電源管理IC培訓講義

講師：周勝國2007.02.06電源管理IC有關介紹概述:任何電子設備都需要一個或幾個輸出電壓恆定的直流電源。通常的作法是將市電降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓、輸出一直流電壓供裝置使用。在電源集成運用中，電源管理IC有獨到之處，應用最廣泛。下面就簡要介紹一下有關電源管理IC的一些特征。1.電源管理IC的分類：集成穩(wěn)壓器的種類較多，可按以下幾方面來分類A、按工作方式可分為：串聯(lián)調整式穩(wěn)壓器（即由等效電阻的變化來保持電壓不變），大多數(shù)集成穩(wěn)壓器屬于這一類。并聯(lián)調整式穩(wěn)壓器（調整元件與負載并聯(lián)，由并聯(lián)元件等效電阻的變化來保證輸出電壓不變）。開關調整式穩(wěn)壓器（調整元件工作于開關狀態(tài)，用改變其開啟和關閉的時間保證輸出電壓不變）B、按外形結構可分為：多端穩(wěn)壓器（它的管腳數(shù)超過3個）。三端穩(wěn)壓器（它的管腳數(shù)與晶體三極管三腳相同）。固定式穩(wěn)壓器（輸出電壓出廠前已調整在標準值，使用時不需要調整）?？烧{式穩(wěn)壓器（它的輸出電壓可通過外接元件在較大范圍內調整）。C、按電壓調整又分為：2.其具體介紹如下:如正輸出的78××系列，78后面的數(shù)字代表該穩(wěn)壓IC輸出的正電壓數(shù)值，單位為V。例如7806既表示穩(wěn)壓輸出為＋6V（相對于公共地端）；7812表示穩(wěn)壓輸出為＋12V等。有的型號在前面和后面還有一個或幾個英文字母，如W78××、AN78××、L78××CV等等。前面的字母稱“前綴”，一般是各生產(chǎn)廠家的代號；后邊的稱“后綴”，用以表示輸出電壓容差和封裝外殼的類型等。如負輸出的79××系列，負輸出與正輸出比較，除輸出電壓為負電壓、引腳排列不同外，其命名方法、外型等均與78××系列相同。三端固定輸出穩(wěn)壓IC（有正負輸出電

壓兩類）：三端可調輸出穩(wěn)壓IC（有正負輸出電

壓兩類）：

此處的三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和電壓調整端。在電壓調整端外接電位器后可對輸出電壓進行調節(jié)，其主要特點是使用靈活。如正輸出國標通用的LM117系列、（LM217、LM317）、LM123系列、LM140系列、LM138系列、LM150系列等；與之對應的負輸出也各有一個系列。這類穩(wěn)壓器的命名方法無明顯規(guī)律，封裝也各異。開關型穩(wěn)壓器(如：MC34060/35060，TL494/TL495)ＡＣ－ＤＣ變換模塊(如：PS0500-5)ＤＣ－ＤＣ變換器(如：MC34063/35063/33063，ICL7660，RC4191/92/93)常見穩(wěn)壓器的外形封裝如下圖所示。78××79××78××79××地地地地輸入輸出輸入輸出地地輸出輸入TO－202TO－220TO－92××SOT-2238-PinSOPMarkingTO-263-5(U)Marking12453SOT-253.電源管理IC的工作原理和主要技術

參數(shù)：

主要穩(wěn)壓器工作原理：如下圖所示

:啟動電路恒流源基準電壓誤差放大調整管安全工作區(qū)保護短路保護過熱保護圖一：78××系列穩(wěn)壓器電路框圖輸入地調整管輸出RscRaRb～～恒流源基準電壓保護功率轉換整流濾波低通濾波整流濾波控制電路自動保護圖二：LM317系列穩(wěn)壓器電路框圖圖三：開關穩(wěn)壓電源方框圖Ui＋－R1R2Uo～220V/50Hz高壓DC脈寬調制低壓DC取樣N1N2如圖一所示：是78××系列穩(wěn)壓器的電原理框圖。由圖可見，它與一般分立件組成的串聯(lián)調整式穩(wěn)壓電源十分相似，不同的是增加了啟動電路、恒流源以及保護電路。為了使穩(wěn)壓器能在比較大的電壓變化范圍內正常工作，在基準電壓形成和誤差放大部分設置了恒流源電路。啟動電路的作用就是為恒流源建立工作點。RSC是過流保護取樣電阻；Ra、Rb組成電壓取樣電路，實際電路是一個電阻網(wǎng)絡構成，在輸出電壓不同的穩(wěn)壓器中，采用不同的串、并聯(lián)接法，形成不同的分壓比，通過誤差放大之后去控制調整管的工作狀態(tài)，以形成和穩(wěn)定一系列預定的輸出電壓，因此在圖一中將Ra畫成可調電阻形式。

79××系列穩(wěn)壓器也是一種串聯(lián)調整穩(wěn)壓電源，但它的調整管處于共射公作狀態(tài)，屬集電極輸出穩(wěn)壓電路，其工作原理與78××系列類似如圖二所示：LM317系列可調穩(wěn)壓器的電原理框圖。電路的基準電壓為1·25V，此電壓接在誤差放大器A的同相輸入端和芯片的電壓調整端（Adj）之間，并由一個50uA的超級恒流源供電。顯然，如果將調整端直接接地，則輸出電壓Uo固定為1·25V。實際使用時，LM317采用懸浮式工作，即由外接電阻R1、R2來設定輸出電壓。根據(jù)LM317內部電路詳圖，經(jīng)推導計算可得出：Uo≈1·25(1＋R2/R1)(V)，具體過程從略。如上所述，若將調整端接地，則相當于使R2=0，所以Uo≈1·25V。集成穩(wěn)壓IC的保護電路比較完善，它們在IC發(fā)生過流、過熱時，自動關閉輸出。所以集成穩(wěn)壓IC在實際使用中較少損壞。

如圖三所示：220V50Hz的交流電先經(jīng)過輸入端低通濾波器進行整流濾波形成電壓較高的直流電?？刂齐娐樊a(chǎn)生固定頻率、一定脈寬的脈沖信號驅動功率轉換電路。這種脈沖信號的脈沖寬度受控于控制電路，稱脈寬調制信號（PWM）。功率轉換電路在脈沖信號驅動下，在脈沖變壓器次級形成高壓脈沖。經(jīng)變壓后的脈沖再由高頻整流濾波后形成低壓直流電。自動保護電路在電源出現(xiàn)故障時，使電路自動停止工作。開關穩(wěn)壓電源實質上是一種交流－直流－交流－直流的變換器。和模擬穩(wěn)壓電路相比，開關穩(wěn)壓電路具有損耗小、效率高、溫升低，穩(wěn)壓范圍寬，體積小、重量輕等突出的優(yōu)點，但也有射頻干擾強等缺點。開關穩(wěn)壓電源在聲像設備和微型計算機中獲得廣泛應用。開關穩(wěn)壓電源的核心是控制電路。其它類型:

AC－DC變換模塊PS0500－5是一種新穎的超小型AC－DC轉換模塊，它可以將交流輸入電壓直接轉換成＋5V直流電壓輸出，并且交流輸入與直流輸出是隔離的。

DC－DC變換器主要用在直流供電系統(tǒng)。它可將電池供電電壓轉換成不同極性與數(shù)值的穩(wěn)定直流輸出。重點集成穩(wěn)壓器的參數(shù):電壓調整率：

它是表示當輸出電流和環(huán)境溫度不變時，由于輸入電壓的變化所引起的輸出電壓的相對變化量。也就是指在負載不變情況下，單位輸出電壓和輸入電壓相對變化的百分比。電壓調整率有時也用在某一輸入電壓變化范圍內的輸出電壓變化量表示。該參數(shù)表征了穩(wěn)壓器在輸入電壓變化時穩(wěn)定輸出電壓的能力。電流調整率：

它是指當輸入電壓和環(huán)境溫度保持不變時，由于輸出電流的變化所引起的輸出電壓的相對變化量。電流調整率有時也用負載電流變化時輸出電壓變化量表示。該參數(shù)也是表示穩(wěn)壓器負載調整能力。

輸出阻抗：

在規(guī)定的輸入電壓和輸出電流的條件下，當輸出端上所測得的交流電壓與交流之比。輸出電壓長期穩(wěn)性：輸入電壓、輸出電流及環(huán)境溫度保持不變時，在規(guī)定時間內穩(wěn)壓輸出電壓的最大相對變化量，通常用ppm/△t表示，△t為時間變化范圍。輸出電壓溫漂：

在規(guī)定溫度范圍內，當輸入電壓和輸出電流保持不變時，由溫度的變化所引起的每單位的變化率。該參數(shù)表示穩(wěn)壓器輸出電壓的溫度穩(wěn)定性。紋波抑制比：

當輸入輸出條件保持不變時，輸入的紋波電壓峰

—峰值與輸出的紋波電壓峰值之比。該參數(shù)表示穩(wěn)壓器對輸入端所引入的紋波電壓的抑制能力。最大輸入電壓：

最大輸入電壓是指穩(wěn)壓器安全工作時允許外加的最大電壓。它主要決定于穩(wěn)壓器中有關晶體管的擊穿電壓。最小輸入輸出電壓差：

是指使穩(wěn)壓器能正常工作的輸入電壓與輸出電壓之間的最小電壓值。對于串聯(lián)調整穩(wěn)壓器，它就是調整元件上的最小電壓差，這和調整管的飽和壓降等有關，通常為1.5～5V。為確保輸出電壓的穩(wěn)定，有時該數(shù)值還高。輸出電壓：

輸出電壓是指穩(wěn)壓器的參數(shù)符合規(guī)定指標時的輸出電壓。對于固定輸出穩(wěn)壓器它是常數(shù)；對于可調式輸出穩(wěn)壓器，表示用戶可通過選擇取樣電阻而獲得的輸出電壓范圍。其最小值受到參考電壓限制，最大電壓則由最大輸入電壓和最小輸入輸出電壓差決定。最大輸出電流：

穩(wěn)壓器尚能保持輸出電壓不變的最大輸出電流，一般也認為它是穩(wěn)壓器的安全電流。穩(wěn)壓器最大功耗：

穩(wěn)壓器的功耗由穩(wěn)壓器內部電路的靜態(tài)功耗和調整元件上的功耗兩部分組成，對于大功率穩(wěn)壓器，功耗主要決定調整管的功耗。穩(wěn)壓器允許功耗與調整管結構、穩(wěn)壓器封裝及散熱等情況有關。穩(wěn)壓器的應用及注意事項:集成穩(wěn)壓電路品種很多，從調整方式有線性的和開關式的；從輸出方式上有固定和可調式的，每種穩(wěn)壓器又有正、負壓及跟蹤式，每類產(chǎn)品根據(jù)外形又分三端及多端，根據(jù)電流大小也有不同分類。每類產(chǎn)品都有其自身的特點和適用范圍，因此在選用集成穩(wěn)壓電路時，要考慮設計的需要和可能及性能價格比，才能做到物盡其用，性能最佳。因三端穩(wěn)壓器優(yōu)點比較明顯，使用操作都比較方便，選用時應優(yōu)先考慮。在裝入電路前，一定要清楚各端子的作用，避免接錯。使用時，對要求加散熱裝置的，必須加裝符合要求