电子系统中的电源技术电子系统中的电源技术-李汪彪李汪彪福建师范大学物光学院福建师范大学物光学院 电子信电子信息工程系息工程系电子系统中的电源技术电子系统中的电源技术n第一节三端稳压集成电路n第二节LDO集成稳压器n第三节基准电压电源n第四节电源变换控制器n第五节AC/DC开关电源n第六节DC/DC电源第一节三端稳压集成电路n三端稳压集成电路具有体积小、输出电压可调整或固定、使用方便的特点，是电子设备中应用越来越广的集成器件。n三端稳压集成电路分类：n按工作方式：串联调整式、并联调整式和开关调整式三类；n输出电源极性：正稳压式和负稳压式；n按电压调整方式：固定式和可调式。第二节LDO集成稳压器nLDO就是低压差线性稳压器low-dropoutlinearregulator），其满负载压降从几十毫伏到2V，通常情况下输出电流越大，其满负载压降也越大。n由于LDO具有输入输出的压降小、功耗低等优点，可作为电池和开关电源的输出稳压用，所以在电池供电的各种便携式系统中得到了广泛的应用。LDO按静态电流分类类 型型静静态电流流特特 点点毫安毫安级100A1mA 静静态电流稍大但性能流稍大但性能优于三端于三端稳压器的新型器的新型线性性稳压器，适用于使用器，适用于使用AC/DC 固定固定电源的所有源的所有电子、子、电器器产品。因其需求量大，生品。因其需求量大，生产量大，而生量大，而生产成本极低，价格十分便宜。成本极低，价格十分便宜。微安微安级10A 100A 微功耗的低微功耗的低压差差线性性稳压器，它具有极低的自有器，它具有极低的自有噪音和噪音和较高的高的电源源纹波抑制波抑制(PSRR)，具有快捷，具有快捷的使能控制功能，的使能控制功能，给它一个高或低的它一个高或低的电平可使它平可使它进入工作状入工作状态或睡眠状或睡眠状态，具有最好的性能，具有最好的性能/功功率比，适用于在需要低噪音的手机率比，适用于在需要低噪音的手机电源中使用。源中使用。纳安安级10A 微功耗的低微功耗的低压差差线性性稳压器，具有极低的静器，具有极低的静态电流，流，稳压十分精确，最适用于需要十分精确，最适用于需要节电的手提的手提电子、子、电器器产品。品。LDO的主要参数n输入电压ViMIN、ViMAX）n输出电压(Vo)n额定输出电流(Io)n峰值电流PeakCurrent）n满负载压差VDO）n输出电压精度(Accuracy)n待机电流(IQ)n电源纹波抑制比(PSRR)n是否有关断功能等LDO的选型n在选择LDO时，需考虑的基本问题：n输入电压范围n额定输出电压n负载电流范围n封装的功耗等。n便携式应用通常还需考虑更多问题：n静态电流IQ）n电源纹波抑制比(PSRR)n噪声与封装尺寸大小等LDO典型应用电路典型应用电路nLDO的应用电路十分简单，仅需要二个用于输入、输出电压退耦降噪的陶瓷电容器。n输入和输出滤波电容器，应当选用宽范围、低等效串联电阻(ESR)、低价的陶瓷电容器。n一些LDO有一个Bypass附加脚，由它连接一个容量较小的电容器，可以进一步降低输出电压噪音。图9-2-1典型的LDO应用电路适合使用LDO的场合n当所设计的电路要求分路电源具有下列特点时，选用LDO是最恰当、最实用、最方便、最经济的选择。n低噪音、高纹波抑制；n占用PCB板面积小(如手机、手持电子产品)；n电路电源不允许使用电感器(如手机)；n电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能；n要求稳压器低压降、自身低功耗；n线路要求低成本和简单方案。常用的LDO器件nTI公司的TPS系列nLinear公司的的LT系列nSipex公司的SPX系列nMaxim公司的MAX系列nMicrochip公司的TC系列n美国国家半导体公司的LM系列nCSR公司的XC62xxnRicoh公司的R11xx系列等。低噪声、高PSRR和快速瞬态响应的低压降稳压器nTPS795xxn在100Hz100kHz范围内的输出噪声为33V；n在10kHz频率下的PSRR高达53dB；n输出电压调节：0.1V；n负载调节：低于3mV；n50s的快速起动时间；n输入电压范围为2.75.5V；n1A电流条件下的压降为250mV；n停机方式下的供电电流为1A；n满负载条件下的供电电流为265A；n可采用陶瓷输出电容器。n在整个工作温度和负载范围内的总精度达3；n器件封装为5引脚SOT223-5封装和5引脚DDPAK封装。常用的LDO封装n由于LDO多数应用于便携式系统，所以LDO的封装大多是贴片封装的第三节基准电压电源n基准电压源在传感器电路、模拟电路、数字电路及单片微机应用系统中均有广泛应用，例如做为比较器的参考电源，ADC的基准电源等。基准电压源对这些电路的性能起关键的作用。n基准电压源最重要的性能是其稳定性，即随温度和时间的变化维持基准电压稳定的能力。常用的电压基准源：LM285/385常用的电压基准源：TL431常用的电压基准源：MCP1525/1541第四节电源变换控制器n电源变换就是交流电源和直流电源之间的相互变换。n交流到直流的变换称为AC/DC变换即所谓的顺变）n直流到交流的变换称为DC/AC变换即所谓的逆变）n不同直流电压之间的变换称为DC/DC变换n峰值和频率都不同的交流电源之间的变换称为AC/AC变换。各种各种电源源变换类型的型的应用用变换类型型变换形式形式应用用领域域应用用实例例AC/DC*整流整流滤波波各种各种电源源电路路整流整流滤波波电源源 DC/AC 由控制由控制电路路产生生PWM信号信号经功功率率转换电路路实现交流交流电源的源的电气气设备用用电池供池供电；高；高频高高压的的产生生不不间断断电源源UPS；负离子离子发生器等。生器等。DC/DCDCACDC用用电池供池供电的的电气气设备移移动电话；PDA；MP3等。等。AC/ACACDCAC高高频高高压的的产生生节能灯逆能灯逆变电路路由上表可知，各种电源之间的变换，其核心是由上表可知，各种电源之间的变换，其核心是DC/AC变换。变换。 PWM控制器nPWM集成控制器是最常用的一种电源变换控制器，是电源逆变的控制核心，一般具有PWM信号产生、误差放大、输出驱动、外同步、软启动、“死区调理、欠压锁定以及各种保护等功能。n由于其外接元器件少、性能稳定可靠、适用范围广，广泛应用于开关电源、UPS和DC/DC电源的各种变换电路中。nPWM集成控制器分类n电压型PWMn电流型PWMn谐振型集成控制器电压型电压型PWM集成控制电路集成控制电路SG1525A/SG1527A n内部含有基准电源，欠压锁定电路、振荡器、误差放大器、脉宽比较器及触发器、锁存器，并能实现软启动和关闭控制等。电流型电流型PWM集成控制电路集成控制电路LT1846/LT1847 n电流控制型：在脉宽比较器的输入端直接用采样到的输出电感电流与误差放大器输出信号进行比较，来控制输出脉冲的占空比，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化。n这种控制方式可以改善整个开关电源的源电压效应和负载效应，改善整个系统的瞬态响应。LT1846典型应用电路典型应用电路ZVS/ZCS谐振型集成控制器UC1861-1868nUC1861-UC1868系列是零电流开关和零电压开关控制准谐振变换器的最佳控制集成电路。UCl864控制的控制的ZVS正激变换器正激变换器 第五节AC/DC开关电源nAC/DC主要用在交流供电的系统中，它可将交流电压转换成不同极性与数值的稳定直流输出。n小型AC/DC开关电源有整机式、基板式和模块式三种。选择选择AC/DC开关电源的注意事项开关电源的注意事项 n根据使用方法或设备预留空间选择适合的产品类型及外形尺寸。n依据输入电压和各路输出电压、电流查找相应规格。n输出各路电压之间是否共地。n明确纹波噪声、电压稳定度、负载稳定度等其它指标。n根椐实际使用环境的温度、湿度、振动等要求；选择性价比合理的产品级别。使用使用AC/DC开关电源的注意事项开关电源的注意事项n使用AC/DC开关电源前，看清接线标记。接线标记图含义是：L：火线；N：零线；FG：安全地线；COMGND）：输出公共地线；+V：输出电压；VADJ：输出电压调节。n接线时，请切断输入电源。n多数电源机壳为散热片，安装时尽可能加大机壳与机箱的接触面积，以利散热。n检查安装螺丝与电源板器件有无接触，测量外壳与输入、输出的绝缘电阻，以免触电。AC/DC开关电源的主要性能指标n交流输入电源电压、频率n输出电压及其调整范围、输出电压精度n输出功率、效率n纹波及噪声n逆变工作频率n隔离电压、绝缘电阻n工作环境温度n平均无故障工作时间等第六节DC/DC电源nDC/DC变换器主要用在直流供电系统，它可将直流电压转换成不同极性与数值的稳定直流输出。n小功率DC/DC电源有芯片式和模块式两种。nDC/DC变换专用集成电路分类：n按变换控制方式分有：脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM）；n按输出电压极性分有：正电压输出和负电压输出；n按变换比分有：升压型和降压型。降压型DC/DC变换专用集成电路降压芯片：ACT4060Vout=1.293*(R2/R1+1)升压芯片：AMC3202Vout=1.293*(R2/R1+1)升压/降压/反激电源芯片：MC34063n升压电路升压电路升压/降压/反激电源芯片：MC34063n降压电路降压电路升压/降压/反激电源芯片：MC34063n反激电路反激电路DC/DC电源模块电源模块 nDC/DC电源模块具有功率密度高，平均故障间隔时间MTBF长，无需调试使用方便，有不同的输入电压范围和单路或多路输出的多种型号可供选择。n目前国内外生产DC/DC电源模块的厂家很多，可以根据实际需要主要是输入、输出电压，输出功率，效率和模块的体积大小等选择合适的型号。