集成稳压器应用技术

集成稳压器应用技术Application Technology of Integrated Regulator
  （电源技术讲座五）
  摘要：集成稳压器发展很快，这里仅就线性集成稳压器介绍一些应用方法。
  集成稳压器在近十多年发展很快，目前国内外已发展到几百个品种。按电路的工作方式分，有线性集成稳压器和开关式集成稳压器。按电路的结构形式分，有单片式集成稳压器和组合式集成稳压器。按管脚的连接方式分，有三端式集成稳压器和多端式集成稳压器。按制造工艺分，有半导体集成稳压器、薄膜混合集成稳压器和厚膜混合集成稳压器。
  1常用集成稳压器
  1.1多端可调式集成稳压器
  这种稳压器取样电阻和保护电路的元件需要外接，它的外接端比较多，便于适应不同的用法。它的输出电压可调，以满足不同输出电压的要求。目前国内生产的这类产品种类比较多。
  1.2三端固定式集成稳压器
  这类稳压器有输入、输出和公共端3个端子，输出电压固定不变（一般分为若干等级），CW7800系列的输出电压为5，6，9，12，15，18，24V共7个档次，这个系列产品的最大输出电流可达1.5A。同类型的产品还有CW78M00系列，输出电流为0.5A；CW78L00系列，输出电流为0.1A。这类产品具有使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，得到了广泛应用，已基本上取代了由分立元件组成的稳压电路。三端固定式集成稳压器还有输出为负电压的CW7900、CW79M00和CW79L00系列。
  1.3三端可调式集成稳压器
  它有3个接线端：输入端、输出端和调节端。在调节端外接两个电阻可对输出电压作连续的调节。在要求稳压精度较高，并且输出电压需在一定范围内做任意调节的场合，可选用这种集成稳压器。它也有正、负输出电压以及输出电流大小之分，选用时应注意各系列集成稳压器的电参数特性。
  1.4跟踪式集成稳压器（正负电压集成稳压器）
  有很多电路需要正负电源（如运算放大电路），正负电源通常可以用1个正压稳压器和1个负压稳压器来组成，而用跟踪式集成稳压器更为理想。跟踪稳压器能保证正负输出电压始终是平衡的，它的中点始终为地电位，并有自动跟踪能力。
  2应用电路
  2.1固定输出电压源
  利用三端固定输出电压集成稳压器可以方便地构成固定输出的稳压电源。因为CW7800、CW78M00、CW78L00系列中最后两位数字表示集成稳压器的输出电压值，所以可用这两位数字选择相应型号。例如要求6伏输出电压，就可以选择CW7806、CW78M06或CW78L06，其输出电压偏差在±2％以内。若考虑输出电流的要求，在1.5A以内，选用CW7800系列，在0.5A以内的，选用CW78M00系列，小于100mA的，选用CW78L00系列。
  固定输出稳压电源的基本电路如图1所示，图中的Ui是整流滤波以后的未经稳压的输入电压、Uo是稳压电源的输出电压，输出电容Ci一般情况下不接，但当集成稳压器远离整流、滤波电路时应接入1个0.33μF的电容器，它的作用是改善纹波和抑制输入的瞬时过电压，保证CW7800的输入与输出间的电压差不会超过允许值。输出电容Co一般不采用大容量的电解电容器，只要接入0.1μF的电容器便可以改善负载的瞬态响应。但是，为了减小输出纹波电压，有时在输出端并联1只大容量电解电容器，会取得较好的效果。然而，这样将随之产生一种弊病：一旦CW7800的输入端出现短路时，输出端上的大电容器上储存的电荷将通过集成稳压器内部电路调整管的发射极与基极PN结泄放，因大容量电容器释放能量较大，会造成集成稳压器内部调整管的损坏。为了防止这一点，可在CW7800的输入与输出端之间跨接1个二极管（见图2），它为Co上电荷的泄放提供了一个分流通路，对集成稳压器起保护作用。CW7800、CW78M00、CW78L00系列是正输出电压稳压器，但也可用来提供负输出电压，电路见图3。
  
  图1固定正电压输出应用电路
  
  图2具有输入短路保护的情况
  
  图3固定负载短路保护的情况
  
  图4正负电压同时输出的情况
  正输出稳压电源和负输出稳压电源的组合，可成为正负电压同时输出的稳压电源。电路如图4所示。
  2.2高输入、高输出集成稳压电路
  在集成稳压器的实际应用中，往往会存在整流滤波后的电压Ui较高，而要求输出电压较低的情况，为了保证集成稳压器的输入与输出之间电压差不超过允许值，就必须降低集成稳压器的输入电压值，图5给出一种参考电路。
  当所需稳压电源输出电压高于集成稳压器的输出电压时，可采用升压电路来提高输出电压，图6给出参考电路，图中R1上的电压就是集成稳压器的标称输出电压Uo1，设流过R1的电流为IR1，流过R2的电流IR2是IR1和集成稳压器静态工作电流Iq之和，这时输出电压Uo为
  Uo=Uo1＋R2（IR1＋Iq），（1）
  一般情况下，IR1≥5Iq，则上式可改写成
  Uo≈Uo1＋IR1R2，（2）
  将IR1=Uo1/R1代入，则
  Uo=Uo1（1＋R2/R1）（3）从此式可以看出,是所提高的输出电压部分，它由R2和R1的比值来决定，当集成稳压器的输入电压变化时，它的静态工作电流Iq也随之变化。若电阻R2数值较大，R2Iq项的作用也增大，将影响集成稳压电源的稳压精度，所以要求提高的电压值越大，R2取值越大，稳压电源的稳压精度就越低。
  高输入电路和升压电路的组合，可以构成高输入、高输出稳压电源，图7给出参考电路。
  2.3可调输出集成稳压电路
  三端固定输出电压集成稳压器，一般来说输出电压是不可改变的，但在特定情况下，可以通过外接电路来改变输出电压值。
  图8是7～30V的可调输出集成稳压电源电路，运算放大器F007作为电压跟随器，由于运算放大器
  
  图5高输入电压情况
  
  图6升压电路
  
  图7高输入、高输出稳压电路
  有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，将它接在集成稳压器的输出端2和调整端3之间，起到了缓冲作用，提高了稳压精度。输出电压的表达式
  Uo=Uo1（1＋R2/R1）。（4）
  在该电路中，由于运算放大器F007是单端正电压供电，并接在集成稳压器的输入端。一般情况下，F007的输出电压幅值要比供电电压低一些，大约低2V左右，所以集成稳压器的输出电压只能下调到比三端稳压器电压标称值高2V的数值上，即上式中的Uo1表示比集成稳压器标称输出电压高2V的电压值，稳压电源输出电压的上限值受运算放大器F007的供电电压的限制，不能无限地提高输入电压Ui，当集成稳压器选用CW7805时，它的标称输出电压为5V，F007的供电电压（即CW7805的输入电压）Ui为32V，考虑到CW7805的最小输入与输出电压差为2V，则该稳压电源的输出电压可调范围为7～30V。
  
  图8 7～30V调输出稳压电路
  为将输出电压进一步下调，可采用图9的电路，该电路中的运算放大器F007采取正负电压同时供电的方式，正负电源电压的总和不超过F007电源电压的最大允许值，与图8比较，不同点是运算放大器采用了部分反馈，这就相当于集成稳压器CW7805的标称输出电压变成了Uo1R3/（R3＋R4）。
  图10是1～35V可调输出稳压源电路。由于增大了输入电压Ui的数值，提高了输出电压的上限，从而扩展了可调范围。
  2.4大电流输出集成稳压电路
  
  图9从0.5V起调的稳压电路
  
  图101～35V可调输出稳压电路
  CW7800系列的最大输出电流为1.5A，若要求稳压源的输出电流大于1.5A时，必须采取扩展输出电流的方法，可以采用外接功率管的办法来解决，但必须注意的是这种三端集成稳压器，不能用NPN型晶体管来扩展电流，而只能采用PNP型晶体管，若必须采用NPN型晶体管时，应当用1个PNP型晶体管与它接成复合形式。
  图11是大电流输出的稳压源实例。该电路不仅有扩展输出电流的功能，同时对外接扩流晶体管V1提供过流保护，当有过电流发生时，RS上的电压降增大，使晶体管V2导通，由于V2与电阻R并联，使晶体管V1的基极与发射极之间的电压降低，使V1基流减小，从而使扩流晶体管V1输出电流减小或截止，起到过流保护作用。
  过流保护采样电阻RS的选择
  RS=Ube2/IS，（9）
  式中Ube2——晶体管V2的基极与发射极间的电压；
  IS——被限制的电流值。
  
  图11大电流输出稳压电路
  可以近似地认为IS=IO－IC，若选取IO?IC，则IS≈IO，上式可写成
  RS≈Ube2/IO。（10）
  　　需要指出的是由于采用外接扩流管，会对集成稳压器的稳压精度有影响。
  2.5恒流源电路
  用三端固定输出集成稳压器可以组成恒流源电路。此时集成稳压器本身工作于悬浮状态。图12是一种恒流源电路实例，接在集成稳压器输出端和公共端之间的电阻R=R1＋R2，决定了恒流源的输出电流IO，从图中可知，流过电阻R的电流
  IR=Uo1/R。（11）
  为了取得较高的效率，应选取标称输出电压低的集成稳压器来组成恒流源，在图12中采用了CW7805。
  若电阻R1为1个可变电阻器，就可以组成输出电流可调的恒流源，为防止可变电阻器调到零时造成集成稳压器输出端短路，在电路中串入小电阻R2。R2值的选择应保证在R1调到零时集成稳压器的输出电流小于其所允许的最大输出电流值，即
  R2≥Uo1/Iomax。（12）
  
  图12输出电流可调的恒流源电路
  3集成稳压器的选择
  在选择集成稳压器时应该兼顾性能、使用和价格几个方面，目前市场上的集成稳压器有三端固定输出电压式、三端可调输出电压式、多端可调输出电压式和开关式4种类型。
  在要求输出电压是固定的标准系列值，且技术性能要求不是很高的情况下，可选择三端固定输出电压式集成稳压器。比如选择CW7800系列可获得正输出电压，选择CW7900系列可获得负输出电压。由于三端固定输出电压式集成稳压器使用简单，不需要做任何调整，价格较低，应用范围非常广泛。
  在要求稳压精度较高且输出电压能在一定范围内调节时，可选用三端可调输出电压式集成稳压器，这种稳压器也有正和负输出电压以及输出电流大小之分，选用时应注意各系列集成稳压器的电参数特性。
  多端可调输出电压式集成稳压器，例如五端型可调集成稳压器，因它有特殊的限流功能，可利用它组成具有控制功能的稳压源和稳流源，它是一种性能较高而价格又较便宜的集成稳压器。
  单片开关式集成稳压器的一个重要优点是具有较高的电源利用率，目前国内生产的CW1524、CW2524、CW3524系列是集成脉宽调制型，用它可以装成开关型稳压电源。
  4使用集成稳压器的注意事项
  （1）不要接错引脚线，对于多端稳压器，接错引线会造成永久性损坏，对于三端稳压器输入和输出接反，当两端电压差超过7伏时，有可能使稳压器损坏。
  　　（2）输入电压不能过低，输入电压Ui不能低于输出电压Uo和调整管的最小压差（Ui—Uo）min以及输入端交流分量峰值电压Up三者之和，即Ui>Uo＋(Ui－Uo)min＋Up,否则稳压器的性能将降低，纹波增大。
  　　（3）输入电压也不可过高，不要超过Uimax，防止集成稳压器损坏。
  　　（4）功耗不要超过额定值，对于多端可调稳压器，若输出电压调到较低电压时，防止调整管上压降过大而超过额定功耗，为此在输出低电压时最好同时降低输入电压。
  　　（5）防止瞬时过电压，对于三端稳压器，如果瞬时过电压超过输入电压的最大值且具有足够的能量时，将会损坏稳压器。当输入端离整流滤波电容较远时，可在输入端与公共端之间加1个电容器（如0.33μF）。
  　　（6）防止输入端短路，如果输出电容CO较大，又有一定的输出电压，一旦输入端短路，由于输出端的电容存储电荷较多，将通过调整管泄放，有可能损坏调整管，所以要在输入与输出端之间连接1个保护二极管，正极连输出端，负极连输入端。
  　　（7）防止负载短路，尤其对未加保护措施的稳压器而言更要注意。
  　　（8）大电流稳压器要注意缩短连接线和安装足够的散热器。