1、13110-2.1 稳压电路概述10-2.1.1 引起输出电压不稳定的原因引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化，参见图 10-2.01。负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。即 ),(=OIVf图 10-2.01 稳压电源方框图10-2.1.2 稳压电路的技术指标用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。 VI 和 IO 引起的 VO 可用下式表示。 IrOLIORSIV(1)稳压系数 Sr稳压系数的定义为0=IOIr=V（2）电压调整率 SV 132%101=IOVS电压调整率是特指 VI/VI =10%时的 Sr。（3）输出电阻 Ro0
2、=OoIV（4）电流调整率 SI电流调整率 SI 的定义是当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。%10=OIIV（5）纹波抑制比 Srip Srip 定义为输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。p-oirip20lg=V（6）输出电压的温度系数 ST%101=0,OTIVI如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数。),(OIfV10-2.2 硅稳压二极管稳压电路10-2.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的电路图如图 10-2.02 所示。它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大
3、的电流变化，只会引起较小的电压变化。133图 10-2.02 硅稳压二极管稳压电路（1） 当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知RIVVRIZO=LR+I输入电压 VI 的增加，必然引起 VO 的增加，即 VZ 增加，从而使 IZ 增加，I R 增加，使VR 增加，从而使输出电压 VO 减小。这一稳压过程可概括如下：VIV OV ZI ZI RV RV O这里 VO 减小应理解为，由于输入电压 VI 的增加，在稳压二极管的调节下，使 VO 的增加没有那么大而已。V O 还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。（2） 当负载电流变化时如何稳压负载电流 IO 的增加，必然引起 IR 的增加，即 V
4、R 增加，从而使 VZ=VO 减小，I Z 减小。IZ 的减小必然使 IR 减小，V R 减小，从而使输出电压=V O 增加。这一稳压过程可概括如下：IO IR VRV Z（V O）I ZI RV RV O10-2.2.2 稳压电阻的计算稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R 的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻 R 越大，稳压性能越好。稳压电阻 R 的作用是将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时 R 也是限流电阻。显然，R 的数值越大，较小 IZ 的变化就可引起足够大的 VR 变化，就可达到足够的稳压效果。但 R 的
5、数值越大，就需要较大的输入电压 VI 值，损耗就要加大。稳压电阻的计算如下。（1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时 IZ 不应小于 IZmin，由此计算出来稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即134LmaxZinImax=VR（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时 IZ 不应超过 IZmax，由此可计算出来稳压电阻的最小值。即LminZaxImin=VRi稳压二极管在使用时，一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！10-2.2.3 基准源基准源一般是指击穿电压十分稳定，电压温度系数经过补偿了的稳压
6、二极管。基准源也称为参考源。这种稳压二极管采用一种埋层工艺，稳压性能优良，有的还加有温度控制电路，使其温度系数可小到几个 106/。典型的基准源见下表。基准源型号 稳定电压(V) 工作电流(mA) 电压温度系数(10 6/) MC1403 2.51 1.2 10100 LM136/236/336 2.5 10 305.0 10 30 TL431 2.536 0.4100 50 LM3999 6.955 10 5 AD2710K/L 10.0001mV 10 2/1 MAX676 4.0960.01 5 1677 5.0000.01 5 1678 10.0000.01 5 1 10-2.3 线性
7、串联型稳压电源稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大、效率低。10-2.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理(1) 线性串联型稳压电源的构成线性串联型稳压电源的工作原理可以用图 10-2.03 加以说明。135图 10-2.03 串联稳压电源示意图显然，V O =VI- VR，当 VI 增加时， R 受控制而增加，使 VR 增加，从而在一定程度上抵消了 VI 增加对输出电压的影响。若负载电流 IL
8、增加，R 受控制而减小，使 VR 减小，从而在一定程度上抵消了因 IL 增加，使 VI 减小，对输出电压减小的影响。 在实际电路中，可变电阻 R 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 VCE，V CE 相当于 VR。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。典型的串联型稳压电路如图 10-2.04 所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。图 10-2.04 串联型稳压电路方框图(2) 线性串联型稳压电源的工作原理根据图 10-2.04，分两种情况来加以讨论。1输入电压变化，负载电流保持不变输入电压 VI 的增加，必然会使
9、输出电压 VO 有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号 VF 与基准源电压 VREF 比较，获得误差信号 V 。误差信号经放大后，用 VO1 去控制调整管的管压降 VCE 增加，从而抵消输入电压增加的影响。VIV OV FV O1V CEV O2负载电流变化，输入电压保持不变负载电流 IL 的增加，必然会使输入电压 VI 有所减小，输出电压 VO 必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号 VF 与基准电压源 VREF 比较，获得的误差信号使 VO1 增加，从而136使调整管的管压降 VCE 下降，从而抵消因 IL 增加使输入电压减小的影响。ILV IV OV FV O1V CEV O3输
10、出电压调节范围的计算根据图 10-2.04 可知VFV REF REF231O1)“+(=V调节 R2 显然可以改变输出电压。 （动画 16-1） （动画 1-2）10-2.3.2 稳压电路的保护环节串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。保护的方法有反馈保护型和温度保护型两种。反馈保护型又分截流型和限流型两种，它们的保护特性如图 10-2.05 和图 10-2.06 所示。温度保护型是利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作 PN 结温度
11、传感器，当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。图 10-2.05 截流型特性 图 10-2.06 限流型特性截流型是当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零。截流特性如图 10-2.05 所示。限流型是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，使输出电流得以限制。限流特性如图 10-2.06 所示。 13710-2.3.3 三端集成稳压器(1)概述将线性串联稳压电源和各种保护电路集成在一起就得到了集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个外引线：输入端、输出端和公共端。它的电路符号如图 10-2.07 所示，外形如图
12、10-2.08 所示。 要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器,它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。图 10-2.07 集成稳压器符号 图 10-2.08 外形图 (2) 线性三端集成稳压器的分类三端集成稳压器有如下几种：1.三端固定正输出集成稳压器，国标型号为 CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端固定负输出集成稳压器，国标型号为 CW79-/CW79M-/CW79L-3.三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117-/CW117M-/CW117L-CW217-/CW217M-/CW217L-CW317-/CW317M-/CW317L-4.三端可调负输出集成稳压器，国标型
13、号为CW137-/CW137M-/CW137L-CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L-5.三端低压差集成稳压器6.大电流三端集成稳压器以上 1为军品级；2为工业品级；3为民品级。军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55150；工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25150；民品级多为塑料封装，工作温度范围 0125。 138(3)应用电路三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图 10-2.09 所示, 三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图 10-2.10 所示。图 10-2.09 三端固定输出稳压器应用电路 图 10-2.10
14、三端可调输出稳压器应用电路可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是 1.25V 的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。 )1(25.+=PPa1REFO RIV(4)利用三端集成稳压器组成恒流源三端集成稳压器可做恒流源使用，电路如图 10-2.11 和图 10-2.12 所示。图 10-2.11 稳压器作恒流源(a)小电流恒流源 (b)大电流恒流源图 10-2.12 可调稳压器作恒流源电路13910-2.4 开关型稳压电源为解决线性稳压电源功耗较大的缺点，研制了开关型稳压电源。开关型稳压电源效率可达 90%以上，造价低，体积小。现在开关型稳压电源已经比较成熟，广泛应用于各种电子电
15、路之中。开关型稳压电源的缺点是纹波较大，用于小信号放大电路时，还应采用第二级稳压措施。10-2.4.1 开关型稳压电路的工作原理开关型稳压电源的原理可用图 10-2.13 的电路加以说明。它由调整管、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。图 10-2.13 开关型稳压电源原理图三角波发生器通过比较器产生一个方波 vB，去控制调整管的通断。当调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管 D 即可起到这个作用，有利于保护调整管。根据电路图的接线，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，（输出波形中电位水平高于高电平
16、最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分）。对应调整管的导通时间为 ton；反之为低电平，（输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分）。对应调整管的截止时间为 toff 。为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，FV O 增加，比较放大器的输出 VF 减小，比较器方波输出 toff 增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。各点波形见图 10-2.14。由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流 iL 为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。忽略电感的直流电阻，输出电压
17、 VO 即为 vE 的平均分量。于是有140qVTt tvtTttIonI onCESIfD0EO)(1+)(1d=1q 称为占空比，方波高电平的时间占整个周期的百分比。在输入电压一定时，输出电压与占空比成正比，可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制（PWM）。图 10-2.14 开关电源波形图由以上分析可以得出如下结论：1 调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；2 调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器；3 可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4 在许多场合可以省去电源变压器；5 由于开关频率较高，
18、滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。10-2.4.2 集成开关型稳压器(1)开关稳压电源概述集成开关稳压器，一般有两大类型。一类是包括调整管在内的集成开关稳压器;另一类称为开关电源控制器，它不包括调整管。开关电源控制器实际上就是一个脉冲宽度调制141（PWM）控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。典型的开关电源控制器和开关电源见下表。型号 电源范围/V 最大输出电流/A 内部参考源/V 输出级形式TL494 740 0.2 5 推挽SG3524 835 0.1 5 推挽SG3525 835 0.5 5 推挽LM2575 3.535 1 1.23 表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳
19、压器。(2)开关稳压电源控制器 SG3524利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。 SG3524 是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图如图 10-2.15 所示。它的内部包括误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等环节。图 10-2.15 SG3524 的内部方框图SG3524 构成开关稳压电源的典型电路如图 10-2.16 所示。3524 从 11 和 14 脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，其开关频率由 6 和 7 脚外接的 R5 和 C2 决定。1 和 2 脚是内部运算放大器的输入端，R 1 和 R2 构成反馈回路。16
20、脚是基准源，由 R3 和 R4 给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。V 3 和 V4 是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电平，它的输出即为低电平。 V3 和 V4 的输出由 V2、CP 、Q 或 决定。因 Q 和 只能有一个是高电平，T 2 和 T1 不可能同时导通。T 1 和 T2 只能按推挽方式工作，轮流交替导通。142图 10-2.16 开关稳压电源应用电路SG3524 电路控制过程的波形如图 10-2.17 所示。锯齿波由振荡器提供，V 1 是误差放大器的输出，它们一起加到比较器上。V 2 是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动 T 触发器，CP、Q 和 V2 的或非是
21、 V3，决定 T1 的通断。CP 、 和 V2 的或非是 V4，决定 T2 的通断。Q由于 Q 和 等宽，加上 V2 的存在，所以 V3 和 V4 这两路信号之间有一定的死区，以保证T1 和 T2 管不会同时导通。当 V1 降低时，V 2 加宽，T 1 和 T2 的宽度变窄，导通时间减小。反之，当 V1 增加时，T 1 和 T2 的导通时间增加。图 10-2.17 SG3524 的波形图(3) SG3524 构成的开关稳压电源现在来讨论 3524 构成的开关稳压电源的工作原理，原理电路图如图 10-2.16 所示，内部结构如图 10-2.15 所示。设负载电流加大， Vo 下降，反馈电压减小，
22、误差放大器的输出143V1 增加，T 1 和 T2 的导通时间增加，输出电压 Vo 增加。反之，当 Vo 增加时，反馈电压增加，V 输出减小，T 1 和 T2 的导通时间减小，输出电压 Vo 减小。当三极管的电流过大时，电阻R9 上的压降增加到使限流运算放大器的输出为低，即 V1 在大大下降，使 T1 和 T2 关断。SG3524 的 10 脚也有保护功能，当 10 脚加高电平时，可以强迫 V1 下降，T 1 和 T2 关断。10脚与 4 脚可实现双重保护。由于 SG3524 可在较高的频率下工作，T 1 和 T2 应选用高频开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都可以选用较小的数值。
