实用模拟电子技术教程第13章电子

实用模拟电子技术教程主编：徐正惠副主编：刘希真张小冰第三篇模拟集成电路及其应用本篇介绍集成电路和模拟集成电路的分类、命名方法、封装方式等基本常识。在此基础上重点介绍集成运算放大电路、集成稳压电路、集成信号测量电路、集成仪表放大电路、集成功率放大电路、集成信号发生电路等。通过介绍和讨论，要求掌握或了解相关集成电路常用的型号、外型、封装、功能、主要性能指标和典型应用电路。要求掌握常用模拟集成电路应用电路的设计方法。第13章集成稳压电路

第三篇模拟集成电路及其应用学习要求：掌握稳压电源的组成和集成稳压电路的分类；掌握常用线性集成稳压电路7800系列、7900系列、LM117/217/317系列及LM137/237/337系列的主要特性指标和应用；学会设计线性集成稳压电路组成的稳压电源；了解开关式集成稳压电路的工作原理和特点；了解开关集成稳压电路LM2576、MAX8614的主要特性和用途。13.1集成稳压电路的分类第13章集成稳压电路13.1.1直流稳压电源分类几乎所有的电子设备都需要电压稳定的直流电源，这种能输出稳定直流电压的装置就称为直流稳压电源。根据供电方式的不同，直流稳压电源可分为两大类：

1、交流供电稳压电源电子设备是由220V的电网供电时，稳压电源的功能是将220V的交流电转换为直流电，同时要求该直流电的电压稳定。这种将来自电网的220V交流电转换为直流稳定电压输出的稳压电源，称为交流供电稳压电源，如图所示。13.1集成稳压电路的分类2、直流供电稳压电源许多便携式电子设备，包括手机、MP3、掌上电脑、数码相机、微型收录机等，尽管采用的是电池供电，但由于电池电压在使用过程中会不断下降，仍然需要通过稳压电路提供稳定的电压。这种将未经稳压的直流电压转换为稳定直流电压输出的装置，称为直流供电稳压电源，如图所示。直流供电稳压电源的输出电压可以低于输入电压，也可以高于输入电压。13.1.2稳压电源的集成化和集成稳压电路分类

稳压电源的集成化1、交流供电式的稳压电源的集成化由于用电安全的考虑，直流输出电压需要与电网隔离，最好的电隔离的办法是使用变压器，而变压器无法集成化，因此大多方案是将稳压电路中的关键性部件制成单片的集成电路，再外接各种必须的元器件（包括变压器）组成完整的稳压电源，这种单片集成电路，称为集成稳压电路。可见，集成稳压电路和稳压电源是两个不同的概念，前者是后者的组成部分，集成稳压电路需要外接各种必须的元器件后才构成完整的稳压电源。

2、直流供电式的稳压电源的集成化集成化完成得较好，现已制成多种类型的单片集成电路，和交流供电的情况类似，集成稳压电路需外接必需的元器件，才构成完整的直流供电式稳压电源。13.1.2稳压电源的集成化和集成稳压电路分类集成稳压电路品种繁多，可以按照多种方法进行分类。合理的分类将有助集成稳压电路的学习和合理使用。按工作原理划分，集成稳压电路可分为：

1、线性集成稳压电路：这种稳压电路的特点，是其关键性部件调整管（三极管或场效应管）工作于线性区域，即工作于放大状态；2、开关式集成稳压电路：这种稳压电路的特点，是其关键性部件调整管（三极管或场效应管）工作于非线性区域，即交替进入截止区和饱和区。三极管（或场效应管）进入饱和导通状态，相当于开关打开，三极管进入截止区相当于开关关闭（断开），因此也可以说，开关式集成稳压电路的特点是其关键性部件调整管（三极管或场效应管）工作于开关状态，开关式集成稳压电路的名称就是这样来的。13.1.2稳压电源的集成化和集成稳压电路分类集成稳压电路品种繁多，可以按照多种方法进行分类。合理的分类将有助集成稳压电路的学习和合理使用。按照输出方式分类，集成稳压电路可分为：1、固定式集成稳压电路：这种电路的输出电压是固定的，需要不同的电压，应选用不同型号、规格的稳压电路；2、可调式集成稳压电路：其输出电压可在一定范围内通过外接电阻来调节。

开关式稳压电路又可以按多种方法分类：按驱动方式分类，分为自激式和他激式；按控制方式分类，分为并联脉冲宽度调节型和串联脉冲宽度调节型等。13.2线性集成稳压电路工作原理13.2.1交流供电式稳压电源的组成和工作原理线性集成稳压电路主要用于组成交流供电式稳压电源。由线性集成稳压电路组成的交流供电式稳压电源如图所示，它由变压器、整流电路、滤波电路和集成稳压电路组成。直到目前为止，稳压电源中被集成化的只是稳压电路部分。滤波部分是一个大容量的电容器，变压器包含大容量电感和铁心，都还无法集成化，整流电路部分也都没有制作在集成稳压电路之中。13.2线性集成稳压电路工作原理13.2.2集成稳压电路工作原理按工作原理划分，稳压电路可分为串联式稳压电路和并联式稳压电路。用于构成交流供电稳压电源的集成稳压电路，都属于串联式稳压电路。因此，我们限于介绍串联式稳压电路的工作原理。串联式稳压电路的思路是用一个调整元件与用电设备RL相串联，通过调整元件上的电压降的调节来达到稳定输出电压的目的。例如，将电位器RD作为调整元件，让它和负载RL相串联，通过电位器的不断调节就可以达到稳压的目的，如图所示。调节电位器上的压降可以调控负载上的电压。13.2线性集成稳压电路工作原理13.2.2集成稳压电路工作原理用电位器实现稳压的原理如下：如果由于某种原因，负载RL两端的电压U0下降而偏低，则可以将电位器电阻RP1调小，从而电位器两端压降UD减小，根据式（1），U0便会增加；反之，当U0过大时，应将电位器电阻RD调大，因此电位器两端压降UD随之变大，U0就会小下来。如果用一个可以由电来控制的调节元件取代电位器，按照上述思路就能实现电压的自动控制。现在常用的稳压电路，都用三极管（或场效应管）取代图中的电位器。（1）13.2线性集成稳压电路工作原理13.2.2集成稳压电路工作原理用三极管取代图中的电位器后，稳压电路如图1所示三极管是电流控制元件，控制基极电流就可以控制流过三极管的集电极电流，从而可以控制集电极和发射极之间的压降UCE，如前所述，通过UCE的调整就可以达到稳压的目的。因此，只要将基极电流的变化与输出电压U0联系起来，当输出电压U0发生变化时，基极电流相应地变化，基极电流的变化使集电极电流相应地发生变化，从而使电压降UCE发生所需要的变化，稳压的目的就能达到。13.2线性集成稳压电路工作原理用三极管作为调整元件的一种具体稳压电路如图所示先假设负载电阻RL不变，电网电压升高引起Ui升高，于是输出电压U0升高。引起输出电压U0的升高会引发一系列变化：U0↑→Ub2↑→Ube2↑→Ic2↑→Uc2↓→Ub1↓→U0↓可见电网电压U0升高引起的U0的升高受到了抑制。13.2线性集成稳压电路工作原理用三极管作为调整元件的一种具体稳压电路如图所示同样可以说明电网电压下降引起U0下降是如何受到抑制的。引起输出电压U0的下降会引发一系列变化：U0↓→Ub2↓→Ube2↓→Ic2↓→Uc2↑→Ub1↑→U0↑，可见电网电压U0下降引起的U0的下降受到了抑制。13.2线性集成稳压电路工作原理再看电网电压不变时负载电阻RL变小引起U0减小的情况。U0减小后，采样所得的三极管VT2基极电压也下降，VT2发射极接稳压管，该点电压不随U0变化，因此VT2发射结电压Ube2下降，VT2集电极电流减小，集电极电压升高，也即调整管基极电压升高，从而导致其发射极电压U0随之升高，于是抵消了U0的下降。负载电阻RL变大的情况也可类似地加以说明。13.2线性集成稳压电路工作原理-13.2.3集成稳压电路的效率输入集成稳压电路的电能量并不能全部为用电设备所利用，这是因为集成稳压电路工作的时候要消耗能量。我们将负载得到的能量（电功率）在输入集成稳压电路的总能量（电功率）中所占的比例称为集成稳压电路的效率。集成稳压电路的效率是一个十分重要的指标，特别是将其用于组成直流供电的稳压电源时会起着关键性的作用。为了获得有关集成稳压电路效率的具体概念，下面通过下图所示的电路进行效率的估算。13.2线性集成稳压电路工作原理-13.2.3集成稳压电路的效率效率的估算假设集成稳压电路的输入电压为Ui，输入电流为Ii，输出电压（加在负载上的电压）为U0，流过负载的电流为I0。由此可以计算，输入集成稳压电路的总电功率为：负载得到的电功率等于：由此可以计算出集成稳压电路的效率为：13.2线性集成稳压电路工作原理-13.2.3集成稳压电路的效率效率的估算假设输出电压为5V，为了保证调整三极管工作于放大区域，其ce极间电压需大于3V，因此输入电压至少需8V。考虑到电网电压的波动，电网电压下跌时输入电压会下降，需将电网电压正常220V时的输入电压定为10V。

设输出电流和输入电流的比值I0/Ii=0.9。将上述估计值代入式（1），可求得效率η=45%。这说明，输入的电功率，只有45%为负载所利用，其余的功率消耗在集成稳压电路中，其中大部分电能用来使调整管发热。（1）13.3集成稳压电路的主要技术指标

集成稳压电路的外部特性由各种技术参数描述。和其他模拟集成电路一样，熟悉集成稳压电路的技术参数对于其应用十分重要。集成稳压电路的技术参数可分为两大类：特性指标和质量指标。特性指标回答的是稳压电路能做什么，而不是做得好还是坏；质量指标才回答稳压电路的优劣。13.3.1集成稳压电路的特性指标

1、输出电流I0：指集成稳压电路能提供额定输出电流；2、输出电压U0：正常工作时集成稳压电路输出的电压；3、输出电压调节范围：对于输出电压可调的电路，其最大输出电压与最小输出电压之差，称为该稳压电路的电压调节范围。13.3集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2稳压电源质量指标

1、电压调节率SV在负载电流和环境温度保持不变的情况下，输入电压变化时，输出电压维持不变的能力，即为稳压电源的电压调整率。电压调整率可以用输出电压的相对变化率表示，也可以用输出电压的绝对变化量表示。

（1）用绝对变化量表示用绝对变化量表示，电压调整率SV（ΔU0）定义为在负载电流IL和环境温度T不变的情况下，输入电压在一定范围内（由测试条件给出）从最小值变化到最大值，输出电压的变化量ΔU0。例如，集成稳压电路MC7805，在输出电流I0=500mA，温度不变情况下，输入电压从8V增加到25V，输出电压的绝对变化量ΔU0=24mV，则该电路的电压调整率为SV（ΔU0）=24mV。13.3集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2稳压电源质量指标

1、电压调节率SV（2）用相对变化量表示用相对变化量表示时，电压调整率SV定义为在负载电流IL和环境温度T不变的情况下，单位输入电压变化量引起的输出电压变化量（ΔU0/ΔUi）和输出电压U0的比值，用公式表示：式中ΔUi是输入电压变化量，ΔU0是输入电压变化引起的输出电压变化量，U0是输出电压。例如，稳压电路W117的电压调整率就是用相对变化量表示的。在输出电流I0=500mA，温度不变情况下，该电路的输入电压与输出电压之差（Ui－U0）从3V增加到40V的范围内，电压调整率为0.1%。13.3集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2稳压电源质量指标

2、电流调整率SI稳压电路在环境温度和输入电压保持不变的情况下，衡量其在负载电流变化时仍能维持输出电压稳定的能力，常用的指标是电流调整率，也称负载调整系数，用符号SL来表示。和电压调整率一样，电流调整率既可以用输出电流的绝对变化量表示，也可以用输出电流的相对变化量来表示。（1）用绝对变化量表示绝对变化量表示，电流调整率定义为在输入电压Ui和环境温度T不变的情况下，输出电流在一定范围内（由测试条件给出）从最小值变化到最大值时，输出电压的变化量ΔU0。例如，集成稳压电路MC7805，输入电压和温度不变情况下，输出电流从10mA增加到1.5A，输出电压的绝对变化量ΔU0=25mV，则该电路的电流调整率为SI（ΔU0）=25mV。13.3集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2稳压电源质量指标

2、电流调整率SI（2）用相对变化量表示用相对变化量表示时，电流调整率的定义为在输入电压Ui和环境温度T不变的情况下，负载电流在规定范围内的变化量从最小变到最大（由测试条件给定）所引起的输出电压相对变化量的百分数，即例如，集成稳压电路W117，其电流调整率是用相对变化量表示的。在输出电流IL从10mA变化到1.5A的范围内，输出电压的相对变化率为0.1%，即该电路的电流调整率SI=0.1%。13.3集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2稳压电源质量指标

3、输出电阻R0稳压电路输出电阻R0反映电路带负载的能力，其定义为：在输入电压、输入电流和环境温度不变的情况下，负载变化时，输出直流电压变化量ΔU0和输出电流变化量ΔIL的比值，即4、输出电压温度系数ST这一参数反映输出电压随温度变化的情况，输出电压温度系数也称输出电压的温漂，定义为：在稳压电路的工作温度范围内，在输入电压和输出电流都保持不变的情况下，单位温度变化引起的输出电压相对变化量，称为输出电压的温度漂移，即13.3集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2稳压电源质量指标

5、输出噪声电压Un稳压电路内部的噪声电压主要是热噪声，频率在100至10范围内。输出噪声电压的定义为：在规定的环境温度及额定输入电压下，稳压电路输出端噪声电压的均方根值称为噪声电压Un。13.4常用线性集成稳压电路

13.4.1MC7800系列、MC7900系列集成稳压电路7800系列和7900系列是得到广泛应用的固定电压输出的单片集成稳压电路，各分三个子系列：7800、78M00和78L00系列以及7900、79M00和79L00系列。7800系列输出正电压，7900系列输出负电压，除了输出电压极性和引脚排列不同以外，这两个系列的特性参数都相同。13.4常用线性集成稳压电路13.4.1MC7800系列、MC7900系列集成稳压电路1、外型和引脚两个系列均为三端稳压电路，三个引脚，输入、输出各一个引脚，公共端一个引脚。常见的封装方式和引脚排列如图所示塑料封装贴片封装型金属封装引脚示意图7800系列：三端封装时，1脚—输入，2脚—地，3脚—输出7900系列：三端封装时，1脚—地，2脚—输入，3脚—输出13.4常用线性集成稳压电路13.4.1MC7800系列、MC7900系列集成稳压电路2、主要技术指标

（1）特性指标

输出电流：7800、7900系列为1A；78M、79M系列为0.5A；78L、79L系列为0.1A。

输出电压：每个子系列都有多种输出电压规格的电路，常用的有±5V、±6V、±8V、±9V、±12V、±15V、±18V和±24V等每只电路的输出电压值由型号给出，例如7812表示输出电压为12V，7915表示输出电压为负15V。13.4常用线性集成稳压电路13.4.1MC7800系列、MC7900系列集成稳压电路2、主要技术指标

（2）质量指标电压调整率：不同子系列的稳压电路，电压调整率会各有不同，同一子系列的电路，其输出电压不同时，电压调整率也可能略有不同，例如LM7800子系列稳压电路的7805和7824，前者输出电压为5V，后者24V，它们的电压调整率分别为：LM7805：输出电流1A，输入电压在7.5V至20V范围内变化时，输出电压变化0.5mV（即电压调整率为0.5mV）；LM7824：输出电流1A，输入电压在27V至38V范围内变化时，输出电压变化2.7mV（即电压调整率为2.7mV）。13.4常用线性集成稳压电路13.4.1MC7800系列、MC7900系列集成稳压电路2、主要技术指标电流调整率:和电压调整率类似，不同输出电压的电路，其电流调整率各有不同，下面以7805和7824两种型号为例来说明。LM7805：输出电流在5.0mA至1.5A范围内变化时，输出电压变化1.3mV（即电流调整率为1.3mV）；LM7824：输出电流在5.0mA至1.5A范围内变化时，输出电压变化4.4mV（即电流调整率为4.4mV）。输出电阻：1.3mΩ输出电压温度系数：

不同输出电压的稳压电路，输出电压的温度系数略有不同，输出电压越高，输出电压温度系数也越大，输出电压5V至24V的各种型号的电路，输出电压温度系数从－0.5mV/℃增至至－2.0mV/℃13.4常用线性集成稳压电路13.4.1MC7800系列、MC7900系列集成稳压电路3、典型应用电路78系列基本应用电路如图C1用于抵消输入线较长（滤波电容至集成稳压电路距离大于15cm）时的电感效应，以防止产生自激振荡，其容量0.33μ，C2用来消除输出电压中的高频噪声，可取0.1μF至几十μF之间的容量。二极管VD1用来保护电路，以免输入断开时C2向电路放电将其损坏。13.4常用线性集成稳压电路13.4.1MC7800系列、MC7900系列集成稳压电路3、典型应用电路79系列基本应用电路如图C1用于抵消输入线较长（滤波电容至集成稳压电路距离大于15cm）时的电感效应，以防止产生自激振荡，其容量0.33μ，C2用来消除输出电压中的高频噪声，可取0.1μF至几十μF之间的容量。二极管VD1用来保护电路，以免输入断开时C2向电路放电将其损坏。13.4常用线性集成稳压电路13.4.1MC7800系列、MC7900系列集成稳压电路3、典型应用电路78和79系列稳压电路联合使用，可组成运算放大电路使用的双电源13.4常用线性集成稳压电路13.4.2可调式线性集成稳压电路有一类电路的输出电压根据需要可以在一个较大的范围内调节，调节方法也很简单，只要调节一个外接电位器的阻值即可。这类稳压电路称为可调式线性集成稳压电路。常用的有LM117/217/317、LM137/237/337、LM150/250/350、LM138/238/338和LM196/296/396系列等。下面以LM137/237/337系列、LM117/217/317系列为例进行介绍。这两个系列的主要差别是输出电压的极性，前者输出正电压，后者负电压。同一系列中137、237、337三种型号之间的区别是适用的工作温度范围，117为军用级，工作温度范围是－55～+150℃（M），217是工业级，使用温度范围是－25～+150℃（I），317为民用级，工作温度范围是0～+125℃（C）。LM137/237/337系列的137、237、337三种型也它们分别属于军用级、工业级和民用级。13.4常用线性集成稳压电路-13.4.2可调式线性集成稳压电路

1、封装外型和引脚LM117/217/317系列电路的封装如图所示，图中D2PAK为贴片封装，其余为插入式封装。这些稳压电路都只有三个引脚：输入端引脚、输出端引脚和调整端引脚，不同封装的引脚功能各有不同。13.4常用线性集成稳压电路-13.4.2可调式线性集成稳压电路

1、封装外型和引脚LM137/237/337系列电路的封装如图所示，图中给出的均为插入式封装。不同封装时的引脚功能如表所示。13.4常用线性集成稳压电路-13.4.2可调式线性集成稳压电路

1、封装外型和引脚LM217/317系列还有两种子系列，LM217M/317M和LM217L/317L，它们的输出电流较小，分别为500mA和100mA。LM217M/317M的封装如图1-4所示，1脚为调整脚，2脚输入，3脚输出。LM217L/317L的封装如图5-6所示，SO-8封装的1脚为输入端，2、3、6、7脚均为输出端，4脚为调整端，5、8为空脚。TO-92封装的1、2、3脚分别为调整端、输入端和输出端。12345613.4常用线性集成稳压电路-13.4.2可调式线性集成稳压电路

2、主要技术参数上述各系列电路的主要参数如下表所示。线性可调稳压电路技术参数13.4常用线性集成稳压电路-13.4.2可调式线性集成稳压电路

3、基本应用电路LM117/217/317系列的基本应用电路如图C1为输入旁路电容，可采用0.1μF的片状电容或1.0μF的钽电容，当集成稳压电路离整流滤波电容10cm以上时，是必不可少的。C2为调整端的旁路电容，容量10μF，C3为输出旁路电容，用来消除可能产生的自激振荡，可使用1.0μF的钽电容或25μF的铝电解电容。13.4常用线性集成稳压电路-13.4.2可调式线性集成稳压电路

3、基本应用电路LM117/217/317系列的基本应用电路如图VD1的作用是防止输入断路时电容C3经稳压电路放电而使其损坏，VD2的作用是防止输出短路时电容C2经稳压电路放电而使其损坏，VD1、VD2联合作用防止输入短路时C2经稳压电路放电而使其损坏。输出电压的大小通过电位器R1的调节来实现。输出电压U0和电位器RP1的阻值有如下关系：13.4常用线性集成稳压电路-13.4.2可调式线性集成稳压电路

3、基本应用电路LM137/237/337系列的基本应用电路如下图所示各电容、二极管和电阻的作用和上述正电压输出电路相同，输出电压－U0和输入电压－Ui的关系为：13.4常用线性集成稳压电路-13.4.2可调式线性集成稳压电路

3、基本应用电路由上述两个系列构成的正、负双电源应用电路如图13.4常用线性集成稳压电路-13.4.3低压降式线性稳压电路低压降式线性稳压电路是近年来问世的高效率线性稳压集成电路。传统的三端集成稳压电路，无论是固定电压输出的78系列、79系列还是输出电压可调的117/127/137系列等，为使片内调整管工作于线性区域，保证稳压效果，输入输出压差一般必须在2～4V以上，否则不能正常工作。因此，稳压电路自身的功耗（等于压差和流过电路的电流之乘积）较大，电路的效率较低。为了克服这一缺点，低压降式集成稳压电路采用电流控制型，并且选用低压降的晶体管作为内部调整管，从而可将输入输出电压差降低到0.3V以下，明显提高了电源的转换效率。由于转换效率高、体积小、重量轻，低压降式线性稳压电路被广泛应用到掌上电脑（PDA）、移动电话、笔记本电脑、MP3等便携式电子设备。13.4常用线性集成稳压电路-13.4.3低压降式线性稳压电路1、KA78R12型低压差集成稳压电路外型及各引脚功能如下图所示，属OT-220封装。输出电压（固定式）：+12V最大输出电流：1A电流调整率（输出电流5mA至1A）：0.1%电压调整率（输入电压13V至29V）：0.5%输入输出压差（输出电流1A时）：<0.5V使能信号高限值：2V使能信号低限值：0.8VKA78R12的重要特性参数如下：13.4常用线性集成稳压电路-13.4.3低压降式线性稳压电路1、KA78R12型低压差集成稳压电路基本应用电路如下图所示电容C1用以改善输出响应和稳定性，容量需大于47µF，如稳压电路离滤波电容超过10cm时需加接电容C2。和前面介绍过的集成稳压电路不同，KA78R12具有逻辑可控关断功能，4脚为使能信号输入端，这个信号起着控制稳压电路工作的作用。当使能端输入端信号大于使能电压值（在0.8V和2V之间）时，稳压电路正常工作；使能端输入端信号小于使能电压值时，稳压电路关闭，输入端与输入端断开。13.4常用线性集成稳压电路-13.4.3低压降式线性稳压电路2、MAX1963/1976型低压差集成稳压电路MAX1963/1976有两种封装，SOT23和TDFN封装，其外型如图所示，两者均属薄型封装，适用于贴片安装，封装的厚度不超过0.7mm～0.8mm，大小在2.9mm×2.9mm和3.1mm×3.1mm之间。13.4常用线性集成稳压电路-13.4.3低压降式线性稳压电路2、MAX1963/1976型低压差集成稳压电路MAX1963/1976主要技术参数如下：

输出电压（固定式）：由厂家在0.75V至3.0V之间设定最大输出电流：300mA电流调整率（输出电流1mA至300mA）：0.02%电压调整率（输入从U0+0.5V至3.6V）：0.01%/V输入输出压差（输出电流300mA时）：<0.1V使能信号高限值：1.4V使能信号低限值：0.6V电路关断时电源电流：0.001μA复位输出延时：3.2ms13.4常用线性集成稳压电路-13.4.3低压降式线性稳压电路2、MAX1963/1976型低压差集成稳压电路MAX1963/1976的基本应用电路见图，C1取1μF，C2取4.7μF，复位输出端经100kΩ电阻接逻辑电路的正电源，在使能端输入高电平时集成稳压电路启动，启动后从复位端输出一个宽度大于3.2ms的复位脉冲（正脉冲），该脉冲可施加到微控制器的复位端启动微控制器工作（MP3等便携式设备都装有微控制器）。13.5开关式集成稳压电路13.5.1开关式集成稳压电路结构及工作原理开关式稳压电源一般由电网电压直接整流后成为高压直流电，再经高频变压器和晶体管开关变换为低压、高频率交流电，再经整流滤波，输出稳定的直流电压。因此，开关式稳压电路由输入电路、变换电路、输出电路和控制电路等4部分组成，如下图所示。13.5开关式集成稳压电路-13.5.1结构及工作原理1、输入电路这部分电路的功能是将来自电网的50Hz交流电整流为直流电，其组成包括：线路滤波器、浪涌电流抑制电路和整流电路。

一种常用的开关电源输入电路如图所示。F1为熔断丝，EIMI是带磁芯扼流圈，C1、C2为电容，三者用来抑制电网噪声，和开机瞬间的浪涌电流。VD1～VD4为整流二极管，接成桥式整流，输出直流电。13.5开关式集成稳压电路-13.5.1结构及工作原理2、变换电路和输出电路变换电路是开关式稳压电路的最关键部件，它的作用是将来自输入电路的未经稳压的直流电压转换为交变电压，同时通过一个高频变压器完成与电网的隔离并将高压的交变电压变换为低压高频电压。一种简单的转换、输出电路如图所示。13.5开关式集成稳压电路-13.5.1结构及工作原理2、变换电路和输出电路转换电路由输出变压器和三极管组成，变压器的初级线圈与三极管相连接，次级与输出电路相连接，输出电路的功能是对变压器输出的高频信号进行整流、滤波，形成直流输出电压U0，加在负载电阻两端。13.5开关式集成稳压电路-13.5.1结构及工作原理变换电路和输出电路的工作原理如下：1、在控制信号的作用下，三极管VT1交替导通和截止，变压器初级电流随之相应变化，在变压器次级即可得到高频的交流电压。13.5开关式集成稳压电路-13.5.1结构及工作原理变换电路和输出电路的工作原理如下：2、在变压器次级得到高频交变电压，经整流滤波后即可在负载上得到直流电压。13.5开关式集成稳压电路-13.5.1结构及工作原理变换电路和输出电路的工作原理如下：3、脉冲控制信号如何调控输出电压？可以证明，输出电压U0与输入电压Ui之间的关系为：δ-脉冲的占空比n-变压器初、次级线圈的匝数比可见调节控制脉冲占空比即可调控输出电压。

13.5开关式集成稳压电路-13.5.1结构及工作原理变换电路和输出电路的工作原理如下：4、这种电路有什么优点？右边输入输出电压关系表明，输出电压U0与来自控制电路的脉冲的占空比δ成正比，只要调节占空比δ，输出电压就可以得到控制。由于电路的工作频率很高（可达几十或几百千赫），因此变换电路中变压器的体积可以做得很小，滤波电容的容量也可以很小。这也就是为什么开关集成稳压电路能制成体积小、重量轻的稳压电源的主要原因。输入输出电压关系：13.5开关式集成稳压电路-13.5.1结构及工作原理3、控制电路控制电路的主要作用是向变换电路提供控制脉冲，并根据稳压电路输出电压U0的变化随时调整脉冲的占空比。当输出电压下降时，根据检测到的这种下降，控制电路增大控制脉冲的占空比，则输出电压上升，若检测到输出电压高于设定值，控制电路调低脉冲的占空比，电压上升趋势就会得到抑制，于是就能达到稳压的目的。13.5开关式集成稳压电路-13.5.2开关式集成稳压电路分类单片开关集成稳压电路的品种日益增多，性能越来越好，功能也越来越强。由于集成稳压电路只是近十几年才开始大量设计、制造并得到广泛的应用，还没有明确的分类方法。集成稳压电路由输入电路、输出电路、变换电路和控制电路组成，其中输入电路和输出电路的类型变化相对较少，变换电路和控制电路则有很多变化。

1、变换电路分类按驱动方式划分，变换电路分为自激式和他激式，前面介绍的变换电路即属他激式；按照变换电路的工作方式划分，可分为隔离型和非隔离型两大类。隔离型的，变换电路与输出电路之间用变压器隔离（前面讨论的即属此类）。非隔离的，则没有这种变压器时，这时，输出端与稳压电路输入存在电连接，如果输入电路直接连电网，输出也将与电网相连。13.5开关式集成稳压电路-13.5.2开关式集成稳压电路分类

2、控制电路分类控制电路按照控制方式分类，可分为脉冲宽度控制（PWM）方式、磁放大器混合控制方式等。各种不同的变换电路和控制电路之间的不同组合，可以构成各种不同类型的集成稳压电路，我们限于介绍三种有代表性的小功率集成稳压电路。13.5开关式集成稳压电路

13.5.3LM2576系列开关集成稳压电路LM2576系列开关集成稳压电路是美国国家半导体公司的产品，内含固定频率振荡器和基准稳压器，具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576（最高输入电压40V）及LM2576HV（最高输入电压60V）二个系列。各系列均包括固定输出电压和可调工作电压的产品，固定电压的规格有±3.3V、±5V、±12V及±15V等。由于性能优良、效率高，LM2576系列电路是线性三端集成稳压电路LM7800和LM7900系列的替代产品。13.5开关式集成稳压电路

13.5.3LM2576系列开关集成稳压电路

1、封装和引脚功能LM2576系列电路采用TO-220和TO-263两种封装，外型如图所示。各引脚功能如下：1脚：输入端2脚：输出端3脚：地4脚：反馈信号端5脚：控制信号输入端13.5开关式集成稳压电路

13.5.3LM2576系列开关集成稳压电路

2、主要参数最大输出电流：3A；最高输入电压：LM2576为40V，LM2576HV为60V；输出电压：固定±3.3V、±5V、±12V、±15V可选，或输出电压可调；变换电路工作频率：52kHz；转换效率：75%～88%（不同电压输出时的效率不同）；

工作温度范围：-40℃～+125℃工作模式控制：控制信号输入端高电平时，电路关闭，输出电压为零，控制信号输入端低电平（或接地）时电路正常工作；所需外部元件：固定电压输出时仅四个，可调电压输出时需六个；器件保护：有过热自动关断及电流限制功能。13.5开关式集成稳压电路

13.5.3LM2576系列开关集成稳压电路

3、典型应用电路固定输出电压时，典型稳压应用电路如下图所示，该图以输出+5V电压为例，输出电压不同时，部分元件的规格将不同。图中C1、C2为铝介电容，耐压分别为75V和25V。13.5开关式集成稳压电路

13.5.3LM2576系列开关集成稳压电路

3、典型应用电路输出电压可调方式的电路见下图，输出电压等于：13.5开关式集成稳压电路

13.5.4MAX8614单片开关集成稳压电路这是一种用于数码相机的开关式集成稳压电路，其功能是将电池电压转换为稳定的电压输出，根据数码相机的需要，这种电路有两组稳定的电压输出，输入电压2.7V～5.5V（电池电压），输出电压为－7.5V和+15V。由于输入输出都是直流电压，这类电路也称DC-DC变换器。1、封装和引脚功能14脚TDFN薄型贴片封装，大小只有2.3mm×1.5mm，厚0.7mm，是尺寸最小的集成稳压电路之一，各引脚功能见下一页的图。2、主要特性参数输入电压：2.7V～5.5V；输出电压：可产生最高+24V正电压和－10V负电压，通过外接电阻设定；输出电流：最大输出电流100mA。13.5开关式集成稳压电路

13.5.4MAX8614单片开关集成稳压电路3、典型应用电路下图应用于数码相机时的电路，两组输出电压是：+15V/50mA，-75V/100mA，输出电压通过外接电阻调节。正输出电压U+决定于R1和R2的比值，它们之间的关系如下：

图中同时标出了各引脚的功能。13.5开关式集成稳压电路

13.5.5TOPSwitch单片开关集成稳压电路TOPSwitch单片开关集成稳压电路是美国动力（Power）公司1997年开发的产品，包括TOP100系列（TOP100Y～TOP104Y），TOP200系列（TOP200Y～TOP202Y，TOP214Y），TOP209／210系列和TOPSwitch－Ⅱ系列（TOP221～TOP227）。具有外围电路简单、性能指标优良、能构成无工频变压器开关电源等显著优点。可广泛用于仪器仪表、笔记本电脑、移动电话、电视机、VCD和DVD、摄录像机、手机电池充电器、功率放大器等领域，并能构成各种小型化、高密度、价格上能与线性稳压电源相竞争的AC／DC电源变换模块。下面以TOP200系列为例，介绍TOPSwitch单片开关集成稳压电路的应用。13.5开关式集成稳压电路

13.5.5TOPSwitch单片开关集成稳压电路1、封装和引脚功能TOP200系列稳压电路有三种形式封装：TO-220封装、DIP（双列直插）和SMD（表面贴片）封装，如图13-32所示。TOP200系列稳压电路是三端集成稳压电路，尽管其内部线路相当复杂，但对外只有三个引脚，分别称为：D—漏极；S—源极；C—控制极，图中已标出引脚的排列。注意对于8脚封装的电路，1、2、3、6、7、8脚是内部相连的。13.5开关式集成稳压电路

13.5.5TOPSwitch单片开关集成稳压电路2、主要特性参数（1）最大输出功率各种型号电路的最大输出功率如表所示，表中所列的是各种型号产品，不同封装，不同输入电压范围时的最大输出功率，单位是瓦（W）。（2）工作频率：100kHz。13.5开关式集成稳压电路

13.5.5TOPSwitch单片开关集成稳压电路由TOP224Y和外围元件组成的开关稳压电源如图1所示，电源的输出电压为15V，最大输出功率30W（最大输出电流2A）。13.6小功率稳压电源设计输出电流小于或等于1.5A的稳压电源属小功率稳压电源，这类电源一般都由集成稳压电路构成，下面介绍这类稳压电源的设计方法和步骤。13.6.1小功率交流供电稳压电源设计设计任务：稳压电源由220V电网供电，输出电压+5V，输出电流0.5A，要求电网电压波动±15%时，输出电压变化小于2mV，负载电流在10mA～500mA范围内变化时，输出电压变化小于1mV。交流供电稳压电源可以由线性集成稳压电路组成，也可以由开关集成稳压电路组成；可以使用工频变压器实行隔离，也可以通过高频变压器完成隔离。采用工频变压器进行隔离时，线路简单，但体积大、重量重。我们限于介绍工频变压器实行隔离的小功率稳压电源设计13.6小功率稳压电源设计13.6.1小功率交流供电稳压电源设计设计步骤如下：1、选择电路如下图所示，这是一个标准的电路，交流供电的稳压电源一般都选用此电路。13.6小功率稳压电源设计13.6.1小功率交流供电稳压电源设计设计步骤如下：2、选择集成稳压电路的型号并确定电路图：根据设计任务所提供的输出电压、输出电流、电压调整率、电流调整率等要求，选择集成稳压电路的型号。78系列中7805的输出电压为+5V，其电压、电流调整率均超过设计任务规定的要求，因此确定选用MC7805。13.6小功率稳压电源设计13.6.1小功率交流供电稳压电源设计3、确定电路中各元件的型号规格根据前面关于78系列电路的讨论，C1=033µF，C2=01µF选用涤纶电容，VD5选用1N4001（耐压50V），其余元件选择如下：（1）变压器参数设变压器次级输出电压的有效值为U1，则桥式整流后的平均电压U2等于电网电压等于220V时，U1=8.33V×220/187=9.8V；变压器次级电流有效值应大于输出电流，一般可取输出电流的1.5～2倍，现取I1=1A。（2）滤波电容C0可以按照以下经验公式估算：

～

本例滤波电容可选用1000µF电解电容。13.6小功率稳压电源设计13.6.2直流供电稳压电源设计直流供电的稳压电源，一般使用开关式集成稳压电路（也称DC-DC变换器）或低压降集成稳压电路。这类稳压电源的设计相对比较简单，首先根据电池电压和稳压电源输出电压选择合适的集成稳压电路（开关式或线性低压降式），然后根据该电路技术说明书要求配上外接元器件即可。例如，设计电池供电的稳压电源，电池电压4.5V，要求两组输出电压为+12V和－9V，电流50mA。可选用MAX8614，取电阻R2=100kΩ，将U+=12代入式（13-20），即求得R1=1MΩ；选取电阻R4=30.9kΩ，将U－=－9V代入式（13-21），即求得R1=220kΩ。如此选定这四个电阻，其余元件数值均按MAX8614说明书的要求选择，设计任务即告完成。～

第13章讲授到此结束

谢谢大家！谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全阀基本知识如果压力容器(设备/管线等)压力超过设计压力…1.尽可能避免超压现象堵塞(BLOCKED)火灾(FIRE)热泄放(THERMALRELIEF)如何避免事故的发生?2.使用安全泄压设施爆破片安全阀如何避免事故的发生?01安全阀的作用就是过压保护!一切有过压可能的设施都需要安全阀的保护!这里的压力可以在200KG以上,也可以在1KG以下!设定压力(setpressure)安全阀起跳压力背压(backpressure)安全阀出口压力超压(overpressure)表示安全阀开启后至全开期间入口积聚的压力.几个压力概念弹簧式先导式重力板式先导+重力板典型应用电站锅炉典型应用长输管线典型应用罐区安全阀的主要类型02不同类型安全阀的优缺点结构简单,可靠性高适用范围广价格经济对介质不过分挑剔弹簧式安全阀的优点预漏--由于阀座密封力随介质压力的升高而降低,所以会有预漏现象--在未达到安全阀设定点前,就有少量介质泄出.100%SEATINGFORCE75502505075100%SETPRESSURE弹簧式安全阀的缺点过大的入口压力降会造成阀门的频跳,缩短阀门使用寿命.ChatterDiscGuideDiscHolderNozzle弹簧式安全阀的缺点弹簧式安全阀的缺点=10090807060500102030405010%OVERPRESSURE%BUILT-UPBACKPRESSURE%RATEDCAPACITY普通产品平衡背压能力差.在普通产品基础上加装波纹管,使其平衡背压的能力有所增强.能够使阀芯内件与高温/腐蚀性介质相隔离.平衡波纹管弹簧式安全阀的优点优异的阀座密封性能,阀座密封力随介质操作压力的升高而升高,可使系统在较高运行压力下高效能地工作.ResilientSeatP1P1P2先导式安全阀的优点平衡背压能力优秀有突开型/调节型两种动作特性可远传取压先导式安全阀的优点对介质比较挑剃,不适用于较脏/较粘稠的介质,此类介质会堵塞引压管及导阀内腔.成本较高.先导式安全阀的缺点重力板式产品的优点目前低压储罐呼吸阀/紧急泄放阀的主力产品.结构简单.价格经济.重力板式产品的缺点不可现场调节设定值.阀座密封性差,并有较严重的预漏.受背压影响大.需要很高的超压以达到全开.不适用于深冷/粘稠工况.几个常用规范ASMEsectionI-动力锅炉(FiredVessel)ASMEsectionVIII-非受火容器(UnfiredVessel)API2000-低压安全阀设计(LowpressurePRV)API520-火灾工况计算与选型(FireSizing)API526-阀门尺寸(Val