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1Regulator分類及應用簡介李敏2007-06-222概述•REGULATOR,即電壓調節器;•一般作為降壓元件(不過也有升壓型和極性反轉型);•可分為LinearRegulator&SwitchingRegulator兩種3LinearRegulator優點:電路簡單;穩定度高;反應快;雜訊少;可耐瞬間過負載.缺點:效率差;不容易小型輕量化.4Efficiency(LinearRegulator)若以12V轉5V的LinearRegulator為例：5Example1(LinearRegulator)----78/79X00系列78/79系列的三端子電壓調節器以最廉價而且使用簡易為人所熟知.如下圖所示,因輸出電壓固定,也隱藏有過電流保護電路與熱保護電路在內,所以不用外加電路就能夠簡單使用.67Example1(LinearRegulator)----78/79X00系列的內部構成簡圖如下圖為78/79XX00系列的內部構成簡圖.電路的內部,是把V-COM間之電壓和基準電壓Vref比較,使之恆為一致地動作.縱然輸入電壓VI和輸出電流Io有所變動,輸出電壓Vo仍然可保持穩定.8Example1(LinearRegulator)----78/79X00系列的基本使用法最常使用的方法,就是如右圖所示先把交流(AC)電源降壓,再經整流電路,非穩定電源的濾波作用產生穩定的直流(DC)電源;VI-COM間的電容器主要用于降低輸入阻抗以防止電壓調節器的異常振盪;VO-COM間的電容器對負荷變動有穩定化輸出的功用.9Example1(LinearRegulator)----78/79X00系列的保護電路附加二極管作為電壓調節器反接和反偏壓保護.10Example1(LinearRegulator)----78/79X00系列的輸入電壓範圍正常工作時,輸入電壓必須比輸出電壓與Vdrop之和高,即Vdrop視不同的IC和動作條件有所差別.一般的標準是78X00為2~3V,79X00則為1~2V.一般地,電壓調節器的損失為輸入出間電壓差X輸出電流.所以,VI越在接近下限,輸入出間電壓差就越小而能夠抑制損失.117812/7805使用方法•Regulator上所消耗的功率為:Pregulator=Vdrop*Iout•一般地,Vdrop大于2.5V即可,若太大,則regulator消耗功率太多,元件會很燙;若太小(2V),則輸出電壓不穩定.127812/7805使用方法----元器件的選擇•R1的選擇:進行300dpicolorscan的時,所消耗電流最大,基本維持在290mA左右,為了保持Vdrop2.5V,等效電阻分壓就得為24V-14.5V=9.5V.R1=9.5V/290mA=32.76Ω,考慮實際情況並進行調試,R1選29Ω.實際選用兩個82Ω(3W/5%-DIP)和一個100Ω(2W/5%-DIP)並聯而成.考慮tolerance,R1min=27.62Ω,R1max=30.53Ω.R1min=27.62Ω時,Vmax=24V-27.62Ω*290mA=16V.R1max=30.53Ω時,V1min=24V-30.53Ω*290mA=15.14V137812/7805使用方法----元器件的選擇•R2的選擇:進行300dpicolorscan的時,所消耗電流最大,基本維持在250mA左右,為了保持Vdrop2.5V,等效電阻分壓就得為12V-7.5V=4.5V.R2=4.5V/250mA=18Ω.實際選用兩個33Ω(1W/5%/2512)和一個39Ω(5%/2512)並聯而成.考慮tolerance,R2min=27.62Ω,R2max=30.53Ω.R2min=17Ω時,V2max=12V-17Ω*250mA=7.75V.R2max=18.78Ω時,V2min=12V-18.78Ω*250mA=7.31V14Example2(LinearRegulator)----LM317/337系列(電壓可變型)LM317/337系列是輸出電壓可變型的三端子電壓調節器.輸出電壓可用兩只外加的電阻加以設定;同78/79XX00系列一樣,隱藏有過電流保護/熱保護/SOA保護電路在內,即使把輸出短路IC也不致損壞.1516Example2(LinearRegulator)----LM317/337系列的基本使用法LM317/337是擁有VI,VO,Adj三個端子的IC,給VI施加適當的電源,可得到恆定的輸出VO.17Example2(LinearRegulator)----LM317/337系列輸出電壓的設定方法18Example2(LinearRegulator)----LM317/337系列輸出電壓的設定方法Adjpin的電壓若以Vadj表示,則輸出Vo為所以調整Vadj可以使Vo成為任意的電壓.一般,最常見的就是輸出Vo經由電阻分壓供給Adj端子電壓.由於所以因此,只要幾顆電阻就可以簡單地設定輸出電壓.要是將Rg設為可變電阻,輸出電壓就能夠連續可變.19Example2(LinearRegulator)----LM317/337系列的保護電路穩定輸出的電容器;做反接/反偏壓保護的二極管;Adjpin與地間所接電容用于去除雜訊;散熱問題:要得到額定的輸出電流,就有必要裝上足夠大小的散熱器.20LinearRegulator----LM317/337與78/79X00電路構成之差別78/79X00有4mA~8mA(max)的靜止消耗電流從COMpin流出,這是LM317/337的Iadj的數十倍,誤差就差那麼多.這一點,就是LM317/337與78/79X00的主要差別.簡而言之,LM317/337可以說是把78/79X00的COM電流減小的IC.21Example3(LinearRegulator)----低DropOut型電壓調節器低DropOut型電壓調節器的Vdrop比一般的regulator小.所以能夠在輸入出間的電壓差偏小的情況下使用,大輸出時也能夠抑制散熱.22Example3(LinearRegulator)----使用低DropOut型之目的1.Vdrop越小的regulator其輸入電壓範圍的下限就越小.尤其是,電源電壓變動大時,Vdrop越小,對於變動的容許範圍就越能夠擴大.23Example3(LinearRegulator)----使用低DropOut型之目的2.輸入出間的電壓差越小不但regulator的損失越小而能夠抑制發熱,而且為獲得相同輸出電流,小型散熱器便可.反之只要使用相同的散熱器,就能夠獲得大的輸出電流.24Example3(LinearRegulator)----使用低DropOut型之目的25就低DropOut型Regulator而言,具有代表性的就是輸出上使用PNP型電晶體.除此之外,尚有NPN電晶體輸出,CMOSRegulator,MOS與Bipolar電晶體組合而成這幾種.2627Example4(LinearRegulator)----CMOS三端子電壓調節器內部控制電路由CMOS類比電路構成282930Example5(LinearRegulator)----AC直結型串列式電壓調節器(HIP5600)•輸入電壓高達400V;•直接輸入AC電源可作AC-DC變換器使用;•外加零件少,使用簡便.313233SwitchingRegulator缺點:電路複雜;容易產生雜訊;反應慢.優點:效率高;散熱問題較小;小型輕量.34SwitchingRegulator----概述•斬波(Chopper)方式,輸入電壓直接由電晶體轉換成輸出電壓;•輸出電壓經電感和電容加以濾波,再度變換成直流;•可分為降壓型,升壓型和極性反轉型三種.35SwitchingRegulator----降壓型36SwitchingRegulator----升壓型37SwitchingRegulator----極性反轉型38SwitchingRegulator的操作原理開關關閉，L開始充電L的功用為讓電流不會有瞬間的變化C的功用為穩定電壓(Vout)39SwitchingRegulator操作原理(續)開關打開，L開始放電此時電壓反轉，電流改變量為負值，電流越來越小，但電流仍向右流D的功用為提供電流的流動方向40SwitchingRegulator操作原理(續)41SwitchingRegulator操作原理(續)•DutyCycle42SwitchingRegulator操作原理(續)當LOADING變大時，為了穩定電壓，Feedback會致使DutyCycle改變此時ton變長、toff變短，待達到新的負載線後，電壓又恢復穩定當LOADING變小則情況相反43SwitchingRegulator操作原理(續)實際上電流(電壓)的穩定是由電容與電感的充放電來達成44L的選擇L的功用為讓電流不會有瞬間的變化L不能選太小，否則會有Discontinuous的情況發生45C的選擇•C的功用為穩定電壓(Vout)•C的選擇需注意到容值是否夠大、能否耐壓等問題•C的ESR(EquivalentSeriesResistance，等效串聯電阻)會導致電壓突然改變，因此要選擇ESR較小的C46D的選擇•D的功用為在開關打開時提供電流的流動方向•在開關打開時，VD變為Unknown，D能將VD變為-0.7V•D的切換速度不能太慢，Schottky可滿足此需求47Efficiency(SwitchingRegulator)•SwitchingRegulator的輸入訊號幾乎全部用來轉換成輸出訊號，因此效率可達70%~80%•SwitchingRegulator的缺點是輸出電壓會有波動，這是由於電容的ESR所造成的