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　　二、不断提高技术性能

　　目前，新型LDO和VLDO的技术性能不断得到改善，功能也日臻完善。

它们不仅具有过电流保护（亦称限流保护）、过热保护功能，还增加了过电压关断（OvervoltageShutdown）、输入欠电压保护（InputUndervoltageProtection）、电池极性反接保护（Reversed"

BatteryProtection）等功能。

一'

旦输入电压超过最大值或低于最小值时，LDO能自动将电源关断。

即使将输人电源的极性接反，也能保护LDO不受损坏。

　　三、进一步拓宽LDO的应用领域

　　为简化多路稳压电源的设计，美国Micrel公司推出的MIC68200型低压差稳压器具有排序与跟踪功能。

所谓排序，就是在由多个稳压电源构成的电源系统中，使每个稳压电源的输出都能按照规定的顺序接通或关断。

在构成主电源和从电源时，利用此功能可对电源的工作顺序进行自动排序，以满足微处理器、现场可编程门阵列（FPGA）对各路电压工作顺序要求。

此外，MIC68200还具有跟踪能力，其辅助输出电压能自动跟踪主输出电压的变化，并随时调整自己的输出电压使各路输出之间的相对变化量为最小。

　　为满足CDMA（异步码分多址）手机电源的需要，美伝公司无触点稳压器厂家专门开发了带串行接口的可编程五路输出式超低压差线性稳压器，典型产品为MAX1798/MAX17"

。

　　复合式低压差线性稳压器兼有开关电源和LDO的优点，不仅电源效率高，而且输出纹波电压和噪声极低，是一种颇具发展前景的新型稳压器。

复合式低压差线性稳压器有两种设计方案，一种是将LDO作为开关稳压器的后置稳压器；

另一种是在同一个芯片中集成DC/DC变换器与LDO。

例如，美国Microchip公司开发的复合式超低压差线性稳压器TC1304，内部包含同步降压式开关稳压器和VLDO，前者适合给微处理器供电，后者可作为辅助电源使用。

1.4章节安排

本设计第一章为绪论，绪论包含LDO的应用，发展现状及发展趋势。

第二章稳压电源的分类，对稳压电源的典型种类做了介绍。

第三章也是本次设计的重点既直流稳压电源的组成及各部分的作用工作原理。

第2章稳压电源的组成

稳压电源（stabilizedvoltagesupply）是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。

包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。

2.1交流稳压电源

又称交流稳压器。

随着电子技术的发展，特别是电子计算机技术应用到各工业、科研领域后，各种电子设备都要求稳定的交流电源供电，电网直接供电已不能满足需要，交流稳压电源的出现解决了这一问题。

常用的交流稳压电源有：

①铁磁谐振式交流稳压器。

由饱和扼流圈与相应的电容器组成，具有恒压伏安特性。

②磁放大器式交流稳压器。

将磁放大器和自耦变压器串联而成，利用电子线路改变磁放大器的阻抗以稳定输出电压。

③滑动式交流稳压器。

通过改变变压器滑动接点位置稳定输出电压。

④感应式交流稳压器。

靠改变变压器次、初级电压的相位差，使输出交流电压稳定。

⑤晶闸管交流稳压器。

用晶闸管作功率调整元件。

稳定度高、反应快且无噪声。

但对通信设备和电子设备造成干扰。

20世纪80年代以后，又出现3种新型交流稳压电源：

补偿式交流稳压器。

数控式和步进式交流稳压器。

净化式交流稳压器。

具有良好隔离作用，可消除来自电网的尖峰干扰。

数控稳压电源：

是通过观察区在设备输出端取样，对现时电压跟额定电压作出比较、核对，如比较为负值，则发送数据到中央处理器（CPU），由中央处理器作出电压加的命令。

同时，检测区检测半导体是否已开、关。

确认无误后，中央处理器做出电压加的命令控制半导体工作，从而达到额定电压的标准。

如果正值，中央处理器则做出电压减的命令，整个过程全部数字化只需0.048秒时间。

本设备将瞬间反复变化的电压通过数字控制回路稳定来确保输出电压始终为额定电压。

采用数码式控制原理监控电压的变化，通过电子晶闸开关调整变压器的TAP来始终保持稳定的输出电压的数码式电源稳压器（DIGITALTAPCHANGINGMETHOD）

2.2直流稳压电源

又称直流稳压器。

它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。

稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。

前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。

纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；

后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。

直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。

前者由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压（或电流）。

这种电源线路简单、纹波小、相互干扰小，但体积大、耗材多，效率低（常低于40%～60%）。

后者以改变调整元件（或开关）的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。

这类电源功耗小，效率可达85%左右，但缺点是纹波大、相互干扰大。

所以，80年代以来发展迅速。

2.2.1直流稳压电源的分类

直流稳压电源的发展已有几十年的历史，已从分立器件发展到集成电路。

集成稳压电路具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，随着功率集成电路的发展，集成稳压电路已有多个品种、多种型号问世，按输出电压、输出电流形成系列产品，已成为直流稳压电源的主流产品，特别适用于小型电子设备使用。

目前生产直流稳压电源种类很多，可以从不同的角度分类：

1、按稳定方式分，有参数型稳压器和反馈调整型稳压器。

参数型稳压器电路简单，主要是利用电子组件的非线性实现稳压，例如，1只电阻和1只稳压管即可构成参数型稳压器。

反馈调整型稳压器具有负反馈，是闭环调整系统，利用输出电压的变化，经取样、比较、放大得到控制电压，去控制调整元件，从而达到稳定输出电压的目的。

2、按调整元件和负载连接方式分，有并联式稳压器和串联式稳压器。

调整元件与负载并联的称为并联式稳压器，调整元件与负载串联的称为串联式稳压器。

3、按作用器件分，有电子管稳压器、稳压管稳压器、晶体管稳压器、可控硅稳压器等。

4、按调整器件的工作状态分，有线性稳压器和开关稳压器。

调整器件工作在线性放大状态的为线性稳压器，调整器件工作在开关状态的称为串联式稳压器。

5、按电路的主要部分是集成电路还是分立元件分，有集成线性稳压器、集成开关稳压器和分立元器件组成的稳压器。

2.2.2直流稳压电源的技术指标

稳压电源的主要技术指标包括特性指标和质量指标，前者标识稳压电源的功能又称试用指标，后者反映了稳压电源质量的优劣。

1、特性指标

2、输入电压及适用范围。

3、输出电压及输出电压调整范围

4、额定输出电流（指电源正常工作时的最大输出电流）以及过流保护电流值。

（1）电压调整率

负载电流Ｉ0及温度T不变而输入电压U1变化时，输出电压U0的相对变化量△U0/U0与输入电压变化量△U1之比值，称为电压调整率，即

一般直流稳压电源的电压调整率SU为1%、0.1%、0.01%不等，其值越小，稳压性能越好。

电压调整率也可定义为：

在负载电流和温度不变时，输入电压变化

时，输出电压的变化量△U0，单位为毫伏。

（2）稳压系数

稳压系数定义为负载不变时，输出电压相对变化量和输入电压相对变化量之比，即

式中，U1为稳压电路输入直流电压，即整流电路的输出电压。

一般情况下S

在10-2~10-4数量级。

显然，S

越小稳压电路输出电压的稳定性越好。

（3）负载调整率（亦称电流调整率）

在交流电源额定电压条件下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量用百分数表示

（4）输出电阻（内阻）

当输入电压固定时，输出电压变化量与负载电流变化量之比，称为输出电阻R0，亦称内阻，即

R0=

其单位为欧。

R0的大小反映了当负载变动时，稳压电路保持输出电压稳压的能力。

R0越小负载能力越强，一般R0<

1

（5）最大纹波电压与纹波抑制比

叠加在输出电压上的交流分量的峰—峰值称为最大纹波电压△U

，一般为毫伏级。

在电容滤波电路中，负载电流越大，纹波电压也越大。

因此，纹波电压应在额定输出电流情况下测出。

纹波抑制比SR定义为稳压电源输入纹波电压峰—峰值△U

与输出纹波电压峰—峰值△U

之比，并取对数，即

SR=20lg

单位为分贝（dB）。

在质量指标中第

（1）、

（2）项是描述输入交流电压变化对输出电压影响的技术指标，第（3）、（4）项是描述负载变化对输出电压影响的技术指标，第（5）项反映了稳压电源对其输入端引入的交流纹波电压的抑制能力。

2.2.3直流稳压电源原理

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，见图3.1。

图3.1直流稳压电源方框图

其中：

①电源变压器：

是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。

②整流电路：

利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。

③常用的整流电路有：

1、半波整流电路

　　半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压V只有半个周期可以到达负载，造成负载电压V是单方向的脉动直流电压。

2、全波整流整流电路

　　利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路。

从图中可见，正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。

全波整流的特点：

　　输出电压V高；

脉动小；

正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充分利用，效率较高。

④稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

2.2.4电源变压器

电源变压器是将交流电网220V的电压变成所需要的电压值，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

2.2.5整流电路

整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2.3所示。

在U2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；

U2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图2.4所示

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。

电路中的每只二极管承受的最大反向电压约为反向击穿电压的一半或三分之二（U2是变压器副边电压有效值）。

2.2.6滤波电路

滤波电路选用一个2200μF的大容量电解电容C1和一个0.1μF的小电容量涤纶CL11型电容C2并联滤波，如图3.6所示。

理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2不起作用。

但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。

在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感性，几乎不存在电感。

在大电容C1上并联一个小电容C2可以补偿其在高频下的不足。

当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。

大电容的容量越大滤波效果越好。

当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。

这时高频干扰成分通过小电容流到底线，滤除各种高频干扰成分。

电路的输出波形如3.7图所示。

2.2.7稳压电路

1、稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图3.8所示。

图3.8三端集成直流稳压器

性能上，常用的集成稳压器由三端固定式、三端可调式和开关式。

以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00是统称）系列，负输出为7900系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。

一般要求最小的输入、输出电压差（U1—U0）为2V~3V；

输出稳压的容差约为5%；

最大输出电流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2A；

其最大电压UImax一般是7818档以下为35V，7824档为40V；

电压调整率SU一般为0.01%/V；

输出电阻R０小于0.1Ω；

纹波抑制比SR一般为50dB；

温度系数ST一般为每度ImV~2.4mV。

图2.7中，引脚1为电压变换的输入端，引脚2为电压变换后的输出端，引脚3为接地端。

电容Ci作用是改善纹波和抑制输入的过电压，一般取值为0.1μF。

C0作用是改善负载的顺态影响，一般可选取0.1μF的电容，当采用大电容量的电解电容时效果更好。

稳压电源的输入输出端要跨接一个二极管，以防止集成稳压器输出调整管损坏。

2、稳压电路的设计

本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+5V（最大输出电流0.3A）和固定输出

12V（最大输出电流0.1A）的直流电数出。

（1）输出+5V：

核心器件选用LM7805三端集成稳压器，其输出电压为+5V，额定电流0.1A。

当变压器变压后输出6.3V交流电，经整流桥，整流后输出约6V电压，滤波后有LM7805三端集成稳压电源处理，输出+5V电压，电流最大输出为0.3A。

（2）输出

12V：

核心器件选用稳压器LM7812和LM7912，组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接，按图2.8号电路就能输出

12V的电压。

组合用LM7812和LM7912时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的

12V并分别接入LM7812的接地引脚（GND）和LM7912的电压输入引脚（Vin）；

硅整流桥的正、负输出端口则分别接入LM7812的电压输入端（Vin）和LM7912的接地端；

滤波电容用了两个100μF首尾相接，连接处接公共输出接地端。

2.3逆变式稳压电源

所谓逆变式稳压电源也叫变频电源，本变频电源采用16位摩托罗拉处理器控制、高频PWM设计、原装进口三菱1GBT推动.效率达85%以上。

反应快速，对100%除载/加载，稳压反应时间在2ms以内。

本变频电源超载能力强，瞬间电流能承受额定电流的300%。

波形纯正，频率高稳定,不产生干扰磁波（EMI、EMC）。

变频电源不但是研发和实验室，计量室的最佳电源，也是EM/EMC/安规测试的标准电源。

◇该变频电源具有负载适应性强、效率高，稳定度佳，输出波形品质好、操作简便、体积小、重量轻的特点。

本变频电源针对世界各地不同电源种类，使用者不仅可以模拟其电压和频率（47～63Hz）作测试应用；

其中按国家军标特制的中频电源还可以支援400Hz频率的国防军事侦测、航空电子及航海、通讯等应用设备。

◇本变频电源不管是纯阻性，容性，电感性或非线性负载均可长期正常使用。

三相可单相使用。

可带负载调节电压和频率。

其中部分机型可设置开机密码，方便生产车间安全使用。

2.4开关稳压电源

结构

图1

图1画出了开关稳压电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，开关管V，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。

实际上，开关稳压电源的核心部分是一个直流变压器。

逆变器，它是把直流转变为交流的装置。

逆变器通常被广泛地应用在采用电平或电池组成的备用电源中。

直流变换器，它是把直流转换成交流，然后又把交流转换成直流的装置。

这种装置被广泛地应用在开关稳压电源中。

采用直流变换器可以把一种直流供电电压变换成极性、数值各不同的多种直流供电电压。

1．优点：

[1].功耗小，效率高。

在图1中的开关稳压电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。

这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。

[2].体积小，重量轻。

从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。

由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。

由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。

[3].稳压范围宽。

从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。

所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。

此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。

这样，开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。

[4].滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。

开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍。

就是采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500b倍。

在相同的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500—1/1000。

[5].电路形式灵活多样。

例如，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。

2．缺点：

开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。

开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在开关状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。

此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。

目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因而造价不能进一步降低，也影响到可靠性的进一步提高。

所以在中国的电子仪器以及机电一体化仪器中，开关稳压电源还不能得到十分广泛的普及及使用。

特别是对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材料等器件，在中国还处于研究、开发阶段。

在一些技术先进国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些问题，不能十分令人满意。

这暴露出开关稳压电源的又一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。

对此，如果设计者和制造者不予以充分重视，则它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。

当今，开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。

2.5常见种类

1．全自动补偿式电力稳压器

基本结构：

采用电机带动碳刷在自藕变压器绕组匝间滑动而直接调节输出电压或通过补偿变压器调节输出电压.

优点：

带负载能力强、工作效率高、波形失真小、电源自身抗干扰能力强.

缺点：

响应时间慢（≥1S）、有机械磨损、需定期维护、在稳压过程中交流接触器及电机产生较大的噪声.

应用：

工业、农业、交通、邮电、军事、铁路、科研文化等领域的大型机电设备、金属加工设备、生产流水线、建筑工程设备、电梯、医疗器械、刺绣轻纺设备、空调、广播电视及家用电顺、照明等需要稳压的场所。

特点：

1、响应速度快:

少于30ms（优于两个电源周期）。

2、净化功能强:

即可以滤除电网对负载的干扰,又可以滤除负载对电网的干扰。

3、稳压精度高:

额定输出电压±

0.5%。

4、抗干扰能力强:

能吸收外电路的高能量脉冲干扰。

5、效率高:

可达到98.5%。

6、功率因素高:

能有效提高线路的功率因素。

7、体积小:

只有传统机型的25%。

8、过载能力强:

5倍额定电流1秒钟。

9、失真度底:

特设的LC滤波电路能降低输出电压波形的失真度。

10、防雷击:

具有一定的防雷能力。

2.交流净化稳压器

采用正弦波能量分配与滤波器相结合的方法,通过调节初级回路可控硅的导通角来调节输出电压.

稳压精度高≤±

1%，响应时间快≤40ms，有尖锋脉冲滤波作用。

输出与输入电压之间有移相、有少许波形失真（附加≤3.5%）带某些特殊负载（如可控硅负载）不理想.

精密电子设备、医疗设备、计算机房、实验室、产品老化及测试。

3.无触点交流稳压器

通过电压或电流过零时切换一组或多组可控硅而使而使补偿变压器组中的某一个或多个变压器的补偿绕组升压,降压,初级短路,或切换自藕变压器的抽头来调节输出电压.

带负载能力强、工作效率高、波形失真小、响应时间快、噪音低。

稳压精度不高

一切需要稳压的场所。

4.参数稳压器基本结构

利用铁芯材料饱和特性来突现输出电压基本稳定.。

工作可靠、过载能力强、输出短路时能自动保护、结构简单、稳压范围大.抗干扰能力强。

.

重量大、体积大、价格高、噪音大、铁芯温升高、对输入电源工作频率要求高.。

电脑相关产品、医疗监控系统、程序控制系统、自动测试设备、广播电视设备、邮电通讯设备、自动插件机、生产线、印刷设备、塑胶注射设备、自动取款