電源管理IC培訓(xùn)講義

講師：周勝國(guó)2007.02.06電源管理IC有關(guān)介紹概述:任何電子設(shè)備都需要一個(gè)或幾個(gè)輸出電壓恆定的直流電源。通常的作法是將市電降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓、輸出一直流電壓供裝置使用。在電源集成運(yùn)用中，電源管理IC有獨(dú)到之處，應(yīng)用最廣泛。下面就簡(jiǎn)要介紹一下有關(guān)電源管理IC的一些特征。1.電源管理IC的分類：集成穩(wěn)壓器的種類較多，可按以下幾方面來(lái)分類A、按工作方式可分為：串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器（即由等效電阻的變化來(lái)保持電壓不變），大多數(shù)集成穩(wěn)壓器屬于這一類。并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器（調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，由并聯(lián)元件等效電阻的變化來(lái)保證輸出電壓不變）。開(kāi)關(guān)調(diào)整式穩(wěn)壓器（調(diào)整元件工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，用改變其開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間保證輸出電壓不變）B、按外形結(jié)構(gòu)可分為：多端穩(wěn)壓器（它的管腳數(shù)超過(guò)3個(gè)）。三端穩(wěn)壓器（它的管腳數(shù)與晶體三極管三腳相同）。固定式穩(wěn)壓器（輸出電壓出廠前已調(diào)整在標(biāo)準(zhǔn)值，使用時(shí)不需要調(diào)整）?？烧{(diào)式穩(wěn)壓器（它的輸出電壓可通過(guò)外接元件在較大范圍內(nèi)調(diào)整）。C、按電壓調(diào)整又分為：2.其具體介紹如下:如正輸出的78××系列，78后面的數(shù)字代表該穩(wěn)壓IC輸出的正電壓數(shù)值，單位為V。例如7806既表示穩(wěn)壓輸出為＋6V（相對(duì)于公共地端）；7812表示穩(wěn)壓輸出為＋12V等。有的型號(hào)在前面和后面還有一個(gè)或幾個(gè)英文字母，如W78××、AN78××、L78××CV等等。前面的字母稱“前綴”，一般是各生產(chǎn)廠家的代號(hào)；后邊的稱“后綴”，用以表示輸出電壓容差和封裝外殼的類型等。如負(fù)輸出的79××系列，負(fù)輸出與正輸出比較，除輸出電壓為負(fù)電壓、引腳排列不同外，其命名方法、外型等均與78××系列相同。三端固定輸出穩(wěn)壓IC（有正負(fù)輸出電

壓兩類）：三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓IC（有正負(fù)輸出電

壓兩類）：

此處的三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和電壓調(diào)整端。在電壓調(diào)整端外接電位器后可對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，其主要特點(diǎn)是使用靈活。如正輸出國(guó)標(biāo)通用的LM117系列、（LM217、LM317）、LM123系列、LM140系列、LM138系列、LM150系列等；與之對(duì)應(yīng)的負(fù)輸出也各有一個(gè)系列。這類穩(wěn)壓器的命名方法無(wú)明顯規(guī)律，封裝也各異。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器(如：MC34060/35060，TL494/TL495)ＡＣ－ＤＣ變換模塊(如：PS0500-5)ＤＣ－ＤＣ變換器(如：MC34063/35063/33063，ICL7660，RC4191/92/93)常見(jiàn)穩(wěn)壓器的外形封裝如下圖所示。78××79××78××79××地地地地輸入輸出輸入輸出地地輸出輸入TO－202TO－220TO－92××SOT-2238-PinSOPMarkingTO-263-5(U)Marking12453SOT-253.電源管理IC的工作原理和主要技術(shù)

參數(shù)：

主要穩(wěn)壓器工作原理：如下圖所示

:啟動(dòng)電路恒流源基準(zhǔn)電壓誤差放大調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)短路保護(hù)過(guò)熱保護(hù)圖一：78××系列穩(wěn)壓器電路框圖輸入地調(diào)整管輸出RscRaRb～～恒流源基準(zhǔn)電壓保護(hù)功率轉(zhuǎn)換整流濾波低通濾波整流濾波控制電路自動(dòng)保護(hù)圖二：LM317系列穩(wěn)壓器電路框圖圖三：開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源方框圖Ui＋－R1R2Uo～220V/50Hz高壓DC脈寬調(diào)制低壓DC取樣N1N2如圖一所示：是78××系列穩(wěn)壓器的電原理框圖。由圖可見(jiàn)，它與一般分立件組成的串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源十分相似，不同的是增加了啟動(dòng)電路、恒流源以及保護(hù)電路。為了使穩(wěn)壓器能在比較大的電壓變化范圍內(nèi)正常工作，在基準(zhǔn)電壓形成和誤差放大部分設(shè)置了恒流源電路。啟動(dòng)電路的作用就是為恒流源建立工作點(diǎn)。RSC是過(guò)流保護(hù)取樣電阻；Ra、Rb組成電壓取樣電路，實(shí)際電路是一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在輸出電壓不同的穩(wěn)壓器中，采用不同的串、并聯(lián)接法，形成不同的分壓比，通過(guò)誤差放大之后去控制調(diào)整管的工作狀態(tài)，以形成和穩(wěn)定一系列預(yù)定的輸出電壓，因此在圖一中將Ra畫成可調(diào)電阻形式。

79××系列穩(wěn)壓器也是一種串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源，但它的調(diào)整管處于共射公作狀態(tài)，屬集電極輸出穩(wěn)壓電路，其工作原理與78××系列類似如圖二所示：LM317系列可調(diào)穩(wěn)壓器的電原理框圖。電路的基準(zhǔn)電壓為1·25V，此電壓接在誤差放大器A的同相輸入端和芯片的電壓調(diào)整端（Adj）之間，并由一個(gè)50uA的超級(jí)恒流源供電。顯然，如果將調(diào)整端直接接地，則輸出電壓Uo固定為1·25V。實(shí)際使用時(shí)，LM317采用懸浮式工作，即由外接電阻R1、R2來(lái)設(shè)定輸出電壓。根據(jù)LM317內(nèi)部電路詳圖，經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算可得出：Uo≈1·25(1＋R2/R1)(V)，具體過(guò)程從略。如上所述，若將調(diào)整端接地，則相當(dāng)于使R2=0，所以Uo≈1·25V。集成穩(wěn)壓IC的保護(hù)電路比較完善，它們?cè)贗C發(fā)生過(guò)流、過(guò)熱時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉輸出。所以集成穩(wěn)壓IC在實(shí)際使用中較少損壞。

如圖三所示：220V50Hz的交流電先經(jīng)過(guò)輸入端低通濾波器進(jìn)行整流濾波形成電壓較高的直流電。控制電路產(chǎn)生固定頻率、一定脈寬的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率轉(zhuǎn)換電路。這種脈沖信號(hào)的脈沖寬度受控于控制電路，稱脈寬調(diào)制信號(hào)（PWM）。功率轉(zhuǎn)換電路在脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，在脈沖變壓器次級(jí)形成高壓脈沖。經(jīng)變壓后的脈沖再由高頻整流濾波后形成低壓直流電。自動(dòng)保護(hù)電路在電源出現(xiàn)故障時(shí)，使電路自動(dòng)停止工作。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)質(zhì)上是一種交流－直流－交流－直流的變換器。和模擬穩(wěn)壓電路相比，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路具有損耗小、效率高、溫升低，穩(wěn)壓范圍寬，體積小、重量輕等突出的優(yōu)點(diǎn)，但也有射頻干擾強(qiáng)等缺點(diǎn)。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源在聲像設(shè)備和微型計(jì)算機(jī)中獲得廣泛應(yīng)用。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的核心是控制電路。其它類型:

AC－DC變換模塊PS0500－5是一種新穎的超小型AC－DC轉(zhuǎn)換模塊，它可以將交流輸入電壓直接轉(zhuǎn)換成＋5V直流電壓輸出，并且交流輸入與直流輸出是隔離的。

DC－DC變換器主要用在直流供電系統(tǒng)。它可將電池供電電壓轉(zhuǎn)換成不同極性與數(shù)值的穩(wěn)定直流輸出。重點(diǎn)集成穩(wěn)壓器的參數(shù):電壓調(diào)整率：

它是表示當(dāng)輸出電流和環(huán)境溫度不變時(shí)，由于輸入電壓的變化所引起的輸出電壓的相對(duì)變化量。也就是指在負(fù)載不變情況下，單位輸出電壓和輸入電壓相對(duì)變化的百分比。電壓調(diào)整率有時(shí)也用在某一輸入電壓變化范圍內(nèi)的輸出電壓變化量表示。該參數(shù)表征了穩(wěn)壓器在輸入電壓變化時(shí)穩(wěn)定輸出電壓的能力。電流調(diào)整率：

它是指當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度保持不變時(shí)，由于輸出電流的變化所引起的輸出電壓的相對(duì)變化量。電流調(diào)整率有時(shí)也用負(fù)載電流變化時(shí)輸出電壓變化量表示。該參數(shù)也是表示穩(wěn)壓器負(fù)載調(diào)整能力。

輸出阻抗：

在規(guī)定的輸入電壓和輸出電流的條件下，當(dāng)輸出端上所測(cè)得的交流電壓與交流之比。輸出電壓長(zhǎng)期穩(wěn)性：輸入電壓、輸出電流及環(huán)境溫度保持不變時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)壓輸出電壓的最大相對(duì)變化量，通常用ppm/△t表示，△t為時(shí)間變化范圍。輸出電壓溫漂：

在規(guī)定溫度范圍內(nèi)，當(dāng)輸入電壓和輸出電流保持不變時(shí)，由溫度的變化所引起的每單位的變化率。該參數(shù)表示穩(wěn)壓器輸出電壓的溫度穩(wěn)定性。紋波抑制比：

當(dāng)輸入輸出條件保持不變時(shí)，輸入的紋波電壓峰

—峰值與輸出的紋波電壓峰值之比。該參數(shù)表示穩(wěn)壓器對(duì)輸入端所引入的紋波電壓的抑制能力。最大輸入電壓：

最大輸入電壓是指穩(wěn)壓器安全工作時(shí)允許外加的最大電壓。它主要決定于穩(wěn)壓器中有關(guān)晶體管的擊穿電壓。最小輸入輸出電壓差：

是指使穩(wěn)壓器能正常工作的輸入電壓與輸出電壓之間的最小電壓值。對(duì)于串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器，它就是調(diào)整元件上的最小電壓差，這和調(diào)整管的飽和壓降等有關(guān)，通常為1.5～5V。為確保輸出電壓的穩(wěn)定，有時(shí)該數(shù)值還高。輸出電壓：

輸出電壓是指穩(wěn)壓器的參數(shù)符合規(guī)定指標(biāo)時(shí)的輸出電壓。對(duì)于固定輸出穩(wěn)壓器它是常數(shù)；對(duì)于可調(diào)式輸出穩(wěn)壓器，表示用戶可通過(guò)選擇取樣電阻而獲得的輸出電壓范圍。其最小值受到參考電壓限制，最大電壓則由最大輸入電壓和最小輸入輸出電壓差決定。最大輸出電流：

穩(wěn)壓器尚能保持輸出電壓不變的最大輸出電流，一般也認(rèn)為它是穩(wěn)壓器的安全電流。穩(wěn)壓器最大功耗：

穩(wěn)壓器的功耗由穩(wěn)壓器內(nèi)部電路的靜態(tài)功耗和調(diào)整元件上的功耗兩部分組成，對(duì)于大功率穩(wěn)壓器，功耗主要決定調(diào)整管的功耗。穩(wěn)壓器允許功耗與調(diào)整管結(jié)構(gòu)、穩(wěn)壓器封裝及散熱等情況有關(guān)。穩(wěn)壓器的應(yīng)用及注意事項(xiàng):集成穩(wěn)壓電路品種很多，從調(diào)整方式有線性的和開(kāi)關(guān)式的；從輸出方式上有固定和可調(diào)式的，每種穩(wěn)壓器又有正、負(fù)壓及跟蹤式，每類產(chǎn)品根據(jù)外形又分三端及多端，根據(jù)電流大小也有不同分類。每類產(chǎn)品都有其自身的特點(diǎn)和適用范圍，因此在選用集成穩(wěn)壓電路時(shí)，要考慮設(shè)計(jì)的需要和可能及性能價(jià)格比，才能做到物盡其用，性能最佳。因三端穩(wěn)壓器優(yōu)點(diǎn)比較明顯，使用操作都比較方便，選用時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。在裝入電路前，一定要清楚各端子的作用，避免接錯(cuò)。使用時(shí)，對(duì)要求加散熱裝置的，必須加裝符合要求