裝好的PSU 電路板：
二、電路說明
2.1 工作原理
來自電源變壓器次級的交流輸入由分立的快速恢復二極體 D4、D5、D12、D13 進行全波整流，並由電容器 C4 進行平滑處理。每個二極體都由一個緩衝電容器 C7、C21-C22 旁路以降低雜訊。整流後的 DC 然後饋入電壓調節器部分。該穩壓器由一組分立器件實現的等效高電流輸出運算放大器組成，用作誤差放大器。 Q5 和 Q6 形成一個經典的差分長尾對 (LTP)，由電流鏡像電路（Q4、Q8）載入以增加開環增益。因為增加的全域回饋將有助於保持低輸出阻抗並提高整體穩定性。通過 LTP 的電流由電流源D11 控制。Q7 是 VAS 級，由電流源D8 載入，並由電容器 C27 補償。兩個18A功率MOSFET Q1和Q2並聯，作為輸出“通過”電晶體。兩個設備的並聯分開了散熱，並確保它們在嚴重的過流條件下不會失效。這消除了對限流電路的需求。只需要一個合適尺寸的交流電源保險絲來保護電源變壓器和其他元件免受損壞。
該電源的最大電流容量基本上僅受變壓器、整流器和 MOSFET 的散熱量（當然還有交流電源保險絲）的限制。誤差放大器作為同相放大器工作。該放大器的輸入由齊納二極體 D6提供的直流參考電壓供電。齊納電流來自電流源 D9。由 R9 和 C26（轉換頻率為 1.6Hz）形成的 RC 濾波器有效地消除了任何齊納雜訊。然後誤差放大器將參考電壓乘以所需的輸出電壓。輸出電壓由 D6 的齊納電壓和誤差放大器的增益設置決定（並且可以通過改變 R6的值來改變）。電壓基準和誤差放大器（輸出 MOSFET 除外）通過由 Q3、R8 和 C23 形成的電容倍增器獲得電源電壓。這與額外的電容器 C24 和電流源的使用一起，顯著提高了 PSRR（電源抑制比）以改善線路調節。 D7 和 C5 有助於防止在高負載電流期間增加的預調節電壓紋波影響電容倍增器的性能。
2.2 多路電壓輸出
本PSU版能提供四組直流輸出接線端子，其中主電源設計有用於“開機”指示燈的LED電路。即使沒有任何連接到輸出，LED 也會為穩壓器（從 V+ 到 V-）提供較小的標稱負載。它還有助於在電源關閉後緩慢地對軌道電容器放電。
三、電路及電路板設計
3.1，主電路模擬
為了保證正確的輸出，我們採用業內著名的電路模擬軟體TINA-TI進行簡單的類比電路的各種輸出參數以保證電路的正確性及可靠性（模擬軟體採用TINA-TI，模擬模型基於TINA-TI的自帶庫。模擬條件為：25℃下全典型模型），以下是輸出的電路參數圖示：
3.1 PSU電路模擬原理圖
3.2 PSU 電路的直流特性圖
3.2，電路板設計
電路板設計採用PADS Layout工具，PCB打樣採用優質 FR-4 玻璃環氧樹脂製成，雙層鍍通孔以及絲印和阻焊層。 銅層為 2 盎司重載結構，可實現低阻抗。 下圖說明瞭一些重要的電路板尺寸。 當您在主機殼外殼上工作時，可以將其用作參考。電路板設計完成如下：
四、零件清單
下面說明了為 24VDC 輸出配置的 PSU。請參閱下面有關其他輸出電壓的詳細資訊。另請參閱板和散熱器部分以瞭解散熱器注意事項。有關特定零件建議和選項，請參閱以下部分。也可從 大大邦商店購買,零件數量說明見附件BOM清單.
五、設計注意事項
1), 誤差放大器的電壓增益由 R6 和 R1 的比率決定。該增益乘以 D6 齊納二極體電壓，決定了穩壓器的輸出電壓。增益由以下公式計算：
G = (R6 / R1) + 1
當R6和R1均為10KΩ時，增益為2。D6為18V齊納二極體，則輸出電壓為24V。請不要更改 R6 的值，因為它與 C25 形成了一個 RC 時間常數，從而形成了誤差放大器的高頻回應。這些值經過仔細調整，以在保持穩定性的同時提供擴展的頻寬。
2), 齊納穩壓二極體設置參考電壓，該電壓與誤差放大器的電壓增益一起設置 PSU 的輸出電壓。
注：PSU板輸出電壓的精度取決於 D6 齊納穩壓管的電壓精度。齊納二極體具有相當寬的容差，因此您的實際輸出電壓可能不完全符合目標。通常這無關緊要，因為音訊電路通常對這種電壓容差不敏感。如果您的應用需要高水準的電壓精度，那麼您應該選擇一些 高精度的 齊納穩壓二極體。
3), R7 是 LED 的限流電阻。這些電阻器的最佳值取決於您選擇的 LED。使用這個線上 LED 電阻值計算器來確定您的 R7 應該是什麼值。根據電阻器的值及其兩端的壓降，您應該注意使用額定功率足夠高的電阻器。實際功耗由下式計算：
瓦特 = V2 / R
其中 V 是壓降，R 是 R7 的值。
例如，如果使用10KΩ的電阻，壓降為28V，則功耗約為0.08W。在這種情況下，一個 1/8W 或 1/4W 的電阻器就可以正常工作。電阻器的類型並不重要，只要合適即可。
4), 電容器
C7、C20、C21、C22、C25：多層陶瓷電容器（NP0或C0G）220pF
C6、C19：金屬化聚酯薄膜電容器1µF
C4：鋁電解電容低ESR高可靠
±30V或以下輸出：2x 2200µF 50V 或 1x 4700µF 50V
對於 ±36V 輸出：2x 1500µF 63V 或 1x 2700µF 63V
C5、C23：鋁電解電容63V低ESR高可靠100µF
C24、C26：鋁電解電容63V低ESR高可靠470µF
C27：金屬化聚酯薄膜電容器3900pF
D9、D11：2.0mA-2.2mA電流調節二極體
DO-35、DO-41、TO-92 或 TO-18（參見BOM）
Semitec E-202
Onsemi半導體 1N5306
Vishay-Siliconix CR240
Vishay-Siliconix J508
D8：4.7mA-5.6mA電流調節二極體
DO-35、DO-41、TO-92 或 TO-18（參見BOM）
Semitec E-562
Onsemi半導體 1N5314
Vishay-Siliconix CR470
Vishay-Siliconix J511
電晶體(參考BOM)
關於電晶體的注意事項：
不需要特殊的電晶體匹配。
不要用其他類型的電晶體和 MOSFET 代替。補償電容器的值已針對指定器件的最佳性能進行了調整。更改為其他類型可能會降低性能或導致不穩定。
不要將 MOSFET 安裝在遠程散熱器上。從電路板到 MOSFET 的附加佈線可能會導致振盪。
散熱片
由於高度和其他機械/物理屬性，您選擇的散熱器會影響主機殼的相容性。
連接器
PCB 接線端子（可選，允許輕鬆連接/斷開與 PCB 的接線）：
電源變壓器
支持單次級、雙次級和中心抽頭次級變壓器。為了最小的雜散磁場，推薦使用環形類型。下表列出了針對各種輸出直流電壓的變壓器次級建議。
輸出電壓 變壓器次級
對於其他輸出電壓，該 PSU 的一個經驗法則是，在負載下，傳輸 MOSFET 兩端應保持大約 7V 的壓降。這允許 MOSFET 的 2V Vgs 加上大約 5V 的裕量以允許線路電壓波動。以 24V 輸出為例，預穩壓電壓應為 31V。考慮到整流二極體兩端的電壓降，該數位高達 33V。變壓器電壓應該是整流後的直流電壓的0.707倍，所以33V * 0.707 ~= 23V。因此，24V 或雙 12V 變壓器應該可以正常工作。
變壓器的適當 VA 額定值取決於預期負載。 Realtek藍牙無線+ST 的耳機放大器的推薦變壓器額定值為 15VA 或 25VA。對於 PPA 耳機放大器，一個 15VA 的變壓器就足夠了。
以下是一些推薦的變壓器及主機殼類型：
1)，變壓器環牛：淘寶自行淘
2)，主機殼/主機殼
請務必使用為您選擇的散熱器提供足夠內部間隙的外殼。如果您的散熱器不在主機殼外部（暴露的散熱片），那麼您應該在主機殼中切割通風槽（如果尚未配備）以確保正常冷卻。
5), 其他
各種各樣的帶保險絲的 IEC 電源輸入插座
用於電源開/關的 SPST 撥動開關、撥片或旋轉開關（如果 IEC 插座沒有集成開關）
►場景應用圖
►產品實體圖
►展示板照片
►方案方塊圖
►核心技術優勢
1，新型的一種將內部基準源和誤差放大器融為一體的分立式電路。 2，成本低廉可靠。
►方案規格
1，PCB 尺寸 :103*103 2，功耗：>60w @三路獨立電源輸出：+24V ; +/-12; +5V 3，主電源輸出：+24v @2.5A