第7章
电源电路

7.1 单相小功率整流、滤波电路

144 桥式整流、电容滤波电路

电子设备中小功率直流电源里最常用的整流、滤波电路，电路及输出波形如图4.7-1。该电路输出电压平均值 U _O（av） =（1.1～1.4） U ₂ 。 U _O 随 I _O 增大而降低。电路中每只二极管在截止期间承受的最高反向电压为 U ₂ ，在交流电源接通瞬间流过较大的浪涌电流。

145 倍压整流电路

图4.7-2为二倍压整流电路。 u ₂ 负半周时，V ₁ 导通， C ₁ 被充电至 u ₂ 的峰值 ， u ₂ 正半周时，与 u ₂ 叠加，经V ₂ 对 C ₂ 充电，使其输出电压为一般电容滤波的整流电路输出电压的二倍。图4.7-3为多倍压整流电路。除 C ₁ 上电压近似为 外，其余各电容上的电压均可接近 U ₂ ，电压实际极性如图4.7-3中所标注。将相关的几个电容上电压作为输出，就可实现三、四、五或六倍压整流。

7.2 直流线性稳压电路

146 硅稳压管及其稳压电路

硅稳压二极管的伏安特性及符号见图4.7-4。在稳压电路中它一般工作于反向电击穿区，这一区域具陡峭的击穿特性，电压降基本上稳定在 U _ZQ 值。图4.7-5是硅稳压管稳压电路原理图。当输入电压 U _I 或负载 R _L 变化引起输出电压 U _O 有微小改变时，稳压管通过自身电流的改变进行调节，使 U _O 稳定。

147 串联型稳压电路

由基准环节、采样网络、比较放大电路、调整管及保护电路等组成，电路的实质是一个具有交直流电压负反馈的功率放大电路。由集成运放作比较放大器的串联型稳压电路见图4.7-6a。输出电压 U _O 变化时，经 R ₁ 、 R ₂ 组成的采样电路采样，并与V _Z 提供的基准电压 U _Z 比较，由运放放大后控制调整管V ₁ 的基极电流并改变 U _CE1 ，达到使 U _O 稳定的目的。电路的输出电压

当用图4.7-6b、c所示的复合管或并联管代替调整管V ₁ 时，可增加输出电流的能力。提高 U _Z 的稳定性、增大负反馈回路的开环增益，可明显提高电路的稳压性能。V ₂ 及 R ₅ 组成保护电路，在负载电流过大或输出发生短路时， R ₅ 上压降的突然变大使V ₂ 导通，并对V ₁ 的基极进行分流，从而限制了输出电流。

148 集成稳压器

三端固定输出集成稳压器是目前广为使用的集成稳压器。主要有输出正电压的7800系列和输出负电压的7900系列，均属线性稳压器，内有多种保护电路。输出电压有5、6、8、12、15、18和24V等。图4.7-7以W78XX为例给出了它的三种封装形式、型号、最大输出电流值和典型接法。电路中的 C ₁ 、 C ₂ 用以防止稳压电路产生自激振荡。为了扩大三端集成稳压器的输出电压或输出电流，可分别采用图4.7-8a、b所示电路。

W117/217/317系列和W137/237/337系列是分别能输出正或负电压的三端可调集成稳压器，封装形式和最大输出电流与W7800系列相同。图4.7-9是其典型接法，调整端电流 I _adj 约为50μA，输出电压

149 基准稳压电源

基准稳压电源既能够为各种线性、开关稳压电源和大多数数/模转换器提供电压基准，也可以为传感器提供稳定的工作电源或激励源，还可以作为电压标准校准相关的测量仪器、仪表。

基准稳压电源实现的方法主要有：

（1）温度补偿基准电源 用具有温度补偿的硅稳压管组成；

（2）能隙基准电源 也采用了温度补偿技术。用与温度电压当量 U _T 成正比的电流源产生一个具有正温度系数的电压来补偿负温度系数的晶体管发射结电压 U _BE ，实现的能隙基准电源的温度系数几乎为零。当合理选择电路参数时，其输出电压与硅半导体材料在热力学温度零度时的外推禁带宽度（能带间隙）电压值相关。

（3）埋层齐纳管集成基准电源 普通的平面型齐纳管即（硅稳压管）击穿发生在硅晶体表面部位，由于表面部位杂质多，并有更大的机械应力和晶格位错，发生击穿时会产生较大噪声。在普通齐纳管上再扩散一层半导体扩散层，将齐纳管掩埋起来，这就是埋层齐纳管。由埋层齐纳管组成的基准电源是目前基准电源中精度最高、漂移最小的一种。如其中的AD2712可以提供电压为±10.000V±0.001V、输出电压温度系数为10 ^-6 /℃的超高精度基准电源。

7.3 其他稳压电路

150 开关型稳压电路

稳压电路的调整管工作于开关状态，通过控制其通、断时间来实现稳压。其功率转换效率可达65%～90%，对电网电压和频率大范围变化有良好的适应性，但有较大纹波，会产生较大的射频和电磁干扰，动态响应速度也较慢。开关型稳压电路按激励功率开关管的方式不同，可分自激式、它激式和同步式三类；按功率开关管类型分为双极型晶体管开关电源、功率MOS管开关电源和晶闸管开关电源等；按控制方式分为脉宽调制（PWM）型、脉频调制（PFM）型和混合调制（即脉宽、脉频同时改变）型；按电路结构分为降压型、反相型、升压型和变压器型；按开关管输出电路形式可分为单端开关电源和双端开关电源，其中双端开关电源又分为推挽型、半桥型和全桥型。

开关稳压电路基本组成见图4.7-10，高频变换器是核心电路。50Hz交流电压经过整流滤波电路转换成直流电压，该直流电压先经过高频变换器转换成高频脉冲电压（数十至数百kHz），再经过输出整流滤波电路可得到预期的直流电压输出。为了稳定输出电压，检测电路将输出电压采样后送至控制电路。控制脉冲信号的调节作用，可以使驱动电路控制开关管的开通与关断时间，达到稳压的目的。保护电路可以防止过电压与过电流故障，辅助电源则用于给驱动、控制及保护电路提供必要的电源。

151 模块电源

是指采用优化电路、先进工艺而制造完成，且封装成一体可以直接贴装在印制电路板（PCB）上的高质量的线性或开关型稳压电源。电源模块有降压和升压两种，输出电压稳定且精度可达±3%。模块电源具有高性能价格比、多种输入与输出电压的特点，主要应用于在工业仪表、数字电路、电子通信设备、卫星导航、遥感遥测、地面通信科研设备等领域。

模块电源的输出电压一般可调；并联应用时，各模块电源能精确均流；有浪涌电流限制和各种检测控制特性。按功能不同，它有DC/DC功率变换模块、AC/DC功率变换模块和DC/AC功率变换模块。三种变换模块的原理框图和工作波形分别见图4.7-11、图4.7-12及图4.7-13。

152 低压降线性稳压器（LDO）

（Low Dropout Regulator）是新一代的集成电路稳压器，其输入-输出电压差非常低的线性稳压器。其目的是将设备上发热带来的功率散失降至最低，从而提高转换效率。

LDO输入-输出的电压差低主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET，而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的，无需电流，因而大大降低了器件本身消耗的电流。此外，由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。

LDO的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和各类保护电路等。LDO通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比。与线性集成稳压器相比，LDO可以在输出电流小于几安培且输出电压接近输入电压的应用中实现成本与性能的最佳平衡；与DC/DC开关转换器相比，LDO几乎不产生纹波，可以提供非常平直的电源电压。此外，由于LDO所需的外部无源元件数量最少，通常只需要一两个旁路电容，从而大大减少了设计的工作量。LDO主要应用于电脑主板、LCD显示器、DVD视频播放器、网络接口卡/开关、通信设备、高效率线性调整器、打印机及其他外设。新的LDO可达到以下指标：输出噪声30μV，电源抑制比（PSRR）为60dB，静态电流6μA（TI公司的TPS78001达到 I _q =0.5μA），电压降只有100mV。常用芯片：JM1117、TPS71550等。