第9講集成穩(wěn)壓器

模擬集成電路原理與應(yīng)用王青蒂qingdiwang@第9講集成穩(wěn)壓器9.1集成穩(wěn)壓器的特點及其分類9.2集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理9.1集成穩(wěn)壓器的特點及其分類穩(wěn)壓器將波動較大和達(dá)不到電器設(shè)備要求的電源電壓穩(wěn)定在它的設(shè)定值范圍內(nèi)，使各種電路或電器設(shè)備能在額定工作電壓下正常工作集成穩(wěn)壓器集成電路的直流穩(wěn)壓電源的核心部件相對于普通穩(wěn)壓器的特點穩(wěn)壓控制環(huán)路增益高，提高穩(wěn)壓性能可實現(xiàn)零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓內(nèi)設(shè)優(yōu)良的保護(hù)電路體積小、重量輕、外圍元器件少9.1集成穩(wěn)壓器的特點及其分類集成穩(wěn)壓器的分類按電路類型分類

單片IC穩(wěn)壓器

混合集成穩(wěn)壓器按調(diào)整元件工作狀態(tài)分類

連續(xù)方式穩(wěn)壓器

開關(guān)方式穩(wěn)壓器9.2集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)特性參數(shù)電壓調(diào)整率SV

當(dāng)負(fù)載電流Io不變而輸入電壓vi變化時，輸出電壓vo的相對變化量與輸入電壓變化量的比值電流調(diào)整率SI

輸入電壓vi不變而負(fù)載電流Io在規(guī)定變化內(nèi)變化時，輸出電壓的相對變化值9.2集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)特性參數(shù)輸出阻抗Zo

輸入電壓不變vi時，輸出電壓變化量與引起變化的負(fù)載電流變化量的比值波紋抑制比SR

輸入電壓中波紋電壓峰-峰值與輸出電壓中的波紋電壓峰-峰值之比的分貝值9.2集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)特性參數(shù)輸出電壓的溫度系數(shù)ST

輸入電壓vi以及負(fù)載電流Io不變時，單位溫度變化所引起的輸出電壓的相對變化量輸出噪聲電壓VNP

規(guī)定輸入電壓vi下，穩(wěn)壓器輸出噪聲的均方根值9.2集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)工作參數(shù)最大輸入電壓Vim

保證穩(wěn)壓器安全工作的最大輸入電壓瞬時值輸出電壓范圍及輸出電壓偏差

可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：Vomin~Vomax

固定式集成穩(wěn)壓器輸出電壓偏差：實際值與標(biāo)稱值之差最小與最大輸入輸出電壓差最小與最大輸出電流最高結(jié)溫第9講集成穩(wěn)壓器9.1集成穩(wěn)壓器的特點及其分類9.2集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路直流穩(wěn)壓電源中的集成穩(wěn)壓器濾波整流穩(wěn)壓變壓交流電源負(fù)載OtuOtuOtuOtuOtu220V單向脈動電壓合適的交流電壓平滑直流電壓穩(wěn)定直流電壓9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路集成穩(wěn)壓器的組成調(diào)整管取樣電路比較放大電路基準(zhǔn)電壓電路啟動電路保護(hù)電路9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路基準(zhǔn)電壓電路基本齊納基準(zhǔn)電壓電路

DZ具有正溫度系數(shù)三極管發(fā)射結(jié)正偏壓具有負(fù)溫度系數(shù)兩者相反的特性實現(xiàn)互補獲得低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路基準(zhǔn)電壓電路零溫度系數(shù)齊納基準(zhǔn)電壓電路

基準(zhǔn)電壓9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路基準(zhǔn)電壓電路零溫度系數(shù)齊納基準(zhǔn)電壓電路

溫度補償原理9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路比較放大電路9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路啟動電路9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路保護(hù)電路限流型過載保護(hù)電路9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路保護(hù)電路截流型過載保護(hù)電路第9講集成穩(wěn)壓器9.1集成穩(wěn)壓器的特點及其分類9.2集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)9.3集成穩(wěn)壓器中基本電路9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點線性穩(wěn)壓電路的缺點

調(diào)整管管耗大

電源效率低(40%~60%)開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點

調(diào)整管處于開關(guān)狀態(tài)，損耗小

效率高

穩(wěn)壓范圍寬

體積小、重量輕開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點

輸出電壓紋波較大、動態(tài)響應(yīng)時間長、電流電壓變化率大

控制電路復(fù)雜9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理開關(guān)穩(wěn)壓器的組成功率開關(guān)管（調(diào)整管）儲能元件（儲能電感或變壓器）脈沖整流濾波電路控制電路

取樣電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大器、開關(guān)脈沖形成及調(diào)制電路各種保護(hù)電路9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類按功率開關(guān)管與負(fù)載見連接方式分類

串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類按功率開關(guān)管與負(fù)載見連接方式分類

并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類按功率開關(guān)管與負(fù)載見連接方式分類

脈沖變壓器耦合并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類按啟動方式分類

自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源

他激式開關(guān)穩(wěn)壓電源9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類按穩(wěn)壓的控制方式分類

脈沖寬度調(diào)制式

脈沖調(diào)頻式9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理降壓型輸出電路設(shè)開關(guān)管導(dǎo)通壓降：vCE=Vsat二極管導(dǎo)通正向壓降VD電感L上的最小電流：iLmin=0開關(guān)信號控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與截止設(shè)導(dǎo)通時間為：

ton，截止時間為：

toff，開關(guān)周期：Ts=ton+toff

開關(guān)管T飽和導(dǎo)通期間（ton時間內(nèi)），Vi通過T、L、Co、RL形成回路，電感電流iL不能突變，電感兩端產(chǎn)生極性左正右負(fù)的自感電動勢，存儲能量，二極管D反偏截止9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理降壓型輸出電路iL從iLmin=0開始線性增加，經(jīng)過ton時間，T轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂勾藭riL達(dá)到最大值正增量電流表示為：

在開關(guān)管T截止期間（toff時間內(nèi)），電感L兩端產(chǎn)生極性為左負(fù)右正的自感電動勢，使二極管D正偏導(dǎo)通，iL從Ipk逐漸減小

經(jīng)過toff時間，減小到iLmin=0，負(fù)增量電流表示為：9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理降壓型輸出電路

因為

所以：

輸出電壓：

理想情況下，

，則所以調(diào)節(jié)控制電路的脈沖寬度，可以實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整從而實現(xiàn)穩(wěn)壓，并且輸出電壓總是低于輸入電壓9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理降壓型輸出電路9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理升壓型輸出電路設(shè)開關(guān)管導(dǎo)通壓降：vCE=Vsat二極管導(dǎo)通正向壓降VD電感L上的最小電流：iLmin=0開關(guān)信號控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與截止設(shè)導(dǎo)通時間為：

ton，截止時間為：

toff，開關(guān)周期：Ts=ton+toff

開關(guān)管T飽和導(dǎo)通期間（ton時間內(nèi)），Vi通過L、T形成回路，電感電流iL不能突變，電感兩端產(chǎn)生極性左正右負(fù)的自感電動勢，存儲能量，二極管D反偏截止，Co放電提供電流Io9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理升壓型輸出電路iL從iLmin=0開始線性增加，經(jīng)過ton時間，T轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂勾藭riL達(dá)到最大值正增量電流表示為：

在開關(guān)管T截止期間（toff時間內(nèi)），電感L兩端產(chǎn)生極性為左負(fù)右正的自感電動勢，使二極管D正偏導(dǎo)通，Vi通過L、D、Co、RL形成回路，L釋放存儲能量； iL從Ipk逐漸減小，經(jīng)過toff時間，減小到iLmin=0，負(fù)增量電流表示為：9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理升壓型輸出電路

因為

所以：

輸出電壓：

理想情況下，

，則所以調(diào)制控制電路的脈沖寬度，可以實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整從而實現(xiàn)穩(wěn)壓，并且輸出電壓總是高于輸入電壓9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理升壓型輸出電路9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理反極型輸出電路設(shè)開關(guān)管導(dǎo)通壓降：vCE=Vsat二極管導(dǎo)通正向壓降VD電感L上的最小電流：iLmin=0開關(guān)信號控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與截止設(shè)導(dǎo)通時間為：

ton，截止時間為：

toff，開關(guān)周期：Ts=ton+toff

開關(guān)管T飽和導(dǎo)通期間（ton時間內(nèi)），Vi通過T、L形成回路，電感電流iL不能突變，電感兩端產(chǎn)生極性上正下負(fù)的自感電動勢，存儲能量，二極管D反偏截止，Co放電提供電流Io9.4開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理輸出電路的工作原理反極型輸出電路iL從iLmin=0開始線性增加，經(jīng)過ton時間，T轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂勾藭riL達(dá)到最大值正增量電流表示為：

在開關(guān)管T截止期間（toff時間內(nèi)），電感L兩端產(chǎn)生極性為上負(fù)下正的自感電動勢，使二極管D正偏導(dǎo)通，L釋放存儲能量 iL