模拟电路103节

1、10.3开关型稳压电路开关型稳压电路1. 开关型稳压电路的特点开关型稳压电路的特点效率高。开关型稳压电路中的调整管工作在开关效率高。开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态，通过改变调整管导通时间实现稳压。由于调状态，通过改变调整管导通时间实现稳压。由于调整管主要工作在截止和饱和两种状态，管耗很小，整管主要工作在截止和饱和两种状态，管耗很小，开关型稳压电路效率较高，可达开关型稳压电路效率较高，可达8090%。体积小重量轻。大多数开关型稳压电路不使用体积小重量轻。大多数开关型稳压电路不使用50Hz工频变压器，而且开关频率在几十几百千赫，工频变压器，而且开关频率在几十几百千赫，使滤波电感和电容的容量

2、减小；因调整管的功耗小，使滤波电感和电容的容量减小；因调整管的功耗小，散热器也随之减小。散热器也随之减小。10.3.1开关型稳压电路的特点和类型开关型稳压电路的特点和类型1、开关型稳压电路的特点、开关型稳压电路的特点对输入直流电压要求不高。由于开关型稳压电路对输入直流电压要求不高。由于开关型稳压电路的输出电压与调整管高通与截止时间的比例有关，的输出电压与调整管高通与截止时间的比例有关，而输入直流电压的幅度变化对其影响很小。而输入直流电压的幅度变化对其影响很小。调整管的控制电路复杂。为了使调整管工作在开调整管的控制电路复杂。为了使调整管工作在开关状态，需要增加复杂的控制电路。关状态，需要增加复杂

3、的控制电路。输出电压中纹波和噪声较大。因调整管工作在开输出电压中纹波和噪声较大。因调整管工作在开关状态，将产生尖峰干扰和谐波信号，虽然经过关状态，将产生尖峰干扰和谐波信号，虽然经过整流滤波，输出电压中的纹波和噪声仍比线性稳整流滤波，输出电压中的纹波和噪声仍比线性稳压电路大。压电路大。10.3.1开关型稳压电路的特点和类型开关型稳压电路的特点和类型10.3.1开关型稳压电路的特点和类型开关型稳压电路的特点和类型2、开关型稳压电路的分类、开关型稳压电路的分类开关型稳压电路种类很多，可以按不同方式来分类。开关型稳压电路种类很多，可以按不同方式来分类。按调整管与负载连接方式可分为串联型和并联型。在串联

4、按调整管与负载连接方式可分为串联型和并联型。在串联开关型稳压电路中，调整管与负载串联，输出电压总开关型稳压电路中，调整管与负载串联，输出电压总是小于输入电压，故称为降压型稳压电路。在并联开是小于输入电压，故称为降压型稳压电路。在并联开关型稳压电路中，调整管与负载并联，具有升压功能，关型稳压电路中，调整管与负载并联，具有升压功能，故称为升压型稳压电路。按稳压的控制方式可分为脉故称为升压型稳压电路。按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制冲宽度调制(Pulse Width Modulated，PWM)、脉冲频、脉冲频率调制型率调制型(Pulse Frequency Modulated, PFM)和混合调

5、和混合调制，其中脉冲宽度调制制，其中脉冲宽度调制PWM用得较多。按调整管是否用得较多。按调整管是否参与振荡可分为自激式和他激式。按所用开关管的种参与振荡可分为自激式和他激式。按所用开关管的种类分双极性三极管、类分双极性三极管、MOS场效应管和晶闸管等。场效应管和晶闸管等。1. 串联开关型稳压电路：串联开关型稳压电路：串联开关型稳压电路，调整管与负载是串联的，因此输串联开关型稳压电路，调整管与负载是串联的，因此输出电压小于输入电压，也称为降压式变换器出电压小于输入电压，也称为降压式变换器(Step-Down Regulator)，或者，或者Buck变换器变换器(Buck Regulator)。在

6、图。在图10-13中，中，VT为调整管为调整管(也称开关管也称开关管)，VD为续流二极管，为续流二极管，L、C构成滤波器。当构成滤波器。当uB为高电平时，调整管为高电平时，调整管VT饱和导通，饱和导通，输入电压输入电压UI经滤波电感经滤波电感L加在滤波电容加在滤波电容C和负载和负载RL两端；两端；在此期间，在此期间，iL增大，增大，L和和C储能，续流二极管储能，续流二极管VD反偏截反偏截止。当止。当uB为低电平时，调整管为低电平时，调整管VT由导通变为截止，电由导通变为截止，电感电流感电流iL不能突变，不能突变，iL经经RL和续流二极管和续流二极管VD衰减而释衰减而释放能量，此时放能量，此时C

7、也向也向RL放电，因此放电，因此RL两端仍能获得连续两端仍能获得连续的输出电压。的输出电压。10.3.2开关型稳压电路的工作原理开关型稳压电路的工作原理 调整管调整管VT驱动电压驱动电压uB一般为一般为PWM(Pulse Width Modulation, 脉宽调制脉宽调制)信号，周期为信号，周期为T，频率为，频率为f=1/T，导通时间为，导通时间为ton，截止时间为，截止时间为toff，则周期，则周期T=ton+toff，占空比，占空比q= ton/T。通常。通常PWM信号频率信号频率f在在20kHz以上，频率越高，所用的储能元件以上，频率越高，所用的储能元件L、C的值越小，稳压电源的尺寸和

8、重量将会减小，成的值越小，稳压电源的尺寸和重量将会减小，成本降低；但是频率增加将使开关管在单位时间内本降低；但是频率增加将使开关管在单位时间内转换次数增加。转换次数增加。10.3.2开关型稳压电路的工作原理开关型稳压电路的工作原理1. 串联开关型稳压电路：串联开关型稳压电路：0U t( U)ttI onVD offonUUqUIITT 由此可见，如果由此可见，如果UI值不变，通过调节占空比值不变，通过调节占空比q即即可调节输出电压可调节输出电压U0。10.3.2开关型稳压电路的工作原理开关型稳压电路的工作原理1. 串联开关型稳压电路：串联开关型稳压电路： 若保持控制信号的脉宽不变，只改变信号的

9、周若保持控制信号的脉宽不变，只改变信号的周期期T，同样也能使输出电压，同样也能使输出电压U0发生变化，这就是脉发生变化，这就是脉冲频率调制型冲频率调制型(PFM)开关稳压电路；若同时改变导通开关稳压电路；若同时改变导通时间时间ton和周期和周期T，称为混合调制型开关稳压电路。，称为混合调制型开关稳压电路。图10-13 串联开关型稳压电源原理框图10.3.2开关型稳压电路的工作原理开关型稳压电路的工作原理2. 并联开关型稳压电路：并联开关型稳压电路： 并联开关型稳压电路，调整管与负载是并联的，因并联开关型稳压电路，调整管与负载是并联的，因此输出电压大于输入电压，也称为升压式变换器此输出电压大于输

10、入电压，也称为升压式变换器(Step-Up Regulator)，或者或者Boost变换器变换器(Boost Regulator)。在图。在图10-15中中，VT为调整管为调整管(也称开关管也称开关管)，VD为续流二极管，为续流二极管，L、C构成滤波器。当构成滤波器。当uB为高电平为高电平时，调整管时，调整管VT饱和导通，使二极管饱和导通，使二极管VD反偏而截止，反偏而截止，输入电压输入电压UI经电感经电感L和调整管和调整管VT形成回路，通过电感形成回路，通过电感L中的电流中的电流iL在电感中储能；同时电容在电感中储能；同时电容C对负载放电，对负载放电，供给负载供给负载RL电流。当电流。当uB

11、为低电平时，调整管为低电平时，调整管VT截止，截止，由于电感电流由于电感电流iL不能突变而产生反极性的自感电动势，不能突变而产生反极性的自感电动势，使二极管使二极管VD导通，电感电流导通，电感电流iL经续流二极管经续流二极管VD向电向电容容C充电，同时给负载充电，同时给负载RL供电。因此，在输出端能获供电。因此，在输出端能获得平稳的直流输出电压。得平稳的直流输出电压。10.3.2开关型稳压电路的工作原理开关型稳压电路的工作原理2. 并联开关型稳压电路：并联开关型稳压电路： 图图10-16给出了开关管电压给出了开关管电压uB、开关管电流、开关管电流iVT、二极管电流二极管电流iVD、电感电流、电

12、感电流iL的波形。开关管的波形。开关管VT导通导通时间越长，向电感时间越长，向电感L储能越多，当开关管截止时，储能越多，当开关管截止时，L向负载释放的能量越多，输出电压越大。可以证明，向负载释放的能量越多，输出电压越大。可以证明，并联开关型稳压电路的输出电压平均值为并联开关型稳压电路的输出电压平均值为11oIUUq式中，调整管式中，调整管VT驱动电压驱动电压uB信号周期为信号周期为T，导通时，导通时间为间为ton，截止时间为，截止时间为toff，则周期，则周期T=ton+toff，占空，占空比比q= ton/T。由于占空比由于占空比q总是小于总是小于1，则，则UO总是大于总是大于UI。10.3

13、.2开关型稳压电路的工作原理开关型稳压电路的工作原理2. 并联开关型稳压电路：并联开关型稳压电路：图10-15并联开关型稳压电源原理框图图10-16 Boost变换器的工作波形10.3.3 集成开关稳压器集成开关稳压器 目前，开关稳压电源所用的集成电路分为两类，一类目前，开关稳压电源所用的集成电路分为两类，一类是将脉冲产生、脉宽调制等控制电路集成在一个芯片上，是将脉冲产生、脉宽调制等控制电路集成在一个芯片上，称为开关稳压控制器，一般需要外接开关功率调整管和快称为开关稳压控制器，一般需要外接开关功率调整管和快速恢复功率二极管，主要用于自行设计制作的电路复杂、速恢复功率二极管，主要用于自行设计制作

14、的电路复杂、功能齐全的大型开关稳压电路系统；例如，功能齐全的大型开关稳压电路系统；例如，UC3846、UC3907等。另一类是将脉冲产生、脉宽调制、调整管等集等。另一类是将脉冲产生、脉宽调制、调整管等集成在一个芯片上，用户只需外接二极管、电感、电容和电成在一个芯片上，用户只需外接二极管、电感、电容和电阻就可以构成开关稳压电源，称为开关稳压器。开关稳压阻就可以构成开关稳压电源，称为开关稳压器。开关稳压器种类很多，有串联型器种类很多，有串联型(降压型降压型)开关稳压器、并联型开关稳压器、并联型(升压升压型型)开关稳压器、输出电压极性倒换型等。在降压型稳压器开关稳压器、输出电压极性倒换型等。在降压型

15、稳压器中，常用的有中，常用的有LM2575(输出电流输出电流1A，工作频率，工作频率52kHz)、LM2576(输出电流输出电流3A，工作频率，工作频率52kHz)、LM2596(输出电输出电流流3A，工作频率工作频率150kHz)等。等。10.3.3 集成开关稳压器集成开关稳压器 在升压型稳压器中，常用的有在升压型稳压器中，常用的有LM2577(输出电流3A，工作频率工作频率52kHz)、LT1110(输出电流1A，工作频率70kHz)、LM3478(输出电流1A，可调频率可调频率100kHz1MHz)等。输出电压极性倒换型常用的有等。输出电压极性倒换型常用的有ICL7660(输输入电压入电

16、压1.5V10V，输出电压输出电压-1.5V-10V)、MAX764(输出电压输出电压-5V)、MAX765(输出电压输出电压-12V)、MAX766(输出电压输出电压-15V)。下面介绍几种常用的开关。下面介绍几种常用的开关稳压器。稳压器。10.3.3 集成开关稳压器集成开关稳压器1. LM2576 Buck变换器及应用变换器及应用 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的系列是美国国家半导体公司生产的3A电电流输出降压开关型集成稳压电路，也称流输出降压开关型集成稳压电路，也称Buck变换器。变换器。它内含固定频率振荡器它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准电压和基准电压(1.23V)，

17、并具有完善的保护电路，有电流限制、热关断电路等，并具有完善的保护电路，有电流限制、热关断电路等，如图如图10-17所示，所示，LM2576只需极少的外围器件便可构只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。成高效稳压电路。LM2576系列包括系列包括LM2576和和LM2576HV二个系列，其中二个系列，其中LM2576最高输入电压是最高输入电压是40V，LM2576HV最高输入电压是最高输入电压是60V。各系列产品各系列产品均提供有均提供有3.3V、5V、12V、15V及可调及可调(ADJ)等多个电等多个电压档次产品。压档次产品。10.3.3 集成开关稳压器集成开关稳压器1. LM2576 Bu

18、ck变换器及应用变换器及应用LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性是：系列开关稳压集成电路的主要特性是：最大输出电流：最大输出电流：3A；最高输入电压：最高输入电压：LM2576为为40V，LM2576HV为为60V；输出电压：输出电压：3.3V、5V、12V、15V和ADJ(可调可调)等可可选；选；振荡频率：振荡频率：52kHz；转换效率：转换效率：7588 (不同电压输出时的效率不不同电压输出时的效率不同同)；控制方式：控制方式：PWM；工作温度范围：工作温度范围：-40C+125C；封装形式：封装形式：TO-220(图10-18)或TO-263。10.3.3 集成开关稳压器集成开关稳

19、压器图10-17 LM2576内部框图和5V固定输出应用图10-18 TO-220封装的LM2576引脚图10.3.3 集成开关稳压器集成开关稳压器 LM2576的的5V固定输出应用电路如图固定输出应用电路如图10-17所示，所示，其中其中IN5822是开关特性好的肖特基二极管。可调输是开关特性好的肖特基二极管。可调输出应用电路如图出应用电路如图10-19所示，要求输入电压高于输出所示，要求输入电压高于输出电压。输出电压与取样电阻之间的关系如下：电压。输出电压与取样电阻之间的关系如下：121.23 (1)ORUR图10-19 LM2576可调输出电路10.3.3 集成开关稳压器集成开关稳压器2. LM2577 Boost变换器及应用变换器及应用 LM2577系列是美国国家半导体公司生产的系列是美国国家半导体公司生产的3A电电流输出升压开关型集成稳压电路，也称流输出升压开关型集成稳压电路，也称Boost变换器。变换器。它内含固定