第三講電源集成穩(wěn)壓電路設(shè)計討論

第三講電源集成穩(wěn)壓電路設(shè)計討論第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三第三講電子系統(tǒng)中的電源第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容電源的主要技術(shù)指標常用的整流濾波電路線性集成穩(wěn)壓電源及其應(yīng)用開關(guān)型集成穩(wěn)壓器及其應(yīng)用直流——直流變換器及其應(yīng)用電壓基準第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源1——直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標主要技術(shù)指標：性能參數(shù)工作參數(shù)性能參數(shù)1、穩(wěn)壓系數(shù)Sv：又稱電壓調(diào)整率，體現(xiàn)了抗輸入電壓變化的能力。2、輸出系數(shù)Ro：又稱負載調(diào)整率，體現(xiàn)了抗負載變化的能力。3、紋波抑制比Srip：體現(xiàn)對交流紋波電壓的抑制能力4、溫度系數(shù)ST：表征輸出電壓隨溫度變化而漂移的大小。第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源1——直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標主要技術(shù)指標：性能參數(shù)工作參數(shù)工作參數(shù)1、輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍：Uomax——Uomin2、最大輸出電流Iomax：穩(wěn)壓電源能夠向負載提供的最大電流。3、功耗P：將交流變成直流的過程中要消耗功率，并將消耗的功率轉(zhuǎn)換成熱，主要由穩(wěn)壓電路消耗。第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源2——整流濾波電路的設(shè)計整流濾波電路的設(shè)計橋式整流為例1、整流二極管的選擇：Uim為輸入交流電壓的振幅2、濾波電容的選擇：T為周期、還要注意耐壓3、電壓變壓器的選擇：Uo、IL為整流濾波輸出的電壓電流、U2、I2為變壓器次級電壓電流有效值。4、輸出紋波的估算第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源2——整流濾波電路的設(shè)計整流濾波電路的設(shè)計橋式整流為例：設(shè)計整流濾波電路，由市電供電，輸出24V，輸出電流1A，紋波電壓有效值小于2V1、整流二極管的選擇：1N4001100V反向電壓1A的IF2、濾波電容的選擇：RL＝24?、2200μF3、電壓變壓器的選擇：U2=20V、I2＝1.5IL=1.5A、變壓器功率需要大于30W4、輸出紋波的估算：1.57v第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路及其應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓電源電子產(chǎn)品中常見到的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負電壓輸出的79××系列。故名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO-220的標準封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負9V。L、M與不標對應(yīng)輸出電流100mA500mA1.5A第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓電路的輸入、輸出和接地端絕不能接錯，不然容易燒壞一般最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應(yīng)使電壓差保持在4-5V安裝足夠大的散熱器，散熱片總是和最低電位的第③腳相連C1改善紋波特性，C2消除芯片自激震蕩和改善瞬態(tài)響應(yīng)，個別嚴重的自激可以在輸出輸入之間加C3，但抑制紋波比變差。第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路散熱器問題

例如：78系列穩(wěn)壓器，壓差4V，最大電流1A，TO－220封裝最高結(jié)溫125°C，管芯到環(huán)境的熱阻為54°C/W（結(jié)到管殼4°C/W，管殼到環(huán)境50°C/W），如果環(huán)境為25°C，管芯則為241°C，集成電路進入過熱保護狀態(tài)。54*4+25=241°C，大于125°C

問：如果壓差為3V，不加散熱器時，最大電流不能超過多少？（125-25）/54/3V=600mA第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路散熱器的選擇例：使用TO－3封裝的LM117進行可調(diào)穩(wěn)壓，電網(wǎng)電壓波動10％，選擇次級輸出17V的變壓器，要求穩(wěn)壓范圍在1.5V——15V之間，最大輸出電流為1A，問對散熱器有何要求。已知結(jié)到外殼熱阻為2.3°C/W，穩(wěn)壓器到散熱器不絕緣，并充以硅膠導(dǎo)熱，其熱阻為0.12.3°C/W，LM117工作結(jié)溫為125°C/W，環(huán)境溫度為25°C/W。

第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路散熱器的選擇例：使用TO－3封裝的LM117進行可調(diào)穩(wěn)壓，電網(wǎng)電壓波動10％，選擇次級輸出17V的變壓器，要求穩(wěn)壓范圍在1.5V——15V之間，最大輸出電流為1A，問對散熱器有何要求。已知結(jié)到外殼熱阻為2.3°C/W，穩(wěn)壓器到散熱器不絕緣，并充以硅膠導(dǎo)熱，其熱阻為0.1°C/W，LM117工作結(jié)溫為125°C/W，環(huán)境溫度為25°C/W，采用橋式整流。

計算過程：1、電網(wǎng)電壓波動10％，選擇次級輸出17V的變壓器，17*1.2=20.4V穩(wěn)壓器輸入電壓10%的電壓波動，20.4V±2.04V=18.36V到22.44V2、穩(wěn)壓范圍在1.5V——15V之間故壓差范圍為18.36—15=3.36V22.44-1.5=20.94V3、最大輸出電流為1A，則最大耗散20.94V*1A=20.94W4、總熱阻：（125-25）/20.94=4.78°C/W5、4.78-2.3-0.1=2.38°C/W，留給散熱器的熱阻。6、查表，得V=HLB=200cm3

第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路三端固定式集成穩(wěn)壓電路實例第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路三端可調(diào)式穩(wěn)壓電源

正壓負壓軍品級：LM117，LM137結(jié)溫-55——150工業(yè)品級：LM217，LM237結(jié)溫-55-125；民用品級：LM317，LM337結(jié)溫0-1251.25-37V范圍連續(xù)可調(diào)1.5A最大輸出電流壓差：3——35VUo=1.25（1+R2/R1）第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路三端可調(diào)式穩(wěn)壓電源

C3可取1uF但電容，減少阻尼震蕩和改善瞬態(tài)響應(yīng)C2減少紋波C1防止自激當輸入發(fā)生短路時，D1D2提供放電通路第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三集成穩(wěn)壓電路實例－可調(diào)式正負電源第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路NS公司的LM196/396大電流可調(diào)穩(wěn)壓器1.25V——15V范圍內(nèi)可以提供10A電流第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路LT/LM108x系列低壓差三端線性穩(wěn)壓器：輸入輸出壓差1.5V就能正常工作。固定式LM1084——NS公司可調(diào)式LT1083等——凌特公司第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路LM2990/2991系列負壓輸出線性穩(wěn)壓器：輸入輸出壓差0.6V就能正常工作

TPS75xxx系列線性穩(wěn)壓器——TI公司輸入輸出壓差0.6V就能正常工作

第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——線性集成穩(wěn)壓電路小型線性穩(wěn)壓器（貼片封裝）MAXIM公司MAX88903路輸出如3.3V2.5V1.8VMAX88822路輸出MAX1806低輸出電壓最低0.8V新型微處理器供電

第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路設(shè)計討論設(shè)計一個線性穩(wěn)壓電路題目11、輸出電壓1.5V——15V之間連續(xù)可調(diào)；2、要求穩(wěn)壓范圍內(nèi)，最大輸出電流為1A；3、當輸出電流從30mA變化到1A時，輸出電壓的變化小于20mV；4、當輸入交流電壓的變化是220V±10%時，輸出電壓變化；小于15mV，輸出紋波電壓有效值不大于0.5mV。討論分析過程，設(shè)計方案，硬件設(shè)計整流濾波？整流二極管濾波電容穩(wěn)壓電路？有關(guān)參數(shù)，查datasheet輸出電阻輸出電流變化————輸出電壓變化電壓調(diào)整率紋波抑制

第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路應(yīng)用討論提高輸出電壓電路輸入電壓較高時的處理擴流電路改變可調(diào)輸出電壓范圍電路具有啟動控制的穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源。第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路應(yīng)用討論提高輸出電壓電路

。第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路應(yīng)用討論輸入電壓較高時的處理

。第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路應(yīng)用討論擴流電路。第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路應(yīng)用討論改變可調(diào)輸出電壓范圍電路。第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路應(yīng)用討論具有啟動控制的穩(wěn)壓電路。第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路應(yīng)用討論具有啟動控制的穩(wěn)壓電路

第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源3——集成穩(wěn)壓電路應(yīng)用討論集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源。50mA第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源4——開關(guān)集成穩(wěn)壓電路工作原理：串聯(lián)型降壓第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源4——開關(guān)集成穩(wěn)壓電路工作原理并聯(lián)型升壓第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源4——開關(guān)集成穩(wěn)壓電路開關(guān)穩(wěn)壓控制器

需外接開關(guān)功率管及快速恢復(fù)二極管等LM1524TL494MAX786等開關(guān)穩(wěn)壓器

需外接電感、電阻等LH1605MIC4680LM2578LM2576MAX8505MAX1878ADP3000等開關(guān)穩(wěn)壓電源模塊

直流——直流模塊VI200交流——直流模塊AC220-DC（深圳創(chuàng)建）第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源4——開關(guān)集成穩(wěn)壓電路工作原理并聯(lián)型升壓第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源5直流——直流變換器及應(yīng)用直流直流降壓，升壓和極性反轉(zhuǎn)

開關(guān)電源在某種意義上也是直流——直流變換電路。這里主要討論基于開關(guān)電容原理（也稱電荷泵原理）的小電流的直流——直流變換電路。

常見的如ICL7660LM2685LM2660ADM660第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三電源6——集成基準電壓源電