第7章集成稳压电源

06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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Z0

4.输出电压长期稳定性ST

5.输出电压温漂SP

6.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PM

06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院6

③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。

06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院82.典型应用电路输入电压的选择是：Umax>UI>Uo+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。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院10图7-1-5采用电阻升压法提高输出电压电路I2=I1+IDUo=Uoo+I2R2=Uoo+(I1+ID)R206二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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Io

VT2和Rs组成限流保护电路。

06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院12图7-1-7提高输入电压的电路图

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-UBE06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院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。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院147.1.5三端可调输出稳压器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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院152.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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院16(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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院173.应用实例①从零起调的实用稳压电源。

图7-1-16从零起调的实用稳压电源06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院18②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

06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院19③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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院207.2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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院21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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院22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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院237.2.2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。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院24图7-2-7BAF033内部结构图7-2-8BAF033典型应用电路

06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院252.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7.2.3单片机用低压差稳压器06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院26①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。1.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：06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院27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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院28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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院297.3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。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院307.3.1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。

06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院31

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06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院32

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过电感电流的增量ΔIL1与开关管截止期间电感电流的减少量ΔIL2相等时，电路达到动态平衡，获得一个稳定输出Uo。根据稳定条件ΔIL1=ΔIL2可得：

（Ui－Uo）T1／L=UoT2／L

（7-3-2）即：

Uo=UIT1／(T1＋T2)=(T1／T)Ui，

=T1／T（7-3-3）由式（7-3-3）可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空系数来调整开关电源的输出电压Uo。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院33图7-3-2开关电源的基本组成方框①串联型。图示的开关电源基本形式即是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载RL串联。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院342.开关电源电路的基本类型(1)串联型、并联型和变压器耦合(并联)型开关电源06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院35图7-3-3并联型开关电源基本电路

②并联型。并联型开关稳压电源基本电路如图7-3-3所示，其工作波形与串联电路基本相同。因开关管VT与负载RL并联而称之为并联型。此外二极管VD通常称之为脉冲整流管，C为滤波电容。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院36图7-3-4变压器耦合型开关电源基本电路06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院37

(2)自激式和他激式开关电源

(3)脉冲宽度调制式和脉冲频率调制式开关稳压电源

脉冲宽度控制（调宽）式开关电源稳压电路在通过改变开关脉冲宽度（控制开关管导通时间）来稳定输出电压的过程中，开关管的工作频率不改变。

脉冲频率控制（调频）式开关电源在稳压控制过程中，改变开关脉冲的占空比的同时，开关管的工作频率也随着发生变化，故称之为调频—调宽式稳压电源。

自激式不需专设振荡电路，用开关调整管兼做振荡管，只需设置正反馈电路使电路起振工作，因而电路比较简单。他激式开关电源。需专设振荡器和启动电路，电路结构比较复杂。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院38图7-3-5两种控制方式的调制波形06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院39(4)混合调制方式(5)

开关管的典型工作方式按开关管的连接和工作方式分类，开关稳压电源可分为单端式，推挽式，半桥式和全桥式四种。单端式仅用了一个开关晶体管，推挽式或半桥式采用两个开关晶体管，全桥式则采用四个开关晶体管。

目前彩色电视机、显示器、打印机、传真机等开关稳压电源常采用单端式，而微机开关电源均采用半桥式。

脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变。属于PWM和PFM的混合方式。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院407.3.2脉宽调制式开关电源原理图7-3-6脉宽调制式开关电源的基本原理图06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院417.3.3笔记本电脑中的开关稳压电源1.MAX786的性能特点2.MAX786的工作原理

笔记本电脑是由低压（通常为3.3V，少数为3.45V或3.6V）、微功耗、小型化超大规模集成电路和表面安装元件（SMC）构成的，被誉为“绿色”（节能型）计算机。下面介绍MAXIM公司生产的MAX786型双路输出电源控制器，可作为3.3V标准型笔记本电脑的开关式稳压电源。(1)管脚排列图7-3-7MAX786

管脚排列06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院42(2)工作原理图7-3-8MAX786内部框图06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院43图7-3-9MAX786外部接线图06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院443.由MAX786构成的笔记本电脑开关电源图7-3-10笔记本电脑开关电源电路(1)电路06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院45(2)系统框图图7-3-11系统连接框图06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院467.3.4大屏幕彩色电视机开关电源1.开关电源中的厚膜电路

厚膜电路是在阻容元件和半导体技术基础上发展起来的一种混合集成电路。它是利用厚膜技术在陶瓷基片上制作膜式元件和连接导线，将某一单元电路的各元件集成在一块陶瓷基板上，使之成为一个整体部件，其外形有封闭和开放两种封装形式。

在彩色电视机中，稳压电源厚膜电路是将开关稳压电路的各单元功能电路，如开关振荡、电源启动及稳压控制等部分的所有元件全部集成在一块基板上，以形成全集成化的开关稳压电源电路。在使用时，其外围除了加接开关变压器及少量的大功率、大容量的阻容元件外，不需加其它器件，电路结构相当简单，为流水线生产整机，保证性能的一致性和可靠性提供了方便。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院47图7-3-12STR–S5941构成的开关电源电路2.自激式开关电源新技术06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院48片内VT1为大功率开关管，VT2为脉宽调制器，VT5为误差放大器，VT4为保护控制管，R1，R2，R3，VD3为取样标准元件。STR-S5941增加VT3控制管，作用是改善对开关管VT1的正反馈激励条件。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院49STR-S5941的6脚外接软启动元件R620，C607，R630，C630。当电源开关刚刚接通时，利用C607，C630的充电电流使VT4瞬间导通，从而使开关晶体管VT1在开机瞬间时电流不致于太大，起到缓冲作用。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院507.4新型单片式开关电源

单片开关电源，自20世纪90年代中期问世以来，在国际上获得广泛应用。单片开关电源具有单片集成化、最简外围电路、最佳性能指标、无工频变压器、能完全实现电气隔离等显著特点。

DC-DC变换器就是为了适应电子设备内多种直流电源的需要把直流电源进行升压、降压变化的开关电源。移动电话、笔记本电脑、PDA、摄录一体机等都会用到DC-DC变换器，且要求形状匹配，精度提高。

AC-DC转换器主要用于电源供应、适配器、照明用镇流器、音响放大器等。06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院517.4.1单片开关电源的基本原理

TOPSwitch系列单片开关电源的典型应用电路如下图。高频变压器在电路中具备能量储存、隔离输出和电压变换这三大功能。图7-4-1单片机开关电源典型应用电路06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院521.单片开关电源的两种工作模式图7-4-2两种模式的开关电流波形

单片开关电源由两种工作模式，一种是连续模式CUM（ContinuousMode），另一种是不连续模式DUM（DiscontinuousMode）。波形如下：06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院532.反馈电路四种基本类型类型之一06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院54类型之二06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院55类型之三06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院56类型之四06二月2023集成电路原理及应用山东理工大学电气与电子工程学院577.4.2单片开关电源的典型应用图7-4-43.6W手机电池充电器电路(1)3.6W