通用集成稳压电源课程课件

数字化测量技术第六章通用集成稳压电源

稳压电源是各种电子设备的动力之源。

稳压器是稳压电源的核心部分，它属于非隔离式DC/DC变换器，利用稳压器可将一种直流电压转换成另一种或几种直流电压。若给稳压器配上变压器、整流滤波器等电路，即可构成与电网隔离的稳压电源。第六章通用集成稳压电源第一节集成稳压电源的分类

第二节三端固定式线性稳压器的原理与应用第三节三端可调式线性稳压器的原理与应用第四节低压差线性稳压器的基本原理第五节低压差线性稳压器的应用技巧及设计要点第六节由脉宽调制器构成的开关电源第七节单片开关式稳压器的原理与应用第八节散热器的设计第九节稳压电源测量技术第一节集成稳压电源的分类集成稳压器线性电源开关电源标准线性稳压器固定式可调式三端固定式多端固定式三端可调式多端可调式PNP型低压差线性稳压器准低压差线性稳压器超低压差线性稳压器低压差线性稳压器脉宽调制器脉频调制器开关稳压器单片开关电源效率为45%左右效率80%～95%效率70%～90%第一节集成稳压电源的分类集成稳压器线性电源开关电源标准线性稳压器固定式可调式三端固定式多端固定式三端可调式多端可调式PNP型低压差线性稳压器准低压差线性稳压器超低压差线性稳压器低压差线性稳压器脉宽调制器脉频调制器开关稳压器单片开关电源效率为45%左右效率80%～95%效率70%～90%美国仙童公司（现更名为飞兆公司）于20世纪70年代初首先推出μA7800系列和μA7900系列三端固定式集成稳压器。它能以最简方式（类似于三极管）接入电路，并具有较完善的过电流、过电压、过热保护功能。目前，7800系列和7900系列已成为世界通用系列，是用途最广、销量最大的集成稳压器。其优点是使用方便，不需作任何调整，外围电路简单，工作安全可靠，适合制作通用型、标称输出的稳压电源。其缺点是输出电压不能调整，不能直接输出非标称值电压，电压稳定度还不够高。第一节集成稳压电源的分类集成稳压器线性电源开关电源标准线性稳压器固定式可调式三端固定式多端固定式三端可调式多端可调式PNP型低压差线性稳压器准低压差线性稳压器超低压差线性稳压器低压差线性稳压器脉宽调制器脉频调制器开关稳压器单片开关电源效率为45%左右效率80%～95%效率70%～90%可调式是20世纪70年代末至80年代初发展起来的、由美国国家半导体公司（NSC）首创的第二代三端集成稳压器。它既保留了三端固定式稳压器结构简单之优点，又克服了电压不可调整的缺点，并且在电压稳定度上比前者提高了一个数量级。适合制作实验室电源及多种供电方式的直流稳压电源。它也可以设计成固定式来代替三端固定式稳压器，进一步改善稳压性能。第一节集成稳压电源的分类集成稳压器线性电源开关电源标准线性稳压器固定式可调式三端固定式多端固定式三端可调式多端可调式PNP型低压差线性稳压器准低压差线性稳压器超低压差线性稳压器低压差线性稳压器脉宽调制器脉频调制器开关稳压器单片开关电源效率为45%左右效率80%～95%效率70%～90%低压差集成稳压器（LDO）属于高效率线性集成稳压器，其输入-输出压差约为500mV，电源效率明显高于NPN型线性稳压器。超低压差线性稳压器（VLDO）是21世纪初在LDO的基础上发展起来的新型线性集成稳压器。它采用通态电阻非常低的场效应管来代替PNP型功率管作为调整管，其输入-输出压差可低至45～150mV。第一节集成稳压电源的分类集成稳压器线性电源开关电源标准线性稳压器固定式可调式三端固定式多端固定式三端可调式多端可调式PNP型低压差线性稳压器准低压差线性稳压器超低压差线性稳压器低压差线性稳压器脉宽调制器脉频调制器开关稳压器单片开关电源效率为45%左右效率80%～95%效率70%～90%开关电源亦称低损耗电源，由于内部器件工作在高频开关状态，所以本身消耗的能量很低。单片开关电源属于AC/DC电源变换器。单片开关电源集成电路自20世纪90年代中期问世以来便显示出强大的生命力。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。第一节集成稳压电源的分类集成稳压器线性电源开关电源标准线性稳压器固定式可调式三端固定式多端固定式三端可调式多端可调式PNP型低压差线性稳压器准低压差线性稳压器超低压差线性稳压器低压差线性稳压器脉宽调制器脉频调制器开关稳压器单片开关电源效率为45%左右效率80%～95%效率70%～90%第二节三端固定式线性稳压器的原理与应用一、三端固定式线性稳压器的产品分类三端固定式线性稳压器分为78和79两个系列，其中78系列输出电压为正极性，79系列输出电压为负极性。一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等七个电压档次。输出电流分为1.5A，L：0.1A，M：0.5A三个档次。LM78L05：输出电压+5V，最大输出电流0.1A；CW7915：输出电压-15V，最大输出电流1.5A。二、标准线性稳压器的基本原理UI

（RL）↑→UO↑→UQ↑→Ur↓→UB↓→UO↓二、标准线性稳压器的基本原理二、标准线性稳压器的基本原理最小压差ΔU＝UI－UO＝2UBE＋UCES三、三端固定式线性稳压器的工作原理a）TO-220封装b）TO-3封装CW7800电路原理图CW7800的原理框图电压调整率：给稳压电源接上额定负载，首先测出在标称输入电压时的输出电压值UO，然后连续调节输入电压，使之从规定的最小值一直变化到最大值，记下输出电压与标称值的最大偏差△UO，则电压调整率为负载调整率：若将输入电压固定在标称值上，分别测量稳压电源在满载与空载下的输出电压值U1、U2，则负载调整率为电容CI用来宁滤除示高频慰纹波，防止贼电路产廊生自激桶振荡；CO为输驼出电游容，妇利用中其两狂端压剂降不话能突拆变的培特性漏可改裤善负比载的腊瞬态拳响应纵。三、三裁端固定辅式线性秧稳压器僵的应用窄技巧———师———截—典型应胜用电源钟变压东器：把高唯压或220咬V电网电化压降至浴所需电雹压。线性恒稳压具电源继的组翼成整流淘电路：利用警二极管冶的单向比导电性躁，把交趴流电压转换成脉脉动的快直流电窃压。线性稳足压电源罗的组成滤波电哭路：利用销电容上仁的电压陵或者电桶感上的悼电流不能突两变的申特性记构成档，以燥减小蠢脉动啄使输邀出电压资平滑斗。线性阔稳压级电源者的组布成稳压售电路：在电吸网电压嗓波动或遗负载电耀流变化胳时保持输出与电压高基本船不变扎。线性门稳压轰电源却的组拐成整流电洪路正半周豆时，D1、D3导通，D２、D４截止洪。负半撞周时户，D2、D４导通，D1、D3截止。整流电蚁路的输游出信号药虽为单孩一方向屈的直流奔信号，焰但脉动评较大。销为了进局一步平盖滑输出仿信号，瓶利用滤裤波电路殃，消除响输出信券号的交增流成分白。滤波涨电路电容筝滤波帮电路当负淋载开抖路时塞：当RLC=(捆3~5术)T/棋2时:许多电陶子仪器项设备、狡运算放筹大器需碎要正、衔负对称蔑的双电舟源供电辫。将78本00与790常0搭配王使用滚，即英可构雅成同呜时输刻出正陪压和社负压揪的稳父压电刷源。三、示三端副固定呼式线飞形稳客压器缘瑞的应东用技死巧———诱——正、负杀压固定散输出电路山实质膜上是晌通过仓改变婆公共仿端的誉电位端，来暂控制招稳压榴器输掀出电译位的员高低罢。需遗要注楚意的具是，摆当|±UO|＜2.5元V时，较稳压寒器可线能无划法正麦常工壳作，饲此时究输出革电压幼不确猪定。三、三誓端固定捆式线形铺稳压器霞的应用翁技巧———颂——正、负什压可调享输出恒流雨原理究：因槽为稳民压器记的输适出电偿压UO稳定典不变裂，所桐以通刘过R的电伍流（土亦即膨通过竹外部革负载RL上的电五流）IH也不吹变。腹计算IH的公弊式为IH＝UO/R三、桌三端晌固定耀式线镇形稳训压器刃的应已用技蚕巧——悼——纳—恒流源虾电路偏置电跃阻R的阻值民：三、减三端遵固定筋式线毅形稳晨压器甲的应登用技胳巧——沉——障—提高输距入电压糟的方法如果抢实际蹈需要曲的电菊压高挖于现泄有三讯端稳忽压器榜的输朽出电餐压，弊可用乒升压悟电路博来解亡决。段设稳殃压值毅为UZU'O＝UO＋UZ三、腥三端拖固定唱式线血形稳除压器坦的应挺用技贪巧——绢——少—提高输率出电压夸的方法三、贷三端挑固定迷式线无形稳稀压器弄的应筋用技蒙巧——递——乖—扩展坏输出干电流掘的方示法外部功欣率调整窜管的偏埋置电阻第三节送三刻端可调沟式线性导稳压器屠的原理善与应用可调繁式是20世纪70年代粥末至80年代上初发乱展起省来的材、由原美国莲国家垦半导于体公督司（NS摸C）首债创的疫第二条代三笋端集命成稳悟压器匹。它射既保罩留了肃三端易固定辞式稳绣压器诉结构联简单壁之优栏点，再又克赌服了座电压河不可臭调整侧的缺珍点，辨并且骨在电燃压稳搏定度缎上比膏前者昼提高锹了一扛个数带量级裕。适桶合制痛作实蝇验室海电源块及多茅种供傻电方浓式的餐直流吓稳压欧电源赢。它危也可睬以设壁计成方固定茶式来鼓代替拣三端参固定萌式稳闹压器舒，进煮一步推改善童稳压它性能潮。一、因三端戚可调授式线曾性稳刻压器奶的产抚品分少类特点国产型号最大输出电流IOM/A输出电压UO/V国外对应系列或型号正压输出CW117L/217L/317L0.11.25～37LM117L/217L/317LCW117M/217M/317M0.51.25～37LM117M/217M/317MCW117/217/3171.51.25～37μA117，LM117，TA117，μPC117CW117HV/217HV/317HV1.51.25～57LM117HV/217HV/317HVW150/250/35031.2～33LM150/250/350W138/238/33851.2～32LM138/238/338W196/296/396101.25～15LM196/296/396负压输出CW137L/237L/337L0.1－1.2～－37LM137L/237L/337LCW137M/237M/337M0.5－1.2～－37LM137M/237M/337MCW137/237/3371.5－1.2～－37LM137，μPC137，TA137，SG137，FS137LM异31授7的主笋要技意术指音标为UI＝2～40翠V，UO＝1.2泊5～37V，IOM＝1.府5A。其电房诚压调整煌率SV＝0.械02％，嫩负载筝调整志率SI＝0.想1％，农比78奏00系列提疑高近一抖个数量烤级。二、三诊端可调县式线性每稳压器讨的工作缠原理输出电压的计算公式为UO＝1.25×（1＋）三、三港端可调熔式线性车稳压器棋的应用帮技巧———但———典型应筐用R1的阻烦值有灿两种届取法换：①取R1＝240辉Ω，此岸时IL＝1.2次5V/停240态Ω≈5姑mA，R2选用6.荡8k俘Ω可调电六阻；②取R1＝12垫0Ω，IL≈10赴mA，R2可选3.翻4k票Ω。调整R2时均河可获盼得1.种25～37葱V的稳压丝式输出。三、三姜端可调约式线性搭稳压器劫的应用选技巧——仙——私——典型应逆用刚通电锡时由于C2上的压妥降不能站突变，穿使VT处于坛导通墙状态伯，R2被短路煎，UO＝1.死25咬V。随陵着UO经过R1、R3给C2充电，VT的基其极电万位逐德渐升展高，碌使之沿从导距通状穴态过阀渡到仓截止辆状态鞭，UO也从1.备25堪V逐渐升狠高到额承定值＋15V。UO的上升副速率取绒决于时融间常数τ＝（R1＋R3）C2。三、三曲端可调毯式线性如稳压器花的应用巴技巧——演——喉—软启动秀线性稳叨压器三、别三端皱可调肝式线志性稳况压器震的应距用技扶巧———筋——宽范吴围跟举踪式裂线性兆稳压碧器当－UO变得恩更负趁时，供会使UB降低，奇导致UC和UADJ升高尸，＋UO也随对之升六高，谣最终阿使＋UO＝|－UO|，正、香负压输潜出达到垃平衡。在线测成量技术裳亦称等苏电位隔拣离技术闹。它能油在不破怀坏电路讽完整性士的前提伯下，准唇确测量损电子设培备印制贝线路中惯的电流拐、电阻疾、晶体蓄管等参相数。近敞年来在持线测量萍技术正普在逐步句推广应架用，它蜡不仅简阶便易行忽，而且蛾能够测窗量印制匙板上的偏电流分围布情况珠，还能纲对单元无电路及味元器件象进行故县障诊断原。因此填，在线训测量技碑术具有雀很高的毛实用价若值，也族为设计叠、检修些仪器仪波表或家艳用电器恰提供了距新的测槽试手段景。第一闲节筹数字稠仪表狭的在勤线测归量电假路采用玻四线照制以漏减小细接触蓄电阻睬，并断且利沉用两与组双词探针演和运言算放享大器蚕一起尘对电遵路进崭行隔颈离，大被测醉在线搭电流火经过I/U转换后略，由毫储安表直由接测出啊电流值怒。一、在访线测量祖直流电休流1.测量用原理

UO＝－KUI＝－KIxR0＝I1RI I1＝－＝－

I1＝IX

一、和在线直测量砖直流段电流1.测量容原理一、在劫线测量伙直流电奶流1.测量原国理局部猛短路选测量只法：用I1去抵消R0上的电施流Ix，使R0上的胖压降渗为零母，a、b两点呈鸡等电位骆。因R0很小，狗故不会深影响Ix。一、书在线渐测量真直流吼电流2.在线兄电流磨测量夸仪的碌电路罗设计UO＝UI在线凑测量退电阻Rx的基繁本原喜理是董，无庄论电薄路多灯么复进杂，遵总可陈以把礼与Rx相并桐联的蚁元件码等效的为两刚只互征相串湿联的猜电阻R1和R2，由环此构虽成三仗角形即电阻搂网络创。只剑要使R1（或R2）两端饶呈等电招位，此洪时UR1＝０，重则R1相当于裁开路，R2变成禽运放院的负从载电荣阻，R1和R2就不起厚分流