集成穩(wěn)壓器應(yīng)用技術(shù)

集成穩(wěn)壓器應(yīng)用技術(shù)

Application Technology of Integrated Regulator

（電源技術(shù)講座五）

摘要：集成穩(wěn)壓器發(fā)展很快，這里僅就線性集成穩(wěn)壓器介紹一些應(yīng)用方法。

集成穩(wěn)壓器在近十多年發(fā)展很快，目前國(guó)內(nèi)外已發(fā)展到幾百個(gè)品種。按電路的工作方式分，有線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)式集成穩(wěn)壓器。按電路的結(jié)構(gòu)形式分，有單片式集成穩(wěn)壓器和組合式集成穩(wěn)壓器。按管腳的連接方式分，有三端式集成穩(wěn)壓器和多端式集成穩(wěn)壓器。按制造工藝分，有半導(dǎo)體集成穩(wěn)壓器、薄膜混合集成穩(wěn)壓器和厚膜混合集成穩(wěn)壓器。

1常用集成穩(wěn)壓器

1.1多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器

這種穩(wěn)壓器取樣電阻和保護(hù)電路的元件需要外接，它的外接端比較多，便于適應(yīng)不同的用法。它的輸出電壓可調(diào)，以滿足不同輸出電壓的要求。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的這類產(chǎn)品種類比較多。

1.2三端固定式集成穩(wěn)壓器

這類穩(wěn)壓器有輸入、輸出和公共端3個(gè)端子，輸出電壓固定不變（一般分為若干等級(jí)），CW7800系列的輸出電壓為5，6，9，12，15，18，24V共7個(gè)檔次，這個(gè)系列產(chǎn)品的最大輸出電流可達(dá)1.5A。同類型的產(chǎn)品還有CW78M00系列，輸出電流為0.5A；CW78L00系列，輸出電流為0.1A。這類產(chǎn)品具有使用方便、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用，已基本上取代了由分立元件組成的穩(wěn)壓電路。三端固定式集成穩(wěn)壓器還有輸出為負(fù)電壓的CW7900、CW79M00和CW79L00系列。

1.3三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器

它有3個(gè)接線端：輸入端、輸出端和調(diào)節(jié)端。在調(diào)節(jié)端外接兩個(gè)電阻可對(duì)輸出電壓作連續(xù)的調(diào)節(jié)。在要求穩(wěn)壓精度較高，并且輸出電壓需在一定范圍內(nèi)做任意調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，可選用這種集成穩(wěn)壓器。它也有正、負(fù)輸出電壓以及輸出電流大小之分，選用時(shí)應(yīng)注意各系列集成穩(wěn)壓器的電參數(shù)特性。

1.4跟蹤式集成穩(wěn)壓器（正負(fù)電壓集成穩(wěn)壓器）

有很多電路需要正負(fù)電源（如運(yùn)算放大電路），正負(fù)電源通?？梢杂?個(gè)正壓穩(wěn)壓器和1個(gè)負(fù)壓穩(wěn)壓器來組成，而用跟蹤式集成穩(wěn)壓器更為理想。跟蹤穩(wěn)壓器能保證正負(fù)輸出電壓始終是平衡的，它的中點(diǎn)始終為地電位，并有自動(dòng)跟蹤能力。

2應(yīng)用電路

2.1固定輸出電壓源

利用三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器可以方便地構(gòu)成固定輸出的穩(wěn)壓電源。因?yàn)镃W7800、CW78M00、CW78L00系列中最后兩位數(shù)字表示集成穩(wěn)壓器的輸出電壓值，所以可用這兩位數(shù)字選擇相應(yīng)型號(hào)。例如要求6伏輸出電壓，就可以選擇CW7806、CW78M06或CW78L06，其輸出電壓偏差在±2％以內(nèi)。若考慮輸出電流的要求，在1.5A以內(nèi)，選用CW7800系列，在0.5A以內(nèi)的，選用CW78M00系列，小于100mA的，選用CW78L00系列。

固定輸出穩(wěn)壓電源的基本電路如圖1所示，圖中的Ui是整流濾波以后的未經(jīng)穩(wěn)壓的輸入電壓、Uo是穩(wěn)壓電源的輸出電壓，輸出電容Ci一般情況下不接，但當(dāng)集成穩(wěn)壓器遠(yuǎn)離整流、濾波電路時(shí)應(yīng)接入1個(gè)0.33μF的電容器，它的作用是改善紋波和抑制輸入的瞬時(shí)過電壓，保證CW7800的輸入與輸出間的電壓差不會(huì)超過允許值。輸出電容Co一般不采用大容量的電解電容器，只要接入0.1μF的電容器便可以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。但是，為了減小輸出紋波電壓，有時(shí)在輸出端并聯(lián)1只大容量電解電容器，會(huì)取得較好的效果。然而，這樣將隨之產(chǎn)生一種弊?。阂坏〤W7800的輸入端出現(xiàn)短路時(shí)，輸出端上的大電容器上儲(chǔ)存的電荷將通過集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路調(diào)整管的發(fā)射極與基極PN結(jié)泄放，因大容量電容器釋放能量較大，會(huì)造成集成穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整管的損壞。為了防止這一點(diǎn)，可在CW7800的輸入與輸出端之間跨接1個(gè)二極管（見圖2），它為Co上電荷的泄放提供了一個(gè)分流通路，對(duì)集成穩(wěn)壓器起保護(hù)作用。CW7800、CW78M00、CW78L00系列是正輸出電壓穩(wěn)壓器，但也可用來提供負(fù)輸出電壓，電路見圖3。

圖1固定正電壓輸出應(yīng)用電路

圖2具有輸入短路保護(hù)的情況

圖3固定負(fù)載短路保護(hù)的情況

圖4正負(fù)電壓同時(shí)輸出的情況

正輸出穩(wěn)壓電源和負(fù)輸出穩(wěn)壓電源的組合，可成為正負(fù)電壓同時(shí)輸出的穩(wěn)壓電源。電路如圖4所示。

2.2高輸入、高輸出集成穩(wěn)壓電路

在集成穩(wěn)壓器的實(shí)際應(yīng)用中，往往會(huì)存在整流濾波后的電壓Ui較高，而要求輸出電壓較低的情況，為了保證集成穩(wěn)壓器的輸入與輸出之間電壓差不超過允許值，就必須降低集成穩(wěn)壓器的輸入電壓值，圖5給出一種參考電路。

當(dāng)所需穩(wěn)壓電源輸出電壓高于集成穩(wěn)壓器的輸出電壓時(shí)，可采用升壓電路來提高輸出電壓，圖6給出參考電路，圖中R1上的電壓就是集成穩(wěn)壓器的標(biāo)稱輸出電壓Uo1，設(shè)流過R1的電流為IR1，流過R2的電流IR2是IR1和集成穩(wěn)壓器靜態(tài)工作電流Iq之和，這時(shí)輸出電壓Uo為

Uo=Uo1＋R2（IR1＋I(xiàn)q），（1）

一般情況下，IR1≥5Iq，則上式可改寫成

Uo≈Uo1＋I(xiàn)R1R2，（2）

將IR1=Uo1/R1代入，則

Uo=Uo1（1＋R2/R1）（3）從此式可以看出,是所提高的輸出電壓部分，它由R2和R1的比值來決定，當(dāng)集成穩(wěn)壓器的輸入電壓變化時(shí)，它的靜態(tài)工作電流Iq也隨之變化。若電阻R2數(shù)值較大，R2Iq項(xiàng)的作用也增大，將影響集成穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓精度，所以要求提高的電壓值越大，R2取值越大，穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓精度就越低。

高輸入電路和升壓電路的組合，可以構(gòu)成高輸入、高輸出穩(wěn)壓電源，圖7給出參考電路。

2.3可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓電路

三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器，一般來說輸出電壓是不可改變的，但在特定情況下，可以通過外接電路來改變輸出電壓值。

圖8是7～30V的可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓電源電路，運(yùn)算放大器F007作為電壓跟隨器，由于運(yùn)算放大器

圖5高輸入電壓情況

圖6升壓電路

圖7高輸入、高輸出穩(wěn)壓電路

有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，將它接在集成穩(wěn)壓器的輸出端2和調(diào)整端3之間，起到了緩沖作用，提高了穩(wěn)壓精度。輸出電壓的表達(dá)式

Uo=Uo1（1＋R2/R1）。（4）

在該電路中，由于運(yùn)算放大器F007是單端正電壓供電，并接在集成穩(wěn)壓器的輸入端。一般情況下，F(xiàn)007的輸出電壓幅值要比供電電壓低一些，大約低2V左右，所以集成穩(wěn)壓器的輸出電壓只能下調(diào)到比三端穩(wěn)壓器電壓標(biāo)稱值高2V的數(shù)值上，即上式中的Uo1表示比集成穩(wěn)壓器標(biāo)稱輸出電壓高2V的電壓值，穩(wěn)壓電源輸出電壓的上限值受運(yùn)算放大器F007的供電電壓的限制，不能無限地提高輸入電壓Ui，當(dāng)集成穩(wěn)壓器選用CW7805時(shí)，它的標(biāo)稱輸出電壓為5V，F(xiàn)007的供電電壓（即CW7805的輸入電壓）Ui為32V，考慮到CW7805的最小輸入與輸出電壓差為2V，則該穩(wěn)壓電源的輸出電壓可調(diào)范圍為7～30V。

圖8 7～30V調(diào)輸出穩(wěn)壓電路

為將輸出電壓進(jìn)一步下調(diào)，可采用圖9的電路，該電路中的運(yùn)算放大器F007采取正負(fù)電壓同時(shí)供電的方式，正負(fù)電源電壓的總和不超過F007電源電壓的最大允許值，與圖8比較，不同點(diǎn)是運(yùn)算放大器采用了部分反饋，這就相當(dāng)于集成穩(wěn)壓器CW7805的標(biāo)稱輸出電壓變成了Uo1R3/（R3＋R4）。

圖10是1～35V可調(diào)輸出穩(wěn)壓源電路。由于增大了輸入電壓Ui的數(shù)值，提高了輸出電壓的上限，從而擴(kuò)展了可調(diào)范圍。

2.4大電流輸出集成穩(wěn)壓電路

圖9從0.5V起調(diào)的穩(wěn)壓電路

圖101～35V可調(diào)輸出穩(wěn)壓電路

CW7800系列的最大輸出電流為1.5A，若要求穩(wěn)壓源的輸出電流大于1.5A時(shí)，必須采取擴(kuò)展輸出電流的方法，可以采用外接功率管的辦法來解決，但必須注意的是這種三端集成穩(wěn)壓器，不能用NPN型晶體管來擴(kuò)展電流，而只能采用PNP型晶體管，若必須采用NPN型晶體管時(shí)，應(yīng)當(dāng)用1個(gè)PNP型晶體管與它接成復(fù)合形式。

圖11是大電流輸出的穩(wěn)壓源實(shí)例。該電路不僅有擴(kuò)展輸出電流的功能，同時(shí)對(duì)外接擴(kuò)流晶體管V1提供過流保護(hù)，當(dāng)有過電流發(fā)生時(shí)，RS上的電壓降增大，使晶體管V2導(dǎo)通，由于V2與電阻R并聯(lián)，使晶體管V1的基極與發(fā)射極之間的電壓降低，使V1基流減小，從而使擴(kuò)流晶體管V1輸出電流減小或截止，起到過流保護(hù)作用。

過流保護(hù)采樣電阻RS的選擇

RS=Ube2/IS，（9）

式中Ube2——晶體管V2的基極與發(fā)射極間的電壓；

IS——被限制的電流值。

圖11大電流輸出穩(wěn)壓電路

可以近似地認(rèn)為IS=IO－IC，若選取IO?IC，則IS≈IO，上式可寫成

RS≈Ube2/IO。（10）

　　需要指出的是由于采用外接擴(kuò)流管，會(huì)對(duì)集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓精度有影響。

2.5恒流源電路

用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器可以組成恒流源電路。此時(shí)集成穩(wěn)壓器本身工作于懸浮狀態(tài)。圖12是一種恒流源電路實(shí)例，接在集成穩(wěn)壓器輸出端和公共端之間的電阻R=R1＋R2，決定了恒流源的輸出電流IO，從圖中可知，流過電阻R的電流

IR=Uo1/R。（11）

為了取得較高的效率，應(yīng)選取標(biāo)稱輸出電壓低的集成穩(wěn)壓器來組成恒流源，在圖12中采用了CW7805。

若電阻R1為1個(gè)可變電阻器，就可以組成輸出電流可調(diào)的恒流源，為防止可變電阻器調(diào)到零時(shí)造成集成穩(wěn)壓器輸出端短路，在電路中串入小電阻R2。R2值的選擇應(yīng)保證在R1調(diào)到零時(shí)集成穩(wěn)壓器的輸出電流小于其所允許的最大輸出電流值，即

R2≥Uo1/Iomax。（12）

圖12輸出電流可調(diào)的恒流源電路

3集成穩(wěn)壓器的選擇

在選擇集成穩(wěn)壓器時(shí)應(yīng)該兼顧性能、使用和價(jià)格幾個(gè)方面，目前市場(chǎng)上的集成穩(wěn)壓器有三端固定輸出電壓式、三端可調(diào)輸出電壓式、多端可調(diào)輸出電壓式和開關(guān)式4種類型。

在要求輸出電壓是固定的標(biāo)準(zhǔn)系列值，且技術(shù)性能要求不是很高的情況下，可選擇三端固定輸出電壓式集成穩(wěn)壓器。比如選擇CW7800系列可獲得正輸出電壓，選擇CW7900系列可獲得負(fù)輸出電壓。由于三端固定輸出電壓式集成穩(wěn)壓器使用簡(jiǎn)單，不需要做任何調(diào)整，價(jià)格較低，應(yīng)用范圍非常廣泛。

在要求穩(wěn)壓精度較高且輸出電壓能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，可選用三端可調(diào)輸出電壓式集成穩(wěn)壓器，這種穩(wěn)壓器也有正和負(fù)輸出電壓以及輸出電流大小之分，選用時(shí)應(yīng)注意各系列集成穩(wěn)壓器的電參數(shù)特性。

多端可調(diào)輸出電壓式集成穩(wěn)壓器，例如五端型可調(diào)集成穩(wěn)壓器，因它有特殊的限流功能，可利用它組成具有控制功能的穩(wěn)壓源和穩(wěn)流源，它是一種性能較高而價(jià)格又較便宜的集成穩(wěn)壓器。

單片開關(guān)式集成穩(wěn)壓器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是具有較高的電源利用率，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的CW1524、CW2524、CW3524系列是集成脈寬調(diào)制型，用它可以裝成開關(guān)型穩(wěn)壓電源。

4使用集成穩(wěn)壓器的注意事項(xiàng)

（1）不要接錯(cuò)引腳線，對(duì)于多端穩(wěn)壓器，接錯(cuò)引線會(huì)造成永久性損壞，對(duì)于三端穩(wěn)壓器輸入和輸出接反，當(dāng)兩端電壓差超過7伏時(shí)，有可能使穩(wěn)壓器損壞。

　?。?）輸入電壓不能過低，輸入電壓Ui不能低于輸出電壓Uo和調(diào)整管的最小壓差（Ui—Uo）min以及輸入端交流分量峰值電壓Up三者之和，即Ui>Uo＋(Ui－Uo)min＋Up,否則穩(wěn)壓器的性能將降低，紋波增大。

　?。?）輸入電壓也不可過高，不要超過Uimax，防止集成穩(wěn)壓器損壞。

　?。?）功耗不要超過額定值，對(duì)于多端可調(diào)穩(wěn)壓器，若輸出電壓調(diào)到較低電壓時(shí)，防止調(diào)整管上壓降過大而超過額定功耗，為此在輸出低電壓時(shí)最好同時(shí)降低輸入電壓。

　?。?）防止瞬時(shí)過電壓，對(duì)于三端穩(wěn)壓器，如果瞬時(shí)過電壓超過輸入電壓的最大值且具有足夠的能量時(shí)，將會(huì)損壞穩(wěn)壓器。當(dāng)輸入端離整流濾波電容較遠(yuǎn)時(shí)，可在輸入端與公共端之間加1個(gè)電容器（如0.33μF）。

　?。?）防止輸入端短路，如果輸出電容CO較大，又有一定的輸出電壓，一旦輸入端短路，由于輸出端的電容存儲(chǔ)電荷較多，將通過調(diào)整管泄放，有可能損壞調(diào)整管，所以要在輸入與輸出端之間連接1個(gè)保護(hù)二極管，正極連輸出端，負(fù)極連輸入端。

　?。?）防止負(fù)載短路，尤其對(duì)未加保護(hù)措施的穩(wěn)壓器而言更要注意。

　?。?）大電流穩(wěn)壓器要注意縮短連接線和安裝足夠的散熱器。