集成电路原理优秀PPT.ppt

湖南人文科技学院物理与信息工程系7.1 线性集成稳压电源线性集成稳压电源 7.1.1 线性集成稳压器的基本结构线性集成稳压器的基本结构7.1.2 集成稳压器的参数集成稳压器的参数7.1.3 集成稳压器的分类及运用留意事项集成稳压器的分类及运用留意事项7.1.4 三端集成稳压器三端集成稳压器7.1.5 三端可调输出稳压器三端可调输出稳压器湖南人文科技学院物理与信息工程系7.1.1 线性集成稳压器的基本结构线性集成稳压器的基本结构主要由基准电压、比较放大器、取样电路、主要由基准电压、比较放大器、取样电路、调整电路、启动电路和爱护电路组成。调整电路、启动电路和爱护电路组成。图图7-1-1 线性集成稳压器的基本构成线性集成稳压器的基本构成湖南人文科技学院物理与信息工程系 7.1.2 集成稳压器的参数集成稳压器的参数1.电压调整率电压调整率SV2.电流调整率电流调整率SI3.输出阻抗输出阻抗Z0 4.输出电压长期稳定性输出电压长期稳定性ST 5.输出电压温漂输出电压温漂SP 6.纹波抑制比纹波抑制比SRR7.最大输入电压最大输入电压UImax8.最小输入输出电压差最小输入输出电压差（UI Uo）9.输出电压输出电压Uo10.最大输出电流最大输出电流Io11.稳压器最大功耗稳压器最大功耗PM 湖南人文科技学院物理与信息工程系集成稳压器运用时应留意以下集成稳压器运用时应留意以下5点：点：集成稳压器电路品种很多，从调整方式上有集成稳压器电路品种很多，从调整方式上有 线性的和开关式的；从输出方式上有固定和可调式的。线性的和开关式的；从输出方式上有固定和可调式的。因三端稳压器优点比较明显，运用操作都比较便利，因三端稳压器优点比较明显，运用操作都比较便利，选用时应优先考虑。选用时应优先考虑。在接入电路之前，确定要分清引脚及其作用，在接入电路之前，确定要分清引脚及其作用，避开避开 接错时损坏集成块。输出电压大于接错时损坏集成块。输出电压大于6V的三端的三端集成稳压器的输入、输出端需接爱护二极管，可防集成稳压器的输入、输出端需接爱护二极管，可防止输入电压突然降低时，输出电容对输出端放电引止输入电压突然降低时，输出电容对输出端放电引起三端集成稳压器的损坏。起三端集成稳压器的损坏。湖南人文科技学院物理与信息工程系 为确保输出电压的稳定性，应保证最小输入输出压差。如三端集成稳压器的最小压差约2V，一般运用时压差应保持在3V以上。同时又要留意最大输入输出压差范围不超出规定范围。为了扩大输出电流，三端集成稳压器允许并为了扩大输出电流，三端集成稳压器允许并联运用。联运用。运用时，要焊接坚固牢靠。对要求加散热装运用时，要焊接坚固牢靠。对要求加散热装置的，必需加装符合要求尺寸的散热装置。置的，必需加装符合要求尺寸的散热装置。湖南人文科技学院物理与信息工程系7.1.4 三端集成稳压器三端集成稳压器1.78XX/79XX系列的特点系列的特点图图7-1-2 三端集成稳压器的封装形式和引脚功能三端集成稳压器的封装形式和引脚功能湖南人文科技学院物理与信息工程系2.典型应用电路典型应用电路输入电压的选择是：输入电压的选择是：Umax UI Uo+2V 图图7-1-3 78XX的基本应用电路的基本应用电路式中，式中，UImax为产品允许的最大输入电压；为产品允许的最大输入电压；Uo为为输出电压；输出电压；2V为最小输入输出电压差。电路中的为最小输入输出电压差。电路中的外接二极管外接二极管VD起输入短路爱护作用。起输入短路爱护作用。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-1-4 接受稳压管提高输出电压电路接受稳压管提高输出电压电路Uo=Uoo+UZ （7-1-2）式中式中，Uoo为为78XX系列产品输出电压，系列产品输出电压，UZ为为稳压二极管稳压二极管VDZ的稳定电压。的稳定电压。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-1-5 接受电阻升压法提高输出电压电路接受电阻升压法提高输出电压电路I2=I1+IDUo=Uoo+I2 R2=Uoo+(I1+ID)R2湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-1-6 扩大输出电流的电路扩大输出电流的电路Io=Io1+Ioo (7-1-6)VT1是外接扩流功率管，它能供应的输出电流为Io1，而稳压器本身输出电流为Ioo，则总的输出电流Io VT2和Rs组成限流爱护电路。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-1-7提高输入电压的电路图提高输入电压的电路图 图图7-1-9 电阻降压法电路电阻降压法电路 图图7-1-8 采用三极管和稳压管采用三极管和稳压管 提高输入电压的电路提高输入电压的电路UI=UZ UBE湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-1-10 稳压器降压法电路稳压器降压法电路图图7-1-11 恒流源电路恒流源电路输出电流输出电流Io=5V/R+ID式中，式中，ID=1.5mA（接受（接受7805）。因此，）。因此，变更变更R可调整输出电可调整输出电流的大小。流的大小。湖南人文科技学院物理与信息工程系7.1.5 三端可调输出稳压器三端可调输出稳压器1.三端可调输出稳压器的特点三端可调输出稳压器的特点图图7-1-12 三端可调稳压器的外形与管脚配置三端可调稳压器的外形与管脚配置湖南人文科技学院物理与信息工程系2.典型应用电路典型应用电路(1)一般应用电路一般应用电路输出电压输出电压 Uo=1.25(1+RRPR1)+IDRRP 图图7-1-13 一般应用电路一般应用电路湖南人文科技学院物理与信息工程系(2)固定低压输出电路固定低压输出电路图图7-1-14 固定低压输出电路固定低压输出电路图图7-1-15 加外接爱护电路加外接爱护电路 不加可调输出电阻网络，得到不加可调输出电阻网络，得到 1.25V 固定低压固定低压输出的电路，温度漂移很低，只由内部基准电压源输出的电路，温度漂移很低，只由内部基准电压源的温漂确定。的温漂确定。(3)加外接爱护电路湖南人文科技学院物理与信息工程系3.应用实例应用实例从零起调的好用稳压电源。从零起调的好用稳压电源。图图 7-1-16 从零起调的好用稳压电源从零起调的好用稳压电源湖南人文科技学院物理与信息工程系扩大输出电流的电路。扩大输出电流的电路。图图7-1-17 接受外接接受外接PNP功率管扩大电流的好用电路功率管扩大电流的好用电路 湖南人文科技学院物理与信息工程系恒流源电路恒流源电路图图7-1-18 恒流源电路恒流源电路输出电流为输出电流为1A的的恒流源电路恒流源电路输出电流可调输出电流可调的的恒流源电路恒流源电路湖南人文科技学院物理与信息工程系7.2 新型低压差集成稳压器新型低压差集成稳压器7.2.1 新型低压差新型低压差78系列系列/MIC5156的应用的应用1.KA78系列低压差稳压器系列低压差稳压器 图图7-2-1 KA78L05内部结构框图内部结构框图湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-2-3 KA78R05/12 典型应用电路典型应用电路图图7-2-2 KA78R05/12的内部结构框图与管脚配置的内部结构框图与管脚配置湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-2-5 采用采用MIC5156构成的构成的 电源电路电源电路图图7-2-6 采用采用MIC5158 构成的电源电路构成的电源电路2.MIC5156的应用的应用湖南人文科技学院物理与信息工程系7.2.2 超微功耗线性稳压器超微功耗线性稳压器1.BAF033线性稳压器线性稳压器BAF033是一种是一种超微功耗超微功耗线性稳压器集成电路。线性稳压器集成电路。由该器件组成的稳压器有以下主要特点：由该器件组成的稳压器有以下主要特点：超低静态电流，其典型值为超低静态电流，其典型值为1.1A。压差低，在输出电流压差低，在输出电流Io=30mA时，压差小于时，压差小于0.6V。输出精度高，最大允差为输出精度高，最大允差为2.5%。输出电压温度参数低，典型值为输出电压温度参数低，典型值为1104()1。较好的线性调整率，典型值为较好的线性调整率，典型值为0.001V1。尺寸小，尺寸小，SOT-23封装。封装。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-2-7 BAF033内部结构内部结构图图7-2-8 BAF033典型应用电路典型应用电路 湖南人文科技学院物理与信息工程系2.BAL029/030线性稳压限制器线性稳压限制器(1)内部结构及引脚功能内部结构及引脚功能图图7-2-9 BAL系列内系列内部结构框图部结构框图图图7-2-10 BAL系列系列应用电路应用电路(2)应用电路应用电路湖南人文科技学院物理与信息工程系1.TPS73系列的基本特点系列的基本特点 TPS73系列有系列有3.3V，4.85V和和5V固定固定电压输电压输出，及出，及输输出出为为1.29.75V可可设设定定输输出出电压电压等四个品种，最大等四个品种，最大输输出出电电流流可达可达500mA。该该系列主要特点有：系列主要特点有：7.2.3 单片机用低压差稳压器单片机用低压差稳压器输输出出电压电压精度高精度高(20%)；输输出噪声低出噪声低(2A)；压压差低，在差低，在输输出出为为100mA时时，最大，最大压压差差为为35mV(TPS7350)；静静态电态电流小，典型流小，典型值为值为340A(与与负载电负载电流大小有关流大小有关)；有关有关闭电闭电源限制端，在关源限制端，在关闭电闭电源状源状态时态时，耗，耗电仅电仅0.5；内部有内部有监视输监视输出出电压电电压电路，降到路，降到门门限限电压时电压时，复位端，复位端输输出低出低电电平复位信号；平复位信号；内部有内部有过过流限制及流限制及过过酷酷爱护爱护。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-2-11 TPS7350 管脚排列管脚排列2.封装与管脚功能封装与管脚功能3.TPS7350系列的系列的 典型应用电路典型应用电路图图7-2-12 TPS7350 典型应用电路典型应用电路湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-2-15 用电位器用电位器代替代替R1的电路的电路图图7-2-14 TPS7301典型典型应用电路应用电路 4.TPS7301的典型应用电路的典型应用电路湖南人文科技学院物理与信息工程系7.3 开关型稳压电源开关型稳压电源 近20年来，集成开关电源的发展方向主要分为沟通直流（AC/DC）与直流直流（DC/DC）两大类。AC/DC开关电源的输入电压要通用，要广泛适应世界各国电网的电压规格。例如，沟通输入80264V。而DC/DC开关电源要以电池作为后备输入电源。开关电源的发展趋势可概括为：高频开关电源的发展趋势可概括为：高频化、高效率、无化、高效率、无 污染、智能化、模块化。污染、智能化、模块化。目前，开关频率已从目前，开关频率已从20kHz左右提高到几百左右提高到几百千赫至几兆赫。与此同时，供开关电源运用的元千赫至几兆赫。与此同时，供开关电源运用的元器件也获得长足发展。器件也获得长足发展。湖南人文科技学院物理与信息工程系7.3.1 开关电源的基本原理和类型开关电源的基本原理和类型 开关稳压电源的调整管及全部的晶体管大都工作在高频开关状态，截止期间，晶体管无电流，因此不消耗功率，而导通时，晶体管的功耗为饱和压降乘以电流，因此电路的功耗很小，效率很高，可达80%90%。比一般线性稳压电源提高了近一倍。故开关电源SPS（Switching Power Supply）被誉为高效节能型电源。湖南人文科技学院物理与信息工程系 开关电源的开关电源的基本基本电路电路及及工作波形工作波形如图如图7-3-1所示，其中所示，其中VT为开关调整管。为开关调整管。VD为续流二极管。电感为续流二极管。电感L为储能之件，为储能之件，C为为滤波电容，滤波电容，RL为负载为负载电阻。电阻。图图7-3-1 开关电源基本开关电源基本电路及工作波形电路及工作波形1.开关电源的基本原理开关电源的基本原理湖南人文科技学院物理与信息工程系 在一个周期内，开关管导通期间电感L储存的能量等于开关管截止期间释放的能量，即开关管饱和期间通过电感电流的增量IL1与开关管截止期间电感电流的削减量IL2相等时，电路达到动态平衡，获得一个稳定输出Uo。依据稳定条件依据稳定条件IL1=IL2可得：可得：（UiUo）T1L=UoT2L （7-3-2）即：即：Uo=UIT1(T1T2)=(T1T)Ui，=T1T （7-3-3）由式（由式（7-3-3）可见，可以通过限制开关管激励脉冲的）可见，可以通过限制开关管激励脉冲的占空系数占空系数 来调整开关电源的输出电压来调整开关电源的输出电压Uo。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图 7-3-2 开关电源的基本组成方框开关电源的基本组成方框湖南人文科技学院物理与信息工程系2.开关电源电路的基本类型开关电源电路的基本类型串联型串联型。图示的开关电源基本形式即是串联型开。图示的开关电源基本形式即是串联型开关电源，其特点是开关调整管关电源，其特点是开关调整管VT与负载与负载RL串联。串联。(1)串联型、并联型和变压器耦合串联型、并联型和变压器耦合(并联并联)型开关电源型开关电源湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-3-3 并联型开关电源基本电路并联型开关电源基本电路 并联型并联型。并联型开关稳压电源基本电路如图。并联型开关稳压电源基本电路如图7-3-3所示，其工作波形与串联电路基本相同。所示，其工作波形与串联电路基本相同。因开关管因开关管VT与负载与负载RL并联而称之为并联型。此外二并联而称之为并联型。此外二极管极管VD通常称之为脉冲整流管，通常称之为脉冲整流管，C为滤波电容。为滤波电容。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-3-4 变压器耦合型开关电源基本电路变压器耦合型开关电源基本电路湖南人文科技学院物理与信息工程系 (2)自激式和他激式开关电源自激式和他激式开关电源(3)脉冲宽度调制式和脉冲频率调制式开关稳压电源脉冲宽度调制式和脉冲频率调制式开关稳压电源 脉冲宽度限制（调宽）式开关电源稳压电路在通过变更开关脉冲宽度（限制开关管导通时间）来稳定输出电压的过程中，开关管的工作频率不变更。脉冲频率限制（调频）式开关电源在稳压限制过程中，变更开关脉冲的占空比的同时，开关管的工作频率也随着发生变更，故称之为调频调宽式稳压电源。自激式不需专设振荡电路，用开关调整管兼做振荡管，只需设置正反馈电路使电路起振工作，因而电路比较简洁。他激式开关电源。需专设振荡器和启动电路，电路结构比较困难。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-3-5 两种限制方式的调制波形两种限制方式的调制波形湖南人文科技学院物理与信息工程系 (4)混合调制方式混合调制方式(5)开关管的典型工作方式开关管的典型工作方式 按开关管的连接和工作方式分类，开关稳按开关管的连接和工作方式分类，开关稳压电源可分为单端式，推挽式，半桥式和全桥压电源可分为单端式，推挽式，半桥式和全桥式四种。单端式仅用了一个开关晶体管，推挽式四种。单端式仅用了一个开关晶体管，推挽式或半桥式接受两个开关晶体管，全桥式则接式或半桥式接受两个开关晶体管，全桥式则接受四个开关晶体管。受四个开关晶体管。目前彩色电视机、显示器、打印机、传真目前彩色电视机、显示器、打印机、传真机等开关稳压电源常接受单端式，而微机开关机等开关稳压电源常接受单端式，而微机开关电源均接受半桥式。电源均接受半桥式。脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能变更。属于变更。属于PWM和和PFM的混合方式。的混合方式。湖南人文科技学院物理与信息工程系7.3.2 脉宽调制式开关电源原理脉宽调制式开关电源原理图图7-3-6 脉宽调制式开关电源的基本原理图脉宽调制式开关电源的基本原理图湖南人文科技学院物理与信息工程系7.3.3 笔记本电脑中的开关稳压电源笔记本电脑中的开关稳压电源1.MAX786的性能特点的性能特点2.MAX786的工作原理的工作原理 笔记本电脑是由低压（通常为3.3V，少数为3.45V或3.6V）、微功耗、小型化超大规模集成电路和表面安装元件（SMC）构成的，被誉为“绿色”（节能型）计算机。下面介绍MAXIM公司生产的MAX786型双路输出电源限制器，可作为3.3V标准型笔记本电脑的开关式稳压电源。(1)管脚排列管脚排列图图7-3-7 MAX786 管脚排列管脚排列湖南人文科技学院物理与信息工程系(2)工作工作 原理原理图图7-3-8 MAX786内部框图内部框图湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-3-9 MAX786外部接线图外部接线图湖南人文科技学院物理与信息工程系3.由由MAX786构成的笔记本电脑开关电源构成的笔记本电脑开关电源图图 7-3-10 笔记本电笔记本电脑开关电源电路脑开关电源电路(1)电路电路湖南人文科技学院物理与信息工程系(2)系统框图系统框图图图7-3-11 系统连接框图系统连接框图湖南人文科技学院物理与信息工程系7.3.4 大屏幕彩色电视机开关电源大屏幕彩色电视机开关电源1.开关电源中的厚膜电路开关电源中的厚膜电路 厚膜电路厚膜电路是在阻容元件和半导体技术基础上发展起来是在阻容元件和半导体技术基础上发展起来的一种混合集成电路。它是利用厚膜技术在陶瓷基片上制的一种混合集成电路。它是利用厚膜技术在陶瓷基片上制作膜式元件和连接导线，将某一单元电路的各元件集成在作膜式元件和连接导线，将某一单元电路的各元件集成在一块陶瓷基板上，使之成为一个整体部件，其外形有封闭一块陶瓷基板上，使之成为一个整体部件，其外形有封闭和开放两种封装形式。和开放两种封装形式。在彩色电视机中，稳压电源厚膜电路是将开关稳压电路的各单元功能电路，如开关振荡、电源启动及稳压限制等部分的全部元件全部集成在一块基板上，以形成全集成化的开关稳压电源电路。在运用时，其外围除了加接开关变压器及少量的大功率、大容量的阻容元件外，不需加其它器件，电路结构相当简洁，为流水线生产整机，保证性能的一样性和牢靠性供应了便利。湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-3-12 STR S5941构成的开关电源电路构成的开关电源电路2.自激式开关电源新技术自激式开关电源新技术湖南人文科技学院物理与信息工程系片内片内VT1为大功为大功率开关管，率开关管，VT2为脉宽调制器，为脉宽调制器，VT5为误差放大器，为误差放大器，VT4为爱护限制管，为爱护限制管，R1，R2，R3，VD3为取样标准元件。为取样标准元件。STR-S5941增加增加VT3限制管，限制管，作用是改善对开关管作用是改善对开关管VT1的正反馈激励条件。的正反馈激励条件。湖南人文科技学院物理与信息工程系当电源开关刚刚接通时，利用当电源开关刚刚接通时，利用C607，C630的充电电流的充电电流使使VT4瞬间导通，从而使开关晶体管瞬间导通，从而使开关晶体管VT1在开机瞬间在开机瞬间时电流不致于太大，起到缓冲作用。时电流不致于太大，起到缓冲作用。STR-S5941的的6脚脚外接软启动元件外接软启动元件R620，C607，R630，C630。湖南人文科技学院物理与信息工程系7.4 新型单片式开关电源新型单片式开关电源 单片开关电源，自20世纪90年头中期问世以来，在国际上获得广泛应用。单片开关电源具有单片集成化、最简外围电路、最佳性能指标、无工频变压器、能完全实现电气隔离等显著特点。DC-DC变换器就是为了适应电子设备内多种直流电源的须要把直流电源进行升压、降压变更的开关电源。移动电话、笔记本电脑、PDA、摄录一体机等都会用到DC-DC变换器，且要求形态匹配，精度提高。AC-DC转换器主要用于电源供应、适配器、转换器主要用于电源供应、适配器、照明用镇流器、音响放大器等。照明用镇流器、音响放大器等。湖南人文科技学院物理与信息工程系7.4.1 单片开关电源的基本原理单片开关电源的基本原理 TOPSwitch系列单片开关电源的典型应用系列单片开关电源的典型应用电路如下图。高频变压器在电路中具备能量储存、电路如下图。高频变压器在电路中具备能量储存、隔离输出和电压变换这三大功能。隔离输出和电压变换这三大功能。图图7-4-1 单片单片机开关电源典机开关电源典型应用电路型应用电路湖南人文科技学院物理与信息工程系1.单片开关电源的两种工作模式单片开关电源的两种工作模式图图7-4-2 两种模式的开关电流波形两种模式的开关电流波形 单片开关电源由两种工作模式，一种是连续模单片开关电源由两种工作模式，一种是连续模式式CUM（Continuous Mode），另一种是不连续模），另一种是不连续模式式DUM（Discontinuous Mode）。波形如下：）。波形如下：湖南人文科技学院物理与信息工程系2.反馈电路四种基本类型反馈电路四种基本类型类型之一类型之一湖南人文科技学院物理与信息工程系类型之二类型之二湖南人文科技学院物理与信息工程系类型之三类型之三湖南人文科技学院物理与信息工程系类型之四类型之四湖南人文科技学院物理与信息工程系7.4.2 单片开关电源的典型应用单片开关电源的典型应用图图7-4-4 3.6W手机电池充电器电路手机电池充电器电路(1)3.6W手机电池充电器手机电池充电器湖南人文科技学院物理与信息工程系图图7-4-5 1.5W的的AC/DC电源适配器电路电源适配器电路(2)220V插头式插头式AC/DC电源适配器电源适配器湖南人文科技学院物理与信息工程系(3)多路输出的多路输出的35W机顶盒开关电源机顶盒开关电源图图7-4-6 多路输出的多路输出的35W机顶盒开关电源电路机顶盒开关电源电路 湖南人文科技学院物理与信息工程系(4)由微限制器限制的开关电源由微限制器限制的开关电源图图7-4-7 由由MCU限制的开关电源电路限制的开关电源电路湖南人文科技学院物理与信息工程系本章结束本章结束湖南人文科技学院物理与信息工程系思索题与习题思索题与习题 7.1 简述线性集成稳压器的基本组成和运用留意简述线性集成稳压器的基本组成和运用留意事项。事项。7.2 新型低压差集成稳压器电路有哪些特点？新型低压差集成稳压器电路有哪些特点？7.3 试说明开关稳压电路的特点。在下列各种状试说明开关稳压电路的特点。在下列各种状况下，试问应分别接受何种稳压电路（线性稳压电况下，试问应分别接受何种稳压电路（线性稳压电路还是开关稳压电路）？路还是开关稳压电路）？希望稳压电路的效率比较高；希望稳压电路的效率比较高；希望输出电压的纹波和噪声尽量小；希望输出电压的纹波和噪声尽量小；希望稳压电路的重量轻、体积小；希望稳压电路的重量轻、体积小；希望稳压电路的结构尽量简洁，运用元件个数希望稳压电路的结构尽量简洁，运用元件个数少，调试便利。少，调试便利。7.4 试说明开关稳压电路通常有哪几个组成部分，试说明开关稳压电路通常有哪几个组成部分，简述各部分电路的作用。简述各部分电路的作用。湖南人文科技学院物理与信息工程系 7.5 AC-DC与DC-DC变换器有什么区分？各有哪些应用？7.6 开关稳压电源按不同的方式分类各有哪些基本类型？分别画出串联型、并联型和变压器耦合（并联）型开关稳压电源的方框图。7.7 试用波形图说明脉宽调制方式和频率调制方式两类开关稳压电源的调整原理。7.8 半桥式逆变器有何优点？7.9 笔记本电脑电源有几种输出电压？容量为多大？7.10 什么是电源厚膜电路？7.11 大屏幕彩电中的开关电源接受了哪些新技术？7.12 单片式开关电源为什么被誉为“绿色”节能型电源？它有哪些广泛应用？