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

2、应用，其中小功率的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。

3、 220V 整流电路整流电路 整流电路整流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

4、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 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:11

5、-Jul-2003Sheet of File:E:longT_MDT_MD71203.schDrawn By: (c) CC2 (a) 1 C (b) R C L 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

6、。 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，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

7、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，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

8、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，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

9、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

10、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。 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

11、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

12、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 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

13、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。 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

14、路 T 电路组成电路组成 VI VO VfVO1 VE VO T 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

15、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

16、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

17、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 2C R 1 T 2 T R Z V 1 R 2 R 3 R L R I V O V 设设R R2 2的下半部分为的下半部分为R R2 2” )( )( 2 23 321 2 3 321 BEZO BEZO VV RR RRR V VV R RRR V )( 2 23 3

18、21 BEZO VV RR RRR V 稳压原理稳压原理 O V 2BE V 2C I 2C V 1BE V 1CE V O V 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 VCE CE， ，V VCE CE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，控制基极电位，从而就控制了

19、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 VCE CE， ，V VCE CE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。 1 R 2 R 3 R L RO V Z V I V + + - - R 1O V f V (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

20、化，输入电压变化， 负载电流保持不变负载电流保持不变 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 VO1 O1去控制调整管的管压降 去控制调整管的管压降V VCE CE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 VO1 O1 V VCE CE V VO

21、O 1 R 2 R 3 R L RO V Z V I V + + - - R 1O V f V 2 2负载电流变化，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 VREF REF比较，获得的误差信号使 比较，获得的误差信号使V VO1 O1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 VCE CE下降，从而抵消因 下降，从

22、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 VO1 O1 V VCE CE V VO O 3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算 VfVz Z 23 321 O ) (V RR RRR V 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。 1 R 2 R 3 R L RO V Z V I V + + - - R 1O V f V 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

23、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

24、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-/CW78L- 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-/CW1

25、7-/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

26、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

27、， 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:

28、 输出端输出端 W7800系列稳压器外形系列稳压器外形 1 2 3 1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 1 2 3 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 Co W7800 CIUI + _ Uo 13 2 0.11 F1F 2 、输出正负电压的电路、输出正负电压的电路 正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路 W78XX C