模拟电路 10.3节

10.3.3 集成开关稳压器
在升压型稳压器中，常用的有 LM2577( 输出电流 3A，工作频率 52kHz)、LT1110(输出电流1A，工作频 率70kHz)、LM3478(输出电流1A，可调频率100kHz～ 1MHz)等。输出电压极性倒换型常用的有 ICL7660(输 入 电 压 1.5V~10V ， 输 出 电 压 -1.5V~-10V) 、 MAX764( 输出电压 -5V) 、 MAX765( 输出电压 -12V) 、 MAX766( 输出电压 -15V) 。下面介绍几种常用的开关 稳压器。
10.3.2开关型稳压电路的工作原理
2. 并联开关型稳压电路： 图10-16给出了开关管电压uB、开关管电流iVT、 二极管电流iVD、电感电流iL的波形。开关管VT导通 时间越长，向电感 L 储能越多，当开关管截止时， L 向负载释放的能量越多，输出电压越大。可以证明， 并联开关型稳压电路的输出电压平均值为
10.3.3 集成开关稳压器
1. LM2576 Buck变换器及应用 LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性是： ①最大输出电流：3A； ②最高输入电压：LM2576为40V，LM2576HV为60V ③输出电压：3.3V、5V、12V、15V和ADJ(可调)等可 选； ④振荡频率：52kHz； ⑤转换效率：75％～88％ (不同电压输出时的效率不 同 )； ⑥控制方式：PWM； ⑦工作温度范围：-40C～+125C；
L VT + UI uB VD E IL C RL + UO -
图10-13 串联开关型稳压电源原理框图
10.3.2开关型稳压电路的工作原理
2. 并联开关型稳压电路：
并联开关型稳压电路，调整管与负载是并联的，因 此输出电压大于输入电压，也称为升压式变换器 (StepUp Regulator)，或者Boost变换器(Boost Regulator)。在图 10-15中，VT为调整管(也称开关管)，VD为续流二极管 L、C构成滤波器。当uB为高电平时，调整管VT饱和导 通，使二极管VD反偏而截止，输入电压UI经电感L和调 整管VT形成回路，通过电感L中的电流iL在电感中储能 同时电容C对负载放电，供给负载RL电流。当uB为低电 平时，调整管VT截止，由于电感电流iL不能突变而产生 反极性的自感电动势，使二极管 VD 导通，电感电流 iL 经续流二极管 VD 向电容 C 充电，同时给负载 RL 供电。 因此，在输出端能获得平稳的直流输出电压。
COMP
1.23V 基准电压
电流 传感器 电阻 GND
图10-20 LM2577内部框图
10.3.3 集成开关稳压器
LM2577的12V固定输出应用电路如图10-22(a)所示 可调输出应用电路如图 10-22(b)所示，其中 IN5821 是 开关特性好的肖特基二极管。输出电压与取样电阻之 间的关系如下：
10.3.3 集成开关稳压器
LM2576 的 5V 固定输出应用电路如图 10-17 所示， 其中 IN5822 是开关特性好的肖特基二极管。可调输 出应用电路如图 10-19 所示，要求输入电压高于输出 电压。输出电压与取样电阻之间的关系如下：
R1 U O 1.23 (1 ) R2
VIN
0 iVT
0 iVD
t
图10-15并联开关型稳压电源原理框图
0 iL
t
0
t
图10-16 Boost变换器的工作波形
10.3.3 集成开关稳压器
目前，开关稳压电源所用的集成电路分为两类，一类 是将脉冲产生、脉宽调制等控制电路集成在一个芯片上， 称为开关稳压控制器，一般需要外接开关功率调整管和快 速恢复功率二极管，主要用于自行设计制作的电路复杂、 功 能 齐 全 的 大 型 开 关 稳 压 电 路 系 统 ； 例 如 ， UC3846 、 UC3907等。另一类是将脉冲产生、脉宽调制、调整管等集 成在一个芯片上，用户只需外接二极管、电感、电容和电 阻就可以构成开关稳压电源，称为开关稳压器。开关稳压 器种类很多，有串联型(降压型)开关稳压器、并联型(升压 型)开关稳压器、输出电压极性倒换型等。在降压型稳压器 中，常用的有 LM2575( 输出电流 1A ，工作频率 52kHz) 、 LM2576( 输出电流 3A ，工作频率 52kHz) 、 LM2596( 输出电
10.3.3 集成开关稳压器
UI
7~40V
VIN
取样电路 固定增益 误差放大器
内部稳压
100mF
Feedback
LM2576-5.0
比较器 驱动 3A 开关管 Output
100mH
UO
5V
1.23V 基准电压
52kHz 振荡器
复位
热关断
电流限制 GroundΒιβλιοθήκη 1N5822 1000mF
RL
图10-17 LM2576内部框图和5V固定输出应用
1 Uo UI 1 q
式中，调整管 VT驱动电压 uB信号周期为 T，导通时 间为 ton ，截止时间为 toff ，则周期 T=ton+toff ，占空 比q= ton/T。
10.3.2开关型稳压电路的工作原理
uB ton toff t
2. 并联开关型稳压电路：
L + IL UI VT uB C RL VD + UO -
U t ( U )t t I on VD off U U on qU 0 I T I T
由此可见，如果UI值不变，通过调节占空比q即
10.3.2开关型稳压电路的工作原理
1. 串联开关型稳压电路： 若保持控制信号的脉宽不变，只改变信号的周 期 T ，同样也能使输出电压 U0 发生变化，这就是脉 冲频率调制型(PFM)开关稳压电路；若同时改变导通 时间ton和周期T，称为混合调制型开关稳压电路。
R1 U O 1.23 (1 ) R2
10.3.3 集成开关稳压器
VIN
VOUT
+12V
+5V
VIN
+5V
VOUT
(a)固定输出 图10-22 LM2577应用电路
(b)可调输出
10.3开关型稳压电路
10.3.1开关型稳压电路的特点和类型
1. 开关型稳压电路的特点 ①效率高。开关型稳压电路中的调整管工作在开关 状态，通过改变调整管导通时间实现稳压。由于调 整管主要工作在截止和饱和两种状态，管耗很小， 开关型稳压电路效率较高，可达80～90%。 ②体积小重量轻。大多数开关型稳压电路不使用 50Hz工频变压器，而且开关频率在几十～几百千赫 使滤波电感和电容的容量减小；因调整管的功耗小， 散热器也随之减小。
10.3.2开关型稳压电路的工作原理
1. 串联开关型稳压电路： 调整管VT驱动电压 uB一般为 PWM(Pulse Width Modulation, 脉宽调制)信号，周期为T，频率为f=1/T 导通时间为 ton ，截止时间为 toff ，则周期 T=ton+toff 占空比 q= ton/T。通常 PWM 信号频率 f 在 20kHz 以上 频率越高，所用的储能元件L、C的值越小，稳压电 源的尺寸和重量将会减小，成本降低；但是频率增 加将使开关管在单位时间内转换次数增加。
10.3.1开关型稳压电路的特点和类型
、开关型稳压电路的分类
开关型稳压电路种类很多，可以按不同方式来分类。 按调整管与负载连接方式可分为串联型和并联型。在串联 开关型稳压电路中，调整管与负载串联，输出电压总是小 于输入电压，故称为降压型稳压电路。在并联开关型稳压 电路中，调整管与负载并联，具有升压功能，故称为升压 型稳压电路。按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制 Pulse Width Modulated，PWM)、脉冲频率调制型(Puls requency Modulated, PFM)和混合调制，其中脉冲宽度 调制 PWM 用得较多。按调整管是否参与振荡可分为自激 式和他激式。按所用开关管的种类分双极性三极管、MO
7~60V
VOUT
10.3.3 集成开关稳压器
2. LM2577 Boost变换器及应用 LM2577系列是美国国家半导体公司生产的 3A电 流输出升压开关型集成稳压电路，也称 Boost 变换器 它内含固定频率振荡器 (52kHz) 和基准电压 (1.23V) ， 逻辑电路、软启动、并具有完善的保护电路等，如图 10-20 所示。该系列产品有 12V 、 15V 及可调 (ADJ) 等 多个电压档次产品，使用时要求输出电压高于输入电 压。LM2577系列开关稳压集成电路的主要特性是： ①最大输出电流： 3A ；②输出电压： 12V 、 15V 和 ADJ(可调)；③振荡频率：52kHz；④工作温度范围： -40C ～ +125C ；⑤封装形式： TO-220( 图 10-21) 、 TO
10.3.3 集成开关稳压器
VIN 电流限制、过热限制 低电压关断 2.5V 稳压器 3A 开关管
SWITCH
逻辑 电路
驱动级
52kHz 振荡器
5-VIN 4-SWITCH 3-GND
放大器
2-FEEDBA 1-COMP
FEEDBACK
比较器
图10-21 TO-220封装的LM2577引脚图
软启动 误差放大器
10.3.2开关型稳压电路的工作原理
1. 串联开关型稳压电路：
串联开关型稳压电路，调整管与负载是串联的，因此输 出电压小于输入电压，也称为降压式变换器 (Step-Down Regulator) ，或者 Buck 变换器 (Buck Regulator) 。在图 1013中，VT为调整管(也称开关管)，VD为续流二极管，L C构成滤波器。当uB为高电平时，调整管VT饱和导通， 输入电压 UI 经滤波电感 L 加在滤波电容 C 和负载 RL 两端 在此期间， iL 增大， L 和 C 储能，续流二极管 VD 反偏截 止。当 uB 为低电平时，调整管 VT 由导通变为截止，电 感电流 iL 不能突变， iL 经 RL 和续流二极管 VD 衰减而释 放能量，此时C也向RL放电，因此RL两端仍能获得连续 的输出电压。