第七章集成穩(wěn)壓器

第七章集成穩(wěn)壓器第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述第二節(jié)集成穩(wěn)壓器典型電路分析第三節(jié)集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用第四節(jié)開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理第五節(jié)集成開關(guān)穩(wěn)壓器及其應(yīng)用第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日直流穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定。

穩(wěn)壓器為穩(wěn)壓電源的核心部件。集成穩(wěn)壓器又叫集成穩(wěn)壓電路，將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓的集成電路，用分立元件組成的穩(wěn)壓電源，固有輸出功率大，適應(yīng)性較廣的優(yōu)點(diǎn)，但因體積大焊點(diǎn)多可靠性差而使其應(yīng)用范圍受到限制，近年來，集成穩(wěn)壓電源已得到廣泛應(yīng)用，其中小功率的穩(wěn)壓電源以三端式串聯(lián)型穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。

第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓電源的組成組成由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分組成。變壓電路是將輸入電壓進(jìn)行降壓整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直流電。濾波電路是將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路對(duì)整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。220V第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日整流電路整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄绷麟姵煞值拿}動(dòng)直流電。由于二極管具有單向?qū)щ娦裕世枚O管可進(jìn)行整流。(c)橋式整流(a)半波整流(b)全波整流常用整流電路第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日半波整流電路圖波形圖缺點(diǎn)：輸出電壓波動(dòng)太大優(yōu)點(diǎn)：電路簡單二極管D導(dǎo)通二極管D截止第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日全波整流電路圖波形圖優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓波動(dòng)減小缺點(diǎn)：變壓器繞線太多二極管D1導(dǎo)通二極管D2導(dǎo)通第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日橋式整流電路圖波形圖工作原理當(dāng)vi為正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)vi為負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日濾波電路濾波電路是將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，可實(shí)現(xiàn)濾波。常用濾波電路電容濾波LC濾波阻容型濾波電容器C對(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日電容濾波工作原理若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2

，是正弦形。當(dāng)v2到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，v2開始下降。此時(shí)二極管D1兩端反偏，二極管截止，電容C向負(fù)載ＲL放電。當(dāng)放電的時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，電容兩端的電壓下降較慢。當(dāng)電路處于負(fù)半周時(shí)，二極管D2的P端電壓開始上升，當(dāng)上升到大于電容兩端的電壓時(shí)，D2開始導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2再次給電容器C充電，負(fù)載兩端的電壓重新增大。當(dāng)電容兩端的電壓增大到大于變壓器付邊的電壓時(shí)，二極管D2截止，電容又開始通過負(fù)載電阻放電，重復(fù)前述的過程。第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日電容濾波當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，二極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加，見曲線2。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好；反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，電容濾波的效果好，所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述一、集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)及分類(一)集成穩(wěn)壓器的特點(diǎn)

(1)穩(wěn)壓控制環(huán)路增益高，提高了穩(wěn)壓性能

(2)可實(shí)現(xiàn)零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓，保證了輸出電壓穩(wěn)定性

(3)內(nèi)設(shè)優(yōu)良的保護(hù)電路，具有靈敏、可靠地保護(hù)功能，大大降低了電源的故障率

(4)體積小、重量輕、外圍元器件少，調(diào)整簡單，有利于電子設(shè)備的小型化、輕量化和精密化

(5)簡化了開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制電路，有利于充分發(fā)揮開關(guān)電源的優(yōu)良特性第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日(二)集成穩(wěn)壓器的分類1.按電路類型分類(1)單片IC穩(wěn)壓器(半導(dǎo)體集成穩(wěn)壓器)

把構(gòu)成穩(wěn)壓電路所需的主要元器件，包括輸出管都制作在同一IC芯片上，只要外接整流濾波及少數(shù)穩(wěn)壓所需元件便可構(gòu)成實(shí)用的穩(wěn)壓電源。

優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、體積小，便于大批量生產(chǎn)

缺點(diǎn)：難于制作精密電阻，調(diào)整元件通常需外接，需要另加整流濾波電路(2)混合集成穩(wěn)壓器采用厚膜集成工藝將橋式整流電路及單片穩(wěn)壓電路組裝在一起構(gòu)成一個(gè)完整的集成穩(wěn)壓電源。

優(yōu)點(diǎn)：可獲精密電阻，集成度高，部分調(diào)整元件不需外接，可獲大功率容量電源。第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日2.按調(diào)整元件工作狀態(tài)分類(1)連續(xù)方式穩(wěn)壓器調(diào)整元件工作于線性放大區(qū)，輸出電壓的自動(dòng)穩(wěn)壓是靠調(diào)節(jié)調(diào)整元件的導(dǎo)通程度來實(shí)現(xiàn)①串聯(lián)連續(xù)型穩(wěn)壓器：調(diào)整元件與負(fù)載相串聯(lián)。優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、穩(wěn)定性好，噪聲小、響應(yīng)速度快，控制準(zhǔn)確度高；缺點(diǎn)：負(fù)載重時(shí)，效率低，體積大②并聯(lián)連續(xù)型穩(wěn)壓器：調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)。優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、響應(yīng)速度快；缺點(diǎn)：效率更低，體積大，重量重，功率容量小。(2)開關(guān)方式穩(wěn)壓器調(diào)整元件工作于開關(guān)工作狀態(tài)，輸出電壓的自動(dòng)穩(wěn)壓是靠調(diào)節(jié)調(diào)整元件的飽和導(dǎo)通與截止的時(shí)間比值來實(shí)現(xiàn)①串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓器：調(diào)整元件與負(fù)載相串聯(lián)。優(yōu)點(diǎn)：效率高，可省去電源變壓器，體積小，重量輕，穩(wěn)壓范圍寬，保護(hù)電路安全可靠，容量大；缺點(diǎn)：響應(yīng)速度受開關(guān)頻率限制，且易產(chǎn)生噪聲干擾。②并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓器：調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)。優(yōu)缺點(diǎn)與串聯(lián)型基本相同，只是效率更高，電路較復(fù)雜。第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日二、集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)(一)特性參數(shù)1.電壓調(diào)整率2.電流調(diào)整率3.輸出阻抗4.紋波抑制比5.輸出電壓的溫度系數(shù)6.輸出噪聲電壓第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日(二)工作參數(shù)電路正常工作的范圍和保證電路正常工作的條件(極限參數(shù))1.最大輸入電壓2.輸出電壓范圍及輸出電壓偏差3.最小與最大輸入輸出電壓差4.最小與最大輸出電流5.最高結(jié)溫第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日集成穩(wěn)壓器使用時(shí)應(yīng)注意以下5點(diǎn)。①集成穩(wěn)壓器電路品種很多，從調(diào)整方式上有線性的和開關(guān)式的；從輸出方式上有固定和可調(diào)式的。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。②在接人電路之前，一定要分清引腳及其作用，避免接錯(cuò)時(shí)損壞集成塊。輸出電壓大于6v的三端集成穩(wěn)壓器的輸人、輸出端需接保護(hù)二極管，可防止輸入電壓突然降低時(shí)，輸出電容迅速放電引起三端集成穩(wěn)壓器的損壞。③為確保輸出電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)保證最小輸人輸出電壓差。如三端集成穩(wěn)壓器的最小壓差約2v，一般使用時(shí)壓差應(yīng)保持在3v以上。同時(shí)又要注意最大輸人輸出電壓差范圍不超出規(guī)定范圍。④為了擴(kuò)大輸出電流，三端集成穩(wěn)壓器允許并聯(lián)使用。⑤使用時(shí)，要焊接牢固可靠。對(duì)要求加散熱裝置的，必須加裝符合要求尺寸的散熱裝置。第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日三、集成穩(wěn)壓器中的基本電路第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓源調(diào)整管：T比較放大器：A取樣電路T電路組成第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日VI↑→VO↑→Vf↑VO1↓→→VE↓VO↓T穩(wěn)壓原理第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。調(diào)整管比較器濾波電路比較放大器取樣電路第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日開關(guān)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理輸出電壓的變化通過取樣電阻輸入到比較放大器的輸入端，通過與基準(zhǔn)電壓的比較后放大輸出。當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時(shí)，比較器輸出高電平，調(diào)整管導(dǎo)通，向電感充電；反之輸出為低電平，調(diào)整管截止，電感通過二極管D進(jìn)行放電。穩(wěn)壓過程：VI↑→VO↑→FVO↑Vf↓→→Ton↓VO↓第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日開關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出波形開關(guān)電源波形圖第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日第二節(jié)集成穩(wěn)壓器典型電路分析集成穩(wěn)壓電路主要有兩種：線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路。下面主要介紹線性穩(wěn)壓電路。第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理(1)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源的工作原理可用圖16.03來說明。

顯然，VO=VI-VR，當(dāng)VI增加時(shí)，R受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上抵消了VI增加對(duì)輸出電壓的影響。若負(fù)載電流IL增加，R受控制而減小，使VR減小，從而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對(duì)輸出電壓減小的影響。圖16.03串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖圖16.03串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日設(shè)R2的下半部分為R2”穩(wěn)壓原理可變電阻R是用一個(gè)三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當(dāng)于VR。典型電路由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源幾個(gè)部分組成。第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日

在實(shí)際電路中，可變電阻R是用一個(gè)三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當(dāng)于VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負(fù)反饋電路的模式來構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源幾個(gè)部分組成。第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日(2)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理1．輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變

輸入電壓VI的增加，必然會(huì)使輸出電壓VO有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào)Vf與基準(zhǔn)源電壓VZ比較，獲得誤差信號(hào)ΔV。誤差信號(hào)經(jīng)放大后，用VO1去控制調(diào)整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。

VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日2．負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變

負(fù)載電流IL的增加，必然會(huì)使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓VO必然有所下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào)Vf與基準(zhǔn)源電壓VREF比較，獲得的誤差信號(hào)使VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。

IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算Vf≈Vz調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日三端集成穩(wěn)壓器(1)概述

將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。它的電路符號(hào)見圖（a)，外形如圖(b)所示。

圖(a)集成穩(wěn)壓器符號(hào)要特別注意，不同型號(hào)，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。圖(b)外形圖照片第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日

(2)線性三端集成穩(wěn)壓器的分類三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種：1.三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW78--/CW78M--/CW78L--2.三端固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW79--/CW79M--/CW79L--3.三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW117--/CW117M--/CW117L-CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--4.三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW137--/CW137M--/CW137L-CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L--5.三端低壓差集成穩(wěn)壓器6.大電流三端集成穩(wěn)壓器

以上1---為軍品級(jí)；2---為工業(yè)品級(jí)；3---為民品級(jí)。

軍品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55℃～150℃；

工業(yè)品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25℃～150℃；

民品級(jí)多為塑料封裝，工作溫度范圍0℃～125℃。第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。本節(jié)主要介紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)。第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形1231端:公共端2端:輸入端3端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形123第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日注：型號(hào)后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有:5V、9V、12V、18V、24V等。三端集成穩(wěn)壓器固定式可調(diào)式正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓W79XX第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

1、輸出為固定電壓的電路應(yīng)用電路輸出為固定正壓時(shí)的接法如圖所示。注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！+_W7800系列穩(wěn)壓器基本接線圖CoW7800CIUI+_Uo1320.1~1F1μF第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日2、輸出正負(fù)電壓的電路正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UO公共端接地；78系列為固定正壓輸出，79系列為固定負(fù)壓輸出第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日COW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZUXX:為W78XX