第七章集成稳压器

1、第七章 集成稳压器 第一节 概述 第二节 集成稳压器典型电路分析 第三节 集成稳压器的应用 第四节 开关稳压电源工作原理 第五节 集成开关稳压器及其应用直流稳压电源直流稳压电源是能为负载提供稳定直流电源的电子装置。直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。 稳压器为稳压电源的核心部件。集成稳压器集成稳压器又叫集成稳压电路，将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压的集成电路， 用分立元件组成的稳压电源，固有输出功率大，适应性较广的优点，但因体积大焊点多可靠性差而使其应用范围受到限制，近年来，集成稳压电源已得到广泛应用，其中小功率的

2、稳压电源以三端式串联型稳压器应用最为普遍。 稳压电源的组成稳压电源的组成组成组成由由变压变压、整流整流、滤波滤波和和稳压稳压四部分组成。四部分组成。变压电路变压电路是将输入电压进行降压是将输入电压进行降压整流电路整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。滤波电路滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。增加直流成分。稳压电路稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。直流电压。220V整流电路整流电路整流电路整流

3、电路是将工频交流电转变为具有直流电成分的脉动是将工频交流电转变为具有直流电成分的脉动直流电。由于二极管具有单向导电性，故利用二极管可直流电。由于二极管具有单向导电性，故利用二极管可进行整流。进行整流。(c)(c)桥式整流桥式整流 (a)(a)半波整流半波整流(b)(b)全波整流全波整流常用整流电路常用整流电路半波整流半波整流电路图电路图波形图波形图缺点：输出电压波动太大缺点：输出电压波动太大优点：电路简单优点：电路简单二极管二极管D导通导通二极管二极管D截止截止全波整流全波整流电路图电路图波形图波形图优点：输出电压波动减小优点：输出电压波动减小缺点：变压器绕线太多缺点：变压器绕线太多二极管二极

4、管D1导通导通二极管二极管D2导通导通桥式整流桥式整流电路图电路图波形图波形图工工作作原原理理当当vi为正半周时，二极管为正半周时，二极管D1、D3导通，在负导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。载电阻上得到正弦波的正半周。当当vi为负半周时，二极管为负半周时，二极管D2、D4导通，在负导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。载电阻上得到正弦波的正半周。滤波电路滤波电路123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:11-Jul-2003Sheet of File:E:longT_MDT_MD71203.schDrawn By:(c)CC2(a)

5、1C(b)RCL滤波电路滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。成分，增加直流成分。利用电抗性元件对交、直流阻利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，可抗的不同，可实现滤波。实现滤波。常用滤波电路常用滤波电路电容滤波电容滤波LC滤波滤波阻容阻容 型滤波型滤波电容器电容器C C对直流开路，对对直流开路，对交流阻抗小，所以交流阻抗小，所以C C应该应该并联在负载两端并联在负载两端。电感器电感器L对直流阻抗小，对交流对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此阻抗大，因此L 应与负载串联。应与负载串联。电容滤波电容滤波工作原理工作原理若电路处于正半周，

6、二极管若电路处于正半周，二极管D D1 1、D D3 3导通，变压器次端电压导通，变压器次端电压v v2 2给电容器给电容器C C充电。此时充电。此时C C相当于并联在相当于并联在v v2 2上，所以输出波形上，所以输出波形同同v v2 2 ，是正弦形。，是正弦形。当当v v2 2到达最高点时，到达最高点时，v v2 2开始下降。此时二极管开始下降。此时二极管D1D1两端反两端反偏，二极管截止，电容偏，二极管截止，电容C C向负载向负载L L放电。当放电的时间放电。当放电的时间常数较大时，电容两端的电压下降较慢。常数较大时，电容两端的电压下降较慢。当电路处于负半周时，二极管当电路处于负半周时，

7、二极管D D2 2的的P P端电压开始上升，当端电压开始上升，当上升到大于电容两端的电压时，上升到大于电容两端的电压时，D D2 2开始导通，变压器次端开始导通，变压器次端电压电压v v2 2再次给电容器再次给电容器C C充电，负载两端的电压重新增大。充电，负载两端的电压重新增大。当电容两端的电压增大到大于变压器付边的电压时，二当电容两端的电压增大到大于变压器付边的电压时，二极管极管D2截止，电容又开始通过负载电阻放电，重复前述截止，电容又开始通过负载电阻放电，重复前述的过程。的过程。电容滤波电容滤波当放电时间常数当放电时间常数RLC增加时，增加时，二极管关断时间加长，导通二极管关断时间加长，

8、导通角减小，见曲线角减小，见曲线3；反之，；反之，RLC减少时，导通角增加，减少时，导通角增加，见曲线见曲线2。显然，当。显然，当L很小，很小，即即IL很大时，电容滤波的效很大时，电容滤波的效果不好；反之，当果不好；反之，当L很大，很大，即即IL很小时，电容滤波的效很小时，电容滤波的效果好，所以果好，所以电容滤波适合输电容滤波适合输出电流较小的场合出电流较小的场合。第一节 概述一、集成稳压器的特点及分类(一)集成稳压器的特点 (1)稳压控制环路增益高，提高了稳压性能 (2)可实现零温度系数的基准电压，保证了输出电压稳定性 (3)内设优良的保护电路，具有灵敏、可靠地保护功能，大大降低了电源的故障

9、率 (4)体积小、重量轻、外围元器件少，调整简单，有利于电子设备的小型化、轻量化和精密化 (5)简化了开关电源的稳压控制电路，有利于充分发挥开关电源的优良特性(二)集成稳压器的分类1.按电路类型分类(1)单片单片IC稳压器稳压器(半导体集成稳压器) 把构成稳压电路所需的主要元器件，包括输出管都制作在同一IC芯片上，只要外接整流滤波及少数稳压所需元件便可构成实用的稳压电源。 优点：电路简单、体积小，便于大批量生产 缺点：难于制作精密电阻，调整元件通常需外接，需要另加整流滤波电路(2)混合集成稳压器混合集成稳压器 采用厚膜集成工艺将桥式整流电路及单片稳压电路组装在一起构成一个完整的集成稳压电源。

10、优点：可获精密电阻，集成度高，部分调整元件不需外接，可获大功率容量电源。2.按调整元件工作状态分类(1)连续方式稳压器连续方式稳压器 调整元件工作于线性放大区，输出电压的自动稳压是靠调节调整元件的导通程度来实现串联连续型稳压器串联连续型稳压器：调整元件与负载相串联。优点：电路简单、稳定性好，噪声小、响应速度快，控制准确度高；缺点：负载重时，效率低，体积大并联连续型稳压器并联连续型稳压器：调整元件与负载并联。优点：电路简单、响应速度快；缺点：效率更低，体积大，重量重，功率容量小。(2)开关方式稳压器开关方式稳压器 调整元件工作于开关工作状态，输出电压的自动稳压是靠调节调整元件的饱和导通与截止的时

11、间比值来实现串联开关型稳压器串联开关型稳压器：调整元件与负载相串联。优点：效率高，可省去电源变压器，体积小，重量轻，稳压范围宽，保护电路安全可靠，容量大；缺点：响应速度受开关频率限制，且易产生噪声干扰。并联开关型稳压器并联开关型稳压器：调整元件与负载并联。优缺点与串联型基本相同，只是效率更高，电路较复杂。二、集成稳压器的主要参数(一)特性参数1.电压调整率2.电流调整率3.输出阻抗4.纹波抑制比5.输出电压的温度系数6.输出噪声电压(二)工作参数电路正常工作的范围和保证电路正常工作的条件(极限参数)1.最大输入电压2.输出电压范围及输出电压偏差3.最小与最大输入输出电压差4.最小与最大输出电流

12、5.最高结温集成稳压器使用时应注意以下5点。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。在接人电路之前，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 人、输出端需接保护二极管，可防止输入电压突然降低时，输出电容迅速放电引起三端集成稳压器的损坏。为确保输出电压的稳定性，应保证最小输人输出电压差。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人输出电压差范围不超出规定范围。为了扩大输出电流，三端集成稳压器允许并联使用

13、。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。三、集成稳压器中的基本电路稳压电路稳压电路串串联联反反馈馈型型稳稳压压电电路路基准电压源基准电压源调整管：调整管：T比较放大器：比较放大器：A取样电路取样电路T电路组成电路组成VI VO VfVO1 VE VOT稳压原理稳压原理开关型稳压电路开关型稳压电路开关型稳压电路由调整管、滤波电路、比较器、三开关型稳压电路由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。调整管调整管比较器比较器滤波电路滤波电路比较放大器比较放大器取样电路取样电路开关型稳压电路的稳

14、压原理开关型稳压电路的稳压原理输出电压的变化通过取样电阻输入到比较放大器的输入端，通输出电压的变化通过取样电阻输入到比较放大器的输入端，通过与基准电压的比较后放大输出。当三角波的幅度小于比较放过与基准电压的比较后放大输出。当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，调整管导通，向电感充电；大器的输出时，比较器输出高电平，调整管导通，向电感充电；反之输出为低电平，调整管截止，电感通过二极管反之输出为低电平，调整管截止，电感通过二极管D D进行放电。进行放电。稳压过程：稳压过程：VI VO FVOVf Ton VO开关型稳压电路的输出波形开关型稳压电路的输出波形开关电源波形图开关电源波

15、形图第二节第二节 集成稳压器典型电路分析集成稳压器典型电路分析集成稳压电路主要有两种：线性稳压电路和开关稳压电路。集成稳压电路主要有两种：线性稳压电路和开关稳压电路。下面主要介绍线性稳压电路。下面主要介绍线性稳压电路。线性串联型稳压电路的工作原理线性串联型稳压电路的工作原理(1) (1) 线性串联型稳压电源的构成线性串联型稳压电源的构成线性串联稳压电源的工作原理可用图线性串联稳压电源的工作原理可用图16.0316.03来说明。来说明。 显然，显然，V VO O = =V VI I- -V VR R，当，当V VI I增加时，增加时，R R 受控制而增加，受控制而增加，使使V VR R增加，从而

16、在一定程度增加，从而在一定程度上抵消了上抵消了V VI I增加对输出电压增加对输出电压的影响。若负载电流的影响。若负载电流I IL L增加，增加，R R受控制而减小，使受控制而减小，使V VR R减小，减小，从而在一定程度上抵消了因从而在一定程度上抵消了因I IL L增加，使增加，使V VI I减小，对输出减小，对输出电压减小的影响。电压减小的影响。 图图16.03 16.03 串联稳压电源串联稳压电源 示意图示意图 图图16.03 16.03 串联稳压电源串联稳压电源 示意图示意图2CR1T2TRZV1R2R3RLRIVOV设设R R2 2的下半部分为的下半部分为R R2 2”)()(223

17、32123321BEZOBEZOVVRRRRRVVVRRRRV)(223321BEZOVVRRRRRV稳压原理稳压原理OV2BEV2CI2CV1BEV1CEVOV可变电阻可变电阻R R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降控制了三极管的管压降V VCECE，V VCECE相当于相当于V VR R。典型电路由。典型电路由调整管、调整管、放大环节、比较环节、基准电压源放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。几个部分组成。 在实际电路中，可变电阻在实际电路中，可变电阻R R是用一个三极管来替代是用一个三极管来替代的，控制基极电

18、位，从而就控制了三极管的管压降的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降V VCECE，V VCECE相当于相当于V VR R。要想输出电压稳定，必须按电压。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路由串联型稳压电路由调整管、放大环节、比较环节、调整管、放大环节、比较环节、基准电压源基准电压源几个部分组成。几个部分组成。1R2R3RLROVZVIV+ +- -R1OVfV(2) (2) 线性串联型稳线性串联型稳压电源的工作原理压电源的工作原理1 1输入电压变化，输入电压变化，负载电流保持不变负载电流保持不

19、变 输入电压输入电压V VI I的增加，必然会使输出电压的增加，必然会使输出电压V VO O有所增有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号加，输出电压经过取样电路取出一部分信号V Vf f与基准与基准源电压源电压V VZ Z比较，获得误差信号比较，获得误差信号V V。误差信号经放大。误差信号经放大后，用后，用V VO1O1去控制调整管的管压降去控制调整管的管压降V VCECE增加，从而抵消增加，从而抵消输入电压增加的影响。输入电压增加的影响。 V VI IV VO OV Vf fV VO1O1V VCECEV VO O1R2R3RLROVZVIV+ +- -R1OVfV2 2负载电流变化，

20、输入电压保持不变负载电流变化，输入电压保持不变 负载电流负载电流I IL L的增加，必然会使输入电压的增加，必然会使输入电压V VI I有所减小，有所减小，输出电压输出电压V VO O必然有所下降，经过取样电路取出一部分信必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号号V Vf f与基准源电压与基准源电压V VREFREF比较，获得的误差信号使比较，获得的误差信号使V VO1O1增加，增加，从而使调整管的管压降从而使调整管的管压降V VCECE下降，从而抵消因下降，从而抵消因I IL L增加，使增加，使输入电压减小的影响。输入电压减小的影响。 I IL LV VI IV VO OV Vf fV VO

21、1O1V VCECEV VO O3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算VfVzZ23321O)(VRRRRRV调节调节R R2 2显然可以改变输出电压。显然可以改变输出电压。1R2R3RLROVZVIV+ +- -R1OVfV 三端集成稳压器三端集成稳压器(1)(1)概述概述 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。稳压器。它的电路符号

22、见图（它的电路符号见图（a)a)，外形如图，外形如图(b)(b)所示。所示。 图图(a) (a) 集成稳压器符号集成稳压器符号要特别注意，不同型号，要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。同的，要查手册确定。图图(b)(b)外形图外形图 照片 (2) (2) 线性三端集成稳压器的分类线性三端集成稳压器的分类三端集成稳压器有如下几种：三端集成稳压器有如下几种：1 1. .三端固定正输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW78-/CW78M-/CW78L-CW78-/CW78M-/CW

23、78L-2.2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW79-/CW79M-/CW79L-CW79-/CW79M-/CW79L-3.3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CWCW1 117-/CW17-/CW1 117M-/CW17M-/CW1 117L- 17L- CWCW2 217-/CW17-/CW2 217M-/CW17M-/CW2 217L- 17L- CWCW3 317-/CW17-/CW3 317M-/CW17M-/CW3 317L-17L-4.4.三端可调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器，国标型号国标

24、型号为为CWCW1 137-/CW37-/CW1 137M-/CW37M-/CW1 137L- 37L- CWCW2 237-/CW37-/CW2 237M-CW37M-CW2 237L- 37L- CWCW3 337-/CW37-/CW3 337M-/CW37M-/CW3 337L-37L-5.5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6. 6. 大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 以上以上1 1-为军品级为军品级；2 2-为工业品级为工业品级；3 3-为民品级为民品级。 军品级军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55-55150150； 工业

25、品级工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25-25150150； 民品级民品级多为塑料封装，工作温度范围多为塑料封装，工作温度范围00125125。随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。成稳压器。本节主要介绍常用的本节主要介绍常用的W7800

26、系列系列三端集成稳压三端集成稳压器，其内部也是器，其内部也是串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。环节。1端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端3端端: 输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1231端端: 公共端公共端2端端: 输入端输入端3端端: 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形123注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、9V、12V 、18V、 24V等等 。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XX 1、输出为固定电压的电路、输出为固定电压的电路应用电路应用电路输出为固定正压时的接法如图所示输出为固定正压时的接法如图所示。注意：注意：输入与输出端之间的电压不得低于输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW7800CIUI+_Uo1320.11 F1F2 、输出正负电压的电路、输