06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院1第7章集成穩(wěn)壓電源7.1線性集成穩(wěn)壓電源7.2新型低壓差集成穩(wěn)壓器

7.3開關(guān)型穩(wěn)壓電源7.4新型單片開關(guān)電源06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院27.1線性集成穩(wěn)壓電源7.1.1線性集成穩(wěn)壓器的基本結(jié)構(gòu)7.1.2集成穩(wěn)壓器的參數(shù)7.1.3集成穩(wěn)壓器的分類及使用注意事項7.1.4三端集成穩(wěn)壓器7.1.5三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院37.1.1線性集成穩(wěn)壓器的基本結(jié)構(gòu)主要由基準電壓、比較放大器、取樣電路、調(diào)整電路、啟動電路和保護電路組成。圖7-1-1線性集成穩(wěn)壓器的基本構(gòu)成06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院47.1.2集成穩(wěn)壓器的參數(shù)1.電壓調(diào)整率SV2.電流調(diào)整率SI3.輸出阻抗Z0

4.輸出電壓長期穩(wěn)定性ST

5.輸出電壓溫漂SP

6.紋波抑制比SRR7.最大輸入電壓UImax8.最小輸入輸出電壓差（UI

Uo）9.輸出電壓Uo10.最大輸出電流Io11.穩(wěn)壓器最大功耗PM

06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院5集成穩(wěn)壓器使用時應(yīng)注意以下5點：①集成穩(wěn)壓器電路品種很多，從調(diào)整方式上有線性的和開關(guān)式的；從輸出方式上有固定和可調(diào)式的。因三端穩(wěn)壓器優(yōu)點比較明顯，使用操作都比較方便，選用時應(yīng)優(yōu)先考慮。②在接入電路之前，一定要分清引腳及其作用，避免接錯時損壞集成塊。輸出電壓大于6V的三端集成穩(wěn)壓器的輸入、輸出端需接保護二極管，可防止輸入電壓突然降低時，輸出電容對輸出端放電引起三端集成穩(wěn)壓器的損壞。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院6

③為確保輸出電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)保證最小輸入輸出壓差。如三端集成穩(wěn)壓器的最小壓差約2V，一般使用時壓差應(yīng)保持在3V以上。同時又要注意最大輸入輸出壓差范圍不超出規(guī)定范圍。④為了擴大輸出電流，三端集成穩(wěn)壓器允許并聯(lián)使用。⑤使用時，要焊接牢固可靠。對要求加散熱裝置的，必須加裝符合要求尺寸的散熱裝置。

06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院77.1.4三端集成穩(wěn)壓器1.78XX/79XX系列的特點圖7-1-2三端集成穩(wěn)壓器的封裝形式和引腳功能06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院82.典型應(yīng)用電路輸入電壓的選擇是：Umax>UI>Uo+2V

圖7-1-378XX的基本應(yīng)用電路式中，UImax為產(chǎn)品允許的最大輸入電壓；Uo為輸出電壓；2V為最小輸入輸出電壓差。電路中的外接二極管VD起輸入短路保護作用。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院9圖7-1-4采用穩(wěn)壓管提高輸出電壓電路Uo=Uoo+UZ

（7-1-2）式中，Uoo為78XX系列產(chǎn)品輸出電壓，UZ為穩(wěn)壓二極管VDZ的穩(wěn)定電壓。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院10圖7-1-5采用電阻升壓法提高輸出電壓電路I2=I1+IDUo=Uoo+I2R2=Uoo+(I1+ID)R206二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院11圖7-1-6擴大輸出電流的電路Io=Io1+Ioo(7-1-6)

VT1是外接擴流功率管，它能提供的輸出電流為Io1，而穩(wěn)壓器本身輸出電流為Ioo，則總的輸出電流Io

VT2和Rs組成限流保護電路。

06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院12圖7-1-7提高輸入電壓的電路圖

圖7-1-9電阻降壓法電路

圖7-1-8

采用三極管和穩(wěn)壓管

提高輸入電壓的電路UI

=UZ-UBE06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院13圖7-1-10穩(wěn)壓器降壓法電路圖7-1-11恒流源電路輸出電流Io=5V/R+ID式中，ID=1.5mA（采用7805）。因此，改變R可調(diào)整輸出電流的大小。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院147.1.5三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器1.三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器的特點圖7-1-12三端可調(diào)穩(wěn)壓器的外形與管腳配置06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院152.典型應(yīng)用電路(1)一般應(yīng)用電路輸出電壓

Uo=1.25(1+RRP／R1)+IDRRP

圖7-1-13一般應(yīng)用電路06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院16(2)固定低壓輸出電路圖7-1-14

固定低壓輸出電路圖7-1-15加外接保護電路

不加可調(diào)輸出電阻網(wǎng)絡(luò)，得到1.25V固定低壓輸出的電路，溫度漂移很低，只由內(nèi)部基準電壓源的溫漂決定。(3)加外接保護電路06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院173.應(yīng)用實例①從零起調(diào)的實用穩(wěn)壓電源。

圖7-1-16從零起調(diào)的實用穩(wěn)壓電源06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院18②擴大輸出電流的電路。

圖7-1-17采用外接PNP功率管擴大電流的實用電路

06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院19③恒流源電路圖7-1-18恒流源電路輸出電流為1A的恒流源電路輸出電流可調(diào)的恒流源電路06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院207.2新型低壓差集成穩(wěn)壓器7.2.1新型低壓差78系列/MIC5156的應(yīng)用1.KA78系列低壓差穩(wěn)壓器

圖7-2-1KA78L05內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院21圖7-2-3KA78R05/12

典型應(yīng)用電路圖7-2-2KA78R05/12的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖與管腳配置06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院22圖7-2-5采用MIC5156構(gòu)成的電源電路圖7-2-6采用MIC5158構(gòu)成的電源電路2.MIC5156的應(yīng)用06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院237.2.2超微功耗線性穩(wěn)壓器1.BAF033線性穩(wěn)壓器BAF033是一種超微功耗線性穩(wěn)壓器集成電路。由該器件組成的穩(wěn)壓器有以下主要特點：①超低靜態(tài)電流，其典型值為1.1μA。②壓差低，在輸出電流Io=30mA時，壓差小于0.6V。③輸出精度高，最大允差為±2.5%。④輸出電壓溫度參數(shù)低，典型值為±1×10－4(℃)－1。⑤較好的線性調(diào)整率，典型值為0.001V－1。⑥尺寸小，SOT-23封裝。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院24圖7-2-7BAF033內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖7-2-8BAF033典型應(yīng)用電路

06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院252.BAL029/030線性穩(wěn)壓控制器(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能圖7-2-9BAL系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖7-2-10BAL系列應(yīng)用電路(2)應(yīng)用電路7.2.3單片機用低壓差穩(wěn)壓器06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院26①輸出電壓精度高(20%)；②輸出噪聲低(2μA)；③壓差低，在輸出為100mA時，最大壓差為35mV(TPS7350)；④靜態(tài)電流小，典型值為340μA(與負載電流大小有關(guān))；⑤有關(guān)閉電源控制端，在關(guān)閉電源狀態(tài)時，耗電僅0.5μ；⑥內(nèi)部有監(jiān)視輸出電壓電路，降到門限電壓時，復(fù)位端輸出低電平復(fù)位信號；⑦內(nèi)部有過流限制及過熱保護。1.TPS73系列的基本特點TPS73系列有3.3V，4.85V和5V固定電壓輸出，及輸出為1.2～9.75V可設(shè)定輸出電壓等四個品種，最大輸出電流可達500mA。該系列主要特點有：06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院27圖7-2-11TPS7350

管腳排列2.封裝與管腳功能3.TPS7350系列的典型應(yīng)用電路圖7-2-12TPS7350

典型應(yīng)用電路06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院28圖7-2-15用電位器代替R1的電路圖7-2-14TPS7301典型應(yīng)用電路

4.TPS7301的典型應(yīng)用電路06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院297.3開關(guān)型穩(wěn)壓電源

近20年來，集成開關(guān)電源的發(fā)展方向主要分為交流／直流（AC/DC）與直流／直流（DC/DC）兩大類。AC/DC開關(guān)電源的輸入電壓要通用，要廣泛適應(yīng)世界各國電網(wǎng)的電壓規(guī)格。例如，交流輸入80～264V。而DC/DC開關(guān)電源要以電池作為后備輸入電源。

開關(guān)電源的發(fā)展趨勢可概括為：高頻化、高效率、無污染、智能化、模塊化。

目前，開關(guān)頻率已從20kHz左右提高到幾百千赫至幾兆赫。與此同時，供開關(guān)電源使用的元器件也獲得長足發(fā)展。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院307.3.1開關(guān)電源的基本原理和類型

開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管及所有的晶體管大都工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，截止期間，晶體管無電流，因此不消耗功率，而導(dǎo)通時，晶體管的功耗為飽和壓降乘以電流，因此電路的功耗很小，效率很高，可達80%~90%。比普通線性穩(wěn)壓電源提高了近一倍。故開關(guān)電源SPS（SwitchingPowerSupply）被譽為高效節(jié)能型電源。

06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院31

開關(guān)電源的基本電路及工作波形如圖7-3-1所示，其中VT為開關(guān)調(diào)整管。VD為續(xù)流二極管。電感L為儲能之件，C為濾波電容，RL為負載電阻。圖7-3-1開關(guān)電源基本電路及工作波形1.開關(guān)電源的基本原理06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院32

在一個周期內(nèi)，開關(guān)管導(dǎo)通期間電感L儲存的能量等于開關(guān)管截止期間釋放的能量，即開關(guān)管飽和期間通過電感電流的增量ΔIL1與開關(guān)管截止期間電感電流的減少量ΔIL2相等時，電路達到動態(tài)平衡，獲得一個穩(wěn)定輸出Uo。根據(jù)穩(wěn)定條件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）可見，可以通過控制開關(guān)管激勵脈沖的占空系數(shù)來調(diào)整開關(guān)電源的輸出電壓Uo。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院33圖7-3-2開關(guān)電源的基本組成方框①串聯(lián)型。圖示的開關(guān)電源基本形式即是串聯(lián)型開關(guān)電源，其特點是開關(guān)調(diào)整管VT與負載RL串聯(lián)。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院342.開關(guān)電源電路的基本類型(1)串聯(lián)型、并聯(lián)型和變壓器耦合(并聯(lián))型開關(guān)電源06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院35圖7-3-3并聯(lián)型開關(guān)電源基本電路

②并聯(lián)型。并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源基本電路如圖7-3-3所示，其工作波形與串聯(lián)電路基本相同。因開關(guān)管VT與負載RL并聯(lián)而稱之為并聯(lián)型。此外二極管VD通常稱之為脈沖整流管，C為濾波電容。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院36圖7-3-4變壓器耦合型開關(guān)電源基本電路06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院37

(2)自激式和他激式開關(guān)電源

(3)脈沖寬度調(diào)制式和脈沖頻率調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源

脈沖寬度控制（調(diào)寬）式開關(guān)電源穩(wěn)壓電路在通過改變開關(guān)脈沖寬度（控制開關(guān)管導(dǎo)通時間）來穩(wěn)定輸出電壓的過程中，開關(guān)管的工作頻率不改變。

脈沖頻率控制（調(diào)頻）式開關(guān)電源在穩(wěn)壓控制過程中，改變開關(guān)脈沖的占空比的同時，開關(guān)管的工作頻率也隨著發(fā)生變化，故稱之為調(diào)頻—調(diào)寬式穩(wěn)壓電源。

自激式不需專設(shè)振蕩電路，用開關(guān)調(diào)整管兼做振蕩管，只需設(shè)置正反饋電路使電路起振工作，因而電路比較簡單。他激式開關(guān)電源。需專設(shè)振蕩器和啟動電路，電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院38圖7-3-5兩種控制方式的調(diào)制波形06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院39(4)混合調(diào)制方式(5)

開關(guān)管的典型工作方式按開關(guān)管的連接和工作方式分類，開關(guān)穩(wěn)壓電源可分為單端式，推挽式，半橋式和全橋式四種。單端式僅用了一個開關(guān)晶體管，推挽式或半橋式采用兩個開關(guān)晶體管，全橋式則采用四個開關(guān)晶體管。

目前彩色電視機、顯示器、打印機、傳真機等開關(guān)穩(wěn)壓電源常采用單端式，而微機開關(guān)電源均采用半橋式。

脈沖寬度與開關(guān)頻率均不固定，彼此都能改變。屬于PWM和PFM的混合方式。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院407.3.2脈寬調(diào)制式開關(guān)電源原理圖7-3-6脈寬調(diào)制式開關(guān)電源的基本原理圖06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院417.3.3筆記本電腦中的開關(guān)穩(wěn)壓電源1.MAX786的性能特點2.MAX786的工作原理

筆記本電腦是由低壓（通常為3.3V，少數(shù)為3.45V或3.6V）、微功耗、小型化超大規(guī)模集成電路和表面安裝元件（SMC）構(gòu)成的，被譽為“綠色”（節(jié)能型）計算機。下面介紹MAXIM公司生產(chǎn)的MAX786型雙路輸出電源控制器，可作為3.3V標準型筆記本電腦的開關(guān)式穩(wěn)壓電源。(1)管腳排列圖7-3-7MAX786

管腳排列06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院42(2)工作原理圖7-3-8MAX786內(nèi)部框圖06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院43圖7-3-9MAX786外部接線圖06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院443.由MAX786構(gòu)成的筆記本電腦開關(guān)電源圖7-3-10筆記本電腦開關(guān)電源電路(1)電路06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院45(2)系統(tǒng)框圖圖7-3-11系統(tǒng)連接框圖06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院467.3.4大屏幕彩色電視機開關(guān)電源1.開關(guān)電源中的厚膜電路

厚膜電路是在阻容元件和半導(dǎo)體技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種混合集成電路。它是利用厚膜技術(shù)在陶瓷基片上制作膜式元件和連接導(dǎo)線，將某一單元電路的各元件集成在一塊陶瓷基板上，使之成為一個整體部件，其外形有封閉和開放兩種封裝形式。

在彩色電視機中，穩(wěn)壓電源厚膜電路是將開關(guān)穩(wěn)壓電路的各單元功能電路，如開關(guān)振蕩、電源啟動及穩(wěn)壓控制等部分的所有元件全部集成在一塊基板上，以形成全集成化的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。在使用時，其外圍除了加接開關(guān)變壓器及少量的大功率、大容量的阻容元件外，不需加其它器件，電路結(jié)構(gòu)相當簡單，為流水線生產(chǎn)整機，保證性能的一致性和可靠性提供了方便。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院47圖7-3-12STR–S5941構(gòu)成的開關(guān)電源電路2.自激式開關(guān)電源新技術(shù)06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院48片內(nèi)VT1為大功率開關(guān)管，VT2為脈寬調(diào)制器，VT5為誤差放大器，VT4為保護控制管，R1，R2，R3，VD3為取樣標準元件。STR-S5941增加VT3控制管，作用是改善對開關(guān)管VT1的正反饋激勵條件。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院49STR-S5941的6腳外接軟啟動元件R620，C607，R630，C630。當電源開關(guān)剛剛接通時，利用C607，C630的充電電流使VT4瞬間導(dǎo)通，從而使開關(guān)晶體管VT1在開機瞬間時電流不致于太大，起到緩沖作用。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院507.4新型單片式開關(guān)電源

單片開關(guān)電源，自20世紀90年代中期問世以來，在國際上獲得廣泛應(yīng)用。單片開關(guān)電源具有單片集成化、最簡外圍電路、最佳性能指標、無工頻變壓器、能完全實現(xiàn)電氣隔離等顯著特點。

DC-DC變換器就是為了適應(yīng)電子設(shè)備內(nèi)多種直流電源的需要把直流電源進行升壓、降壓變化的開關(guān)電源。移動電話、筆記本電腦、PDA、攝錄一體機等都會用到DC-DC變換器，且要求形狀匹配，精度提高。

AC-DC轉(zhuǎn)換器主要用于電源供應(yīng)、適配器、照明用鎮(zhèn)流器、音響放大器等。06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院517.4.1單片開關(guān)電源的基本原理

TOPSwitch系列單片開關(guān)電源的典型應(yīng)用電路如下圖。高頻變壓器在電路中具備能量儲存、隔離輸出和電壓變換這三大功能。圖7-4-1單片機開關(guān)電源典型應(yīng)用電路06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院521.單片開關(guān)電源的兩種工作模式圖7-4-2兩種模式的開關(guān)電流波形

單片開關(guān)電源由兩種工作模式，一種是連續(xù)模式CUM（ContinuousMode），另一種是不連續(xù)模式DUM（DiscontinuousMode）。波形如下：06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院532.反饋電路四種基本類型類型之一06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院54類型之二06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院55類型之三06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院56類型之四06二月2023集成電路原理及應(yīng)用山東理工大學電氣與電子工程學院577.4.2單片開關(guān)電源的典型應(yīng)用圖7-4-43.6W手機電池充電器電路(1)3.6W