第7章 集成稳压电源

2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院1第7章集成稳压电源7.1线性集成稳压电源7.2新型低压差集成稳压器7.3开关型稳压电源7.4新型单片开关电源2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院27.1线性集成稳压电源7.1.1线性集成稳压器的基本结构7.1.2集成稳压器的参数7.1.3集成稳压器的分类及使用注意事项7.1.4三端集成稳压器7.1.5三端可调输出稳压器2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院37.1.1线性集成稳压器的基本结构主要由基准电压、比较放大器、取样电路、调整电路、启动电路和保护电路组成。图7-1-1线性集成稳压器的基本构成2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院47.1.2集成稳压器的参数1.电压调整率SV2.电流调整率SI3.输出阻抗Z04.输出电压长期稳定性ST5.输出电压温漂SP6.纹波抑制比SRR7.最大输入电压UImax8.最小输入输出电压差（UIUo）9.输出电压Uo10.最大输出电流Io11.稳压器最大功耗PM2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院5集成稳压器使用时应注意以下5点：①集成稳压器电路品种很多，从调整方式上有线性的和开关式的；从输出方式上有固定和可调式的。因三端稳压器优点比较明显，使用操作都比较方便，选用时应优先考虑。②在接入电路之前，一定要分清引脚及其作用，避免接错时损坏集成块。输出电压大于6V的三端集成稳压器的输入、输出端需接保护二极管，可防止输入电压突然降低时，输出电容对输出端放电引起三端集成稳压器的损坏。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院6③为确保输出电压的稳定性，应保证最小输入输出压差。如三端集成稳压器的最小压差约2V，一般使用时压差应保持在3V以上。同时又要注意最大输入输出压差范围不超出规定范围。④为了扩大输出电流，三端集成稳压器允许并联使用。⑤使用时，要焊接牢固可靠。对要求加散热装置的，必须加装符合要求尺寸的散热装置。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院77.1.4三端集成稳压器1.78XX/79XX系列的特点图7-1-2三端集成稳压器的封装形式和引脚功能2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院82.典型应用电路输入电压的选择是：UmaxUIUo+2V图7-1-378XX的基本应用电路式中，UImax为产品允许的最大输入电压；Uo为输出电压；2V为最小输入输出电压差。电路中的外接二极管VD起输入短路保护作用。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院9图7-1-4采用稳压管提高输出电压电路Uo=Uoo+UZ（7-1-2）式中，Uoo为78XX系列产品输出电压，UZ为稳压二极管VDZ的稳定电压。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院10图7-1-5采用电阻升压法提高输出电压电路oo11UIRooD22o1(1)RUUIRRoo12o)(1URRUI2=I1+IDUo=Uoo+I2R2=Uoo+(I1+ID)R22020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院11图7-1-6扩大输出电流的电路Io=Io1+Ioo(7-1-6)VT1是外接扩流功率管，它能提供的输出电流为Io1，而稳压器本身输出电流为Ioo，则总的输出电流IoVT2和Rs组成限流保护电路。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院12图7-1-7提高输入电压的电路图CEIIUUU图7-1-9电阻降压法电路图7-1-8采用三极管和稳压管提高输入电压的电路UIUZUBE2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院13图7-1-10稳压器降压法电路图7-1-11恒流源电路输出电流Io=5V/R+ID式中，ID=1.5mA（采用7805）。因此，改变R可调整输出电流的大小。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院14利用CW7815和CW7915集成稳压器，可以非常方便地组成±15V输出、电流1.5A的稳压电源。仅用了一组整流电路，节约了成本。正、负对称固定输出的稳压电源2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院15正、负对称固定输出的稳压电源2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院16恒流源电路VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE1212CW7805I0.1uFQRRLRII00.33μFCUi三端集成稳压器CW7805工作于悬浮状态，接在CW7805输出端和公共端之间的电阻R决定了恒流源的输出电流I0RRVIR5QQRIRIII50流过电阻R的电流为：流过负载RL的电流为：其中IQ为集成稳压器的静态工作电流。当电阻R较小，IR较大的情况下，IQ的影响可忽略不计。可见，调节电阻R的大小，可以改变恒流源电流的大小。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院177.1.5三端可调输出稳压器1.三端可调输出稳压器的特点图7-1-12三端可调稳压器的外形与管脚配置2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院182.典型应用电路(1)一般应用电路输出电压Uo=1.25(1+RRP／R1)+IDRRP图7-1-13一般应用电路2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院19(2)固定低压输出电路图7-1-14固定低压输出电路图7-1-15加外接保护电路不加可调输出电阻网络，得到1.25V固定低压输出的电路，温度漂移很低，只由内部基准电压源的温漂决定。(3)加外接保护电路2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院20从零伏开始连续可调的稳压电源VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE1212122UiCW317DZR3-10V1KR1120R2C1C2U00.1μF0.33μF3.应用实例2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院21扩大输出电流的电路。图7-1-17采用外接PNP功率管扩大电流的实用电路2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院22恒流源电路图7-1-18恒流源电路输出电流为1A的恒流源电路输出电流可调的恒流源电路2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院23跟踪式稳压电源VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE121212122UiU01U02CW317CW317C1C2R1R2R3R42407201201k0.1μF1μF2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院24•第一级集成稳压器IC1的调整端通过电阻R2接到第二只集成稳压器IC2的输出端，这就限定了IC2集成稳压器的输入—输出电压差。该电压差为：)1(25.112O2O12RRUUUd)1(25.134O2RRU)1(25.1534O2d2O1RRUUU在图给定的参数下，Ud2=5V。第二级集成稳压器的输出电压为:故第一级集成稳压器的输出电压为可见在调节电阻R4改变第二级输出电压UO2时，第一级输出电压UO1自动跟踪UO2电压变化。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE121212122UiU01U02CW317CW317C1C2R1R2R3R42407201201k0.1μF1μF2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院257.2新型低压差集成稳压器7.2.1新型低压差78系列/MIC5156的应用1.KA78系列低压差稳压器图7-2-1KA78L05内部结构框图2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院26图7-2-3KA78R05/12典型应用电路图7-2-2KA78R05/12的内部结构框图与管脚配置2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院27图7-2-5采用MIC5156构成的电源电路图7-2-6采用MIC5158构成的电源电路2.MIC5156的应用2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院287.2.2超微功耗线性稳压器1.BAF033线性稳压器BAF033是一种超微功耗线性稳压器集成电路。由该器件组成的稳压器有以下主要特点：①超低静态电流，其典型值为1.1μA。②压差低，在输出电流Io=30mA时，压差小于0.6V。③输出精度高，最大允差为±2.5%。④输出电压温度参数低，典型值为±1×10－4(℃)－1。⑤较好的线性调整率，典型值为0.001V－1。⑥尺寸小，SOT-23封装。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院29图7-2-7BAF033内部结构图7-2-8BAF033典型应用电路2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院302.BAL029/030线性稳压控制器(1)内部结构及引脚功能图7-2-9BAL系列内部结构框图图7-2-10BAL系列应用电路(2)应用电路2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院311.TPS73系列的基本特点TPS73系列有3.3V，4.85V和5V固定电压输出，及输出为1.2～9.75V可设定输出电压等四个品种，最大输出电流可达500mA。该系列主要特点有：7.2.3单片机用低压差稳压器①输出电压精度高(20%)；②输出噪声低(2μA)；③压差低，在输出为100mA时，最大压差为35mV(TPS7350)；④静态电流小，典型值为340μA(与负载电流大小有关)；⑤有关闭电源控制端，在关闭电源状态时，耗电仅0.5μ；⑥内部有监视输出电压电路，降到门限电压时，复位端输出低电平复位信号；⑦内部有过流限制及过热保护。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院32图7-2-11TPS7350管脚排列2.封装与管脚功能3.TPS7350系列的典型应用电路图7-2-12TPS7350典型应用电路2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院33图7-2-15用电位器代替R1的电路图7-2-14TPS7301典型应用电路4.TPS7301的典型应用电路2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院347.3开关型稳压电源近20年来，集成开关电源的发展方向主要分为交流／直流（AC/DC）与直流／直流（DC/DC）两大类。AC/DC开关电源的输入电压要通用，要广泛适应世界各国电网的电压规格。例如，交流输入80～264V。而DC/DC开关电源要以电池作为后备输入电源。开关电源的发展趋势可概括为：高频化、高效率、无污染、智能化、模块化。目前，开关频率已从20kHz左右提高到几百千赫至几兆赫。与此同时，供开关电源使用的元器件也获得长足发展。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院357.3.1开关电源的基本原理和类型开关稳压电源的调整管及所有的晶体管大都工作在高频开关状态，截止期间，晶体管无电流，因此不消耗功率，而导通时，晶体管的功耗为饱和压降乘以电流，因此电路的功耗很小，效率很高，可达80%~90%。比普通线性稳压电源提高了近一倍。故开关电源SPS（SwitchingPowerSupply）被誉为高效节能型电源。2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院36开关电源的基本电路及工作波形如图7-3-1所示，其中VT为开关调整管。VD为续流二极管。电感L为储能之件，C为滤波电容，RL为负载电阻。图7-3-1开关电源基本电路及工作波形1.开关电源的基本原理2020年1月29日星期三集成电路原理及应用中国计量学院光电学院37在一个周期内，开关管导通期间电感L储存的能量等于开关管截止期间释放的能量，即开关管饱和期间通