集成穩壓器應用技術

Application Technology of Integrated Regulator

（電源技術講座五）

摘要：集成穩壓器發展很快，這里僅就線性集成穩壓器介紹一些應用方法。

集成穩壓器在近十多年發展很快，目前國內外已發展到幾百個品種。按電路的工作方式分，有線性集成穩壓器和開關式集成穩壓器。按電路的結構形式分，有單片式集成穩壓器和組合式集成穩壓器。按管腳的連接方式分，有三端式集成穩壓器和多端式集成穩壓器。按制造工藝分，有半導體集成穩壓器、薄膜混合集成穩壓器和厚膜混合集成穩壓器。

1常用集成穩壓器

1.1多端可調式集成穩壓器

這種穩壓器取樣電阻和保護電路的元件需要外接，它的外接端比較多，便于適應不同的用法。它的輸出電壓可調，以滿足不同輸出電壓的要求。目前國內生產的這類產品種類比較多。

1.2三端固定式集成穩壓器

這類穩壓器有輸入、輸出和公共端3個端子，輸出電壓固定不變（一般分為若干等級），CW7800系列的輸出電壓為5，6，9，12，15，18，24V共7個檔次，這個系列產品的最大輸出電流可達1.5A。同類型的產品還有CW78M00系列，輸出電流為0.5A；CW78L00系列，輸出電流為0.1A。這類產品具有使用方便、性能穩定、價格低廉等優點，得到了廣泛應用，已基本上取代了由分立元件組成的穩壓電路。三端固定式集成穩壓器還有輸出為負電壓的CW7900、CW79M00和CW79L00系列。

1.3三端可調式集成穩壓器

它有3個接線端：輸入端、輸出端和調節端。在調節端外接兩個電阻可對輸出電壓作連續的調節。在要求穩壓精度較高，并且輸出電壓需在一定范圍內做任意調節的場合，可選用這種集成穩壓器。它也有正、負輸出電壓以及輸出電流大小之分，選用時應注意各系列集成穩壓器的電參數特性。

1.4跟蹤式集成穩壓器（正負電壓集成穩壓器）

有很多電路需要正負電源（如運算放大電路），正負電源通常可以用1個正壓穩壓器和1個負壓穩壓器來組成，而用跟蹤式集成穩壓器更為理想。跟蹤穩壓器能保證正負輸出電壓始終是平衡的，它的中點始終為地電位，并有自動跟蹤能力。

2應用電路

2.1固定輸出電壓源

利用三端固定輸出電壓集成穩壓器可以方便地構成固定輸出的穩壓電源。因為CW7800、CW78M00、CW78L00系列中最后兩位數字表示集成穩壓器的輸出電壓值，所以可用這兩位數字選擇相應型號。例如要求6伏輸出電壓，就可以選擇CW7806、CW78M06或CW78L06，其輸出電壓偏差在±2％以內。若考慮輸出電流的要求，在1.5A以內，選用CW7800系列，在0.5A以內的，選用CW78M00系列，小于100mA的，選用CW78L00系列。

固定輸出穩壓電源的基本電路如圖1所示，圖中的Ui是整流濾波以后的未經穩壓的輸入電壓、Uo是穩壓電源的輸出電壓，輸出電容Ci一般情況下不接，但當集成穩壓器遠離整流、濾波電路時應接入1個0.33μF的電容器，它的作用是改善紋波和抑制輸入的瞬時過電壓，保證CW7800的輸入與輸出間的電壓差不會超過允許值。輸出電容Co一般不采用大容量的電解電容器，只要接入0.1μF的電容器便可以改善負載的瞬態響應。但是，為了減小輸出紋波電壓，有時在輸出端并聯1只大容量電解電容器，會取得較好的效果。然而，這樣將隨之產生一種弊病：一旦CW7800的輸入端出現短路時，輸出端上的大電容器上儲存的電荷將通過集成穩壓器內部電路調整管的發射極與基極PN結泄放，因大容量電容器釋放能量較大，會造成集成穩壓器內部調整管的損壞。為了防止這一點，可在CW7800的輸入與輸出端之間跨接1個二極管（見圖2），它為Co上電荷的泄放提供了一個分流通路，對集成穩壓器起保護作用。CW7800、CW78M00、CW78L00系列是正輸出電壓穩壓器，但也可用來提供負輸出電壓，電路見圖3。

圖1固定正電壓輸出應用電路

圖2具有輸入短路保護的情況

圖3固定負載短路保護的情況

圖4正負電壓同時輸出的情況

正輸出穩壓電源和負輸出穩壓電源的組合，可成為正負電壓同時輸出的穩壓電源。電路如圖4所示。

2.2高輸入、高輸出集成穩壓電路

在集成穩壓器的實際應用中，往往會存在整流濾波后的電壓Ui較高，而要求輸出電壓較低的情況，為了保證集成穩壓器的輸入與輸出之間電壓差不超過允許值，就必須降低集成穩壓器的輸入電壓值，圖5給出一種參考電路。

當所需穩壓電源輸出電壓高于集成穩壓器的輸出電壓時，可采用升壓電路來提高輸出電壓，圖6給出參考電路，圖中R1上的電壓就是集成穩壓器的標稱輸出電壓Uo1，設流過R1的電流為IR1，流過R2的電流IR2是IR1和集成穩壓器靜態工作電流Iq之和，這時輸出電壓Uo為

Uo=Uo1＋R2（IR1＋Iq），（1）

一般情況下，IR1≥5Iq，則上式可改寫成

Uo≈Uo1＋IR1R2，（2）

將IR1=Uo1/R1代入，則

Uo=Uo1（1＋R2/R1）（3）從此式可以看出,是所提高的輸出電壓部分，它由R2和R1的比值來決定，當集成穩壓器的輸入電壓變化時，它的靜態工作電流Iq也隨之變化。若電阻R2數值較大，R2Iq項的作用也增大，將影響集成穩壓電源的穩壓精度，所以要求提高的電壓值越大，R2取值越大，穩壓電源的穩壓精度就越低。

高輸入電路和升壓電路的組合，可以構成高輸入、高輸出穩壓電源，圖7給出參考電路。

2.3可調輸出集成穩壓電路

三端固定輸出電壓集成穩壓器，一般來說輸出電壓是不可改變的，但在特定情況下，可以通過外接電路來改變輸出電壓值。

圖8是7～30V的可調輸出集成穩壓電源電路，運算放大器F007作為電壓跟隨器，由于運算放大器

圖5高輸入電壓情況

圖6升壓電路

圖7高輸入、高輸出穩壓電路

有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，將它接在集成穩壓器的輸出端2和調整端3之間，起到了緩沖作用，提高了穩壓精度。輸出電壓的表達式

Uo=Uo1（1＋R2/R1）。（4）

在該電路中，由于運算放大器F007是單端正電壓供電，并接在集成穩壓器的輸入端。一般情況下，F007的輸出電壓幅值要比供電電壓低一些，大約低2V左右，所以集成穩壓器的輸出電壓只能下調到比三端穩壓器電壓標稱值高2V的數值上，即上式中的Uo1表示比集成穩壓器標稱輸出電壓高2V的電壓值，穩壓電源輸出電壓的上限值受運算放大器F007的供電電壓的限制，不能無限地提高輸入電壓Ui，當集成穩壓器選用CW7805時，它的標稱輸出電壓為5V，F007的供電電壓（即CW7805的輸入電壓）Ui為32V，考慮到CW7805的最小輸入與輸出電壓差為2V，則該穩壓電源的輸出電壓可調范圍為7～30V。

圖8 7～30V調輸出穩壓電路

為將輸出電壓進一步下調，可采用圖9的電路，該電路中的運算放大器F007采取正負電壓同時供電的方式，正負電源電壓的總和不超過F007電源電壓的最大允許值，與圖8比較，不同點是運算放大器采用了部分反饋，這就相當于集成穩壓器CW7805的標稱輸出電壓變成了Uo1R3/（R3＋R4）。

圖10是1～35V可調輸出穩壓源電路。由于增大了輸入電壓Ui的數值，提高了輸出電壓的上限，從而擴展了可調范圍。

2.4大電流輸出集成穩壓電路

圖9從0.5V起調的穩壓電路

圖101～35V可調輸出穩壓電路

CW7800系列的最大輸出電流為1.5A，若要求穩壓源的輸出電流大于1.5A時，必須采取擴展輸出電流的方法，可以采用外接功率管的辦法來解決，但必須注意的是這種三端集成穩壓器，不能用NPN型晶體管來擴展電流，而只能采用PNP型晶體管，若必須采用NPN型晶體管時，應當用1個PNP型晶體管與它接成復合形式。

圖11是大電流輸出的穩壓源實例。該電路不僅有擴展輸出電流的功能，同時對外接擴流晶體管V1提供過流保護，當有過電流發生時，RS上的電壓降增大，使晶體管V2導通，由于V2與電阻R并聯，使晶體管V1的基極與發射極之間的電壓降低，使V1基流減小，從而使擴流晶體管V1輸出電流減小或截止，起到過流保護作用。

過流保護采樣電阻RS的選擇

RS=Ube2/IS，（9）

式中Ube2——晶體管V2的基極與發射極間的電壓；

IS——被限制的電流值。

圖11大電流輸出穩壓電路

可以近似地認為IS=IO－IC，若選取IO?IC，則IS≈IO，上式可寫成

RS≈Ube2/IO。（10）

　　需要指出的是由于采用外接擴流管，會對集成穩壓器的穩壓精度有影響。

2.5恒流源電路

用三端固定輸出集成穩壓器可以組成恒流源電路。此時集成穩壓器本身工作于懸浮狀態。圖12是一種恒流源電路實例，接在集成穩壓器輸出端和公共端之間的電阻R=R1＋R2，決定了恒流源的輸出電流IO，從圖中可知，流過電阻R的電流

IR=Uo1/R。（11）

為了取得較高的效率，應選取標稱輸出電壓低的集成穩壓器來組成恒流源，在圖12中采用了CW7805。

若電阻R1為1個可變電阻器，就可以組成輸出電流可調的恒流源，為防止可變電阻器調到零時造成集成穩壓器輸出端短路，在電路中串入小電阻R2。R2值的選擇應保證在R1調到零時集成穩壓器的輸出電流小于其所允許的最大輸出電流值，即

R2≥Uo1/Iomax。（12）

圖12輸出電流可調的恒流源電路

3集成穩壓器的選擇

在選擇集成穩壓器時應該兼顧性能、使用和價格幾個方面，目前市場上的集成穩壓器有三端固定輸出電壓式、三端可調輸出電壓式、多端可調輸出電壓式和開關式4種類型。

在要求輸出電壓是固定的標準系列值，且技術性能要求不是很高的情況下，可選擇三端固定輸出電壓式集成穩壓器。比如選擇CW7800系列可獲得正輸出電壓，選擇CW7900系列可獲得負輸出電壓。由于三端固定輸出電壓式集成穩壓器使用簡單，不需要做任何調整，價格較低，應用范圍非常廣泛。

在要求穩壓精度較高且輸出電壓能在一定范圍內調節時，可選用三端可調輸出電壓式集成穩壓器，這種穩壓器也有正和負輸出電壓以及輸出電流大小之分，選用時應注意各系列集成穩壓器的電參數特性。

多端可調輸出電壓式集成穩壓器，例如五端型可調集成穩壓器，因它有特殊的限流功能，可利用它組成具有控制功能的穩壓源和穩流源，它是一種性能較高而價格又較便宜的集成穩壓器。

單片開關式集成穩壓器的一個重要優點是具有較高的電源利用率，目前國內生產的CW1524、CW2524、CW3524系列是集成脈寬調制型，用它可以裝成開關型穩壓電源。

4使用集成穩壓器的注意事項

（1）不要接錯引腳線，對于多端穩壓器，接錯引線會造成永久性損壞，對于三端穩壓器輸入和輸出接反，當兩端電壓差超過7伏時，有可能使穩壓器損壞。

　　（2）輸入電壓不能過低，輸入電壓Ui不能低于輸出電壓Uo和調整管的最小壓差（Ui—Uo）min以及輸入端交流分量峰值電壓Up三者之和，即Ui>Uo＋(Ui－Uo)min＋Up,否則穩壓器的性能將降低，紋波增大。

　　（3）輸入電壓也不可過高，不要超過Uimax，防止集成穩壓器損壞。

　　（4）功耗不要超過額定值，對于多端可調穩壓器，若輸出電壓調到較低電壓時，防止調整管上壓降過大而超過額定功耗，為此在輸出低電壓時最好同時降低輸入電壓。

　　（5）防止瞬時過電壓，對于三端穩壓器，如果瞬時過電壓超過輸入電壓的最大值且具有足夠的能量時，將會損壞穩壓器。當輸入端離整流濾波電容較遠時，可在輸入端與公共端之間加1個電容器（如0.33μF）。

　　（6）防止輸入端短路，如果輸出電容CO較大，又有一定的輸出電壓，一旦輸入端短路，由于輸出端的電容存儲電荷較多，將通過調整管泄放，有可能損壞調整管，所以要在輸入與輸出端之間連接1個保護二極管，正極連輸出端，負極連輸入端。

　　（7）防止負載短路，尤其對未加保護措施的穩壓器而言更要注意。

　　（8）大電流穩壓器要注意縮短連接線和安裝足夠的散熱器。