第八章直流穩壓電源

8.1直流穩壓電源主要性能指標

和分立元件穩壓電路

8.2線性集成穩壓電路8.3開關穩壓電源教學目標1、熟悉穩壓電源主要性能指標。熟悉并聯穩壓電路組成、適用場合、穩壓原理和元器件選擇方法，會分析并聯穩壓電路簡單故障。2、了解串聯反饋型分立元件穩壓電路組成、穩壓原理及輸出電壓計算方法。3、熟悉三端線性集成穩壓器分類、主要參數、型號命名含義、管腳排列；掌握三端固定集成穩壓器電路組成和基本應用；熟悉擴大輸出電流、輸出電壓電路組成及使用注意事項；會估算輸出電壓，能正確選用集成穩壓器及外接元器件。教學目標4、熟悉三端可調集成穩壓器基本應用電路組成，外接元器件作用。會估算輸出電壓調節范圍，會正確選用元器件。5、了解低壓差集成穩壓器及其應用知識。6、了解開關電源分類、基本原理。選學UC3842由引腳功能以及由其構成的PWM應用電路原理。選學三端單片開關集成穩壓器引腳排列、分類、工作原理和由其構成單端反勵式開關電源的實用電路原理。8.1直流穩壓電源主要性能指標和分立元件穩壓電路

8.1.1直流穩壓電源及其主要性能指標穩壓電源的主要性能指標包括特性指標和質量指標。特性指標規定了電源的適用范圍，其中包括電源允許輸出電流和輸出電壓（或輸出電壓可調范圍）。質量指標包括穩壓系數、輸出電阻、溫度系數和紋波電壓等。

1.穩壓系數（CoefficientofVoltagestabilization）顯然，Sγ越小，穩壓電路輸出電壓的穩定性越好。穩壓系數定義為負載不變時，輸出電壓相對變化量和輸入電壓相對變化量之比，即在一些參考文獻中，用電壓調整率Su

和電流（負載）調整率SI

來描述穩壓性能。電壓調整Su

為：電流調整率SI為輸入電壓和溫度不變時輸出電流從零度到最大時輸出電壓相對變化量：

2.輸出電阻（Outputresistance）

Ro的大小反映了當負載變動時，穩壓電路保持輸出電壓穩定的能力。Ro越小，表示它的穩定性能越好。當輸入電壓固定時，輸出電壓相對變化量與負載電流變化量之比，稱為輸出電阻，即3.最大紋波電壓與紋波抑制比疊加在輸出電壓上的波動分量稱為最大紋波電壓，常用其峰-峰值△UOP-P來表示，一般為毫伏級。紋波抑制比SR表示，穩壓電路輸入紋波電壓峰-峰值△UIP-P與輸出紋波電壓峰-峰值△UOP-P之比，并取其分貝數，即4.溫度系數（Temperaturecoefficient）因穩壓管與負載并聯而得名，又稱硅穩壓管穩壓電路（Zenervoltageregualator）。圖中R為限流電阻（Limitingcurrentresistance）,限制IZ，防止超過IZM而損壞。

圖8.1.1硅穩壓二極管穩壓電路

一、電路組成

8.1.2并聯穩壓電路的組成及其工作原理穩壓條件：穩壓管正常工作時必須反偏，且反偏電流IZ必須滿足：IZmin≤IZ≤IZM式中，Izmin為使穩壓管穩壓的最小電流，在元件手冊中查得的IZ即為Izmin。

二、工作原理（1）電源不穩定的主要原因

①電網電壓波動；②RL變化。

（2）穩壓原理

①

UI↑

②

UI↓從以上分析可知，硅穩壓管電路能穩定輸出電壓，是穩壓管和限流電阻起決定作用，即利用硅穩壓管反向擊穿時電壓稍有變化引起反向擊穿電流很大的變化，再通過限流電阻R把電流變化轉換成電阻上電壓的變化,籍以穩定輸出電壓。

8.1.3并聯穩壓電路元器件的選擇當輸入直流電壓最低（UImin）而負載電流最大（ILmax）時，IZ最小，其值應大于Izmin，否則穩壓管不能可靠地穩壓。則

一、限流電阻的選擇當輸入直流電壓最高(UImax)而負載電流最小時（IL=0），IZ最大，其值小于IZM，否則，會使穩壓管過熱而損壞。即故

R應滿足：二、穩壓二極管的選擇

1．UZ選取UZ＝UO若一個管子穩壓值不夠，可用兩個或多個穩壓管串聯。

2．IZM選取

IZM＝(2~3)ILmax

[例8.1.1]穩壓電路如圖8.1.1所示。穩壓電路輸入電壓UI=15V。當UI波動±10%和負載電阻在0.5~2kΩ變化時，輸出電壓穩定在6V，試選擇穩壓管和限流電阻。

8.1.4并聯穩壓電源的適用場合與故障分析

并聯穩壓電源電路結構簡單、使用元件少。但穩壓值不能調節。因此，故這種穩壓電路適用于電壓固定、負載電流小、負載變動不大的場合。1.并聯穩壓電源適用場合2.電路故障分析電路故障分析就是根據故障現象測得電路參數以及所學電路的原理對產生故障的原因和故障點進行分析設定。然后通過測試找出實際故障點，排除故障。電路故障分析是建立在熟知電路原理及其性能參數基礎上的，是電路調試和故障檢修重要步驟。

下面以圖8.1.1電路為例進行介紹。

圖8.1.1所示電路，先對關鍵點對地電壓進行測試。若UO=UZ、UI≈（1.1～1.2）U2說明電路工作正常。若UI≈0.9U2，一般為濾波電容開路所致。

若輸出電壓為0.7V，說明穩壓二極管極性接反，正偏導通。

若UO＜0.45U2，一般是因橋式整流電路一個二極管和電解電容開路所致。這樣，電路變為半波整流電路（無電容濾波），UI≈0.45U2，穩壓管兩端電壓低于反向擊穿電壓處于截止狀態，不能穩壓。輸出電壓為負載電阻與限流電阻的分壓，UO=0.45U2RL/(R+RL)。

8.1.5串聯反饋型穩壓電路

串聯反饋型穩壓電路因調整元件與負載串聯而得名，簡稱串聯型穩壓電路（Seriesvoltage

regulator）。

一、電路組成圖8.1.2串聯型穩壓電路(a)原理圖(b)方框圖

（1）取樣環節由R1、R2構成；（2）基準即基準源（voltagereference）由穩壓管VZ和限流電阻R3構成；（3）比較放大器V2組成；（4）V1為調整管（Regulatingdevice）；R4作用：①V2的集電極負載電阻，②V1的基極偏流電阻，使V1處于線性放大狀態。故又稱為線性串聯型穩壓電路。

二、工作原理當電網電壓波動或負載電流IL變化，導致輸出電壓UO增加時，經R1、R2的取樣電壓UR2=UOR2/（R1+R2）相應增加，于是V2管基極電壓UB2=UR2＞UREF，UBE2=UR2－UREF，式中UREF是穩壓管提供的基準電壓，其值基本不變，致使UBE2增大，IC2隨之增大，V2的集電極電壓UC2下降，由于V1的基極電壓UB1=UC2。因而IC1減小，V1管壓降UCE1增大，使輸出電壓UO=UI－UCE1下降，結果使UO基本保持恒定。上述電壓調節過程顯然為負反饋過程，串聯反饋型穩壓電源因此而得名。

反之，因某種原因使UO下降，通過負反饋過程，使UCE1減小，從而使UO增加，結果使UO基本保持恒定。

在圖8.1.2（a）中有=UBE2+UREF=UREF+0.7V設UREF?UBE2，則UR2≈UREF，則有式中，n=R2/(R1+R2)稱為取樣比。從式（8.1.9）可知，只要改變取樣比，即改變R2的阻值就可改變輸出電壓，若在圖8.1.2的R1、R2之間串接電位器RP，組成輸出電壓可調串聯穩壓電路如圖8.1.3所示。圖中用集成運放組成比較放大器，調節RP以改變輸出電壓UO的大小。

圖8.1.3輸出電壓可調串聯穩壓電源

在這種電源中起調節作用的晶體管必須工作于線性放大狀態，故稱之為線性串聯型穩壓電源。人們在此基礎上制成了集成穩壓電源。在這種穩壓電源中，采用多種措施，使之性能大為提高。例如采用差動放大器作比較放大器，以抑制零點漂移，提高穩壓電源的溫度穩定性；采用輔助電源構成基準電壓源電路提高電源的穩壓系數；采用限流保護電路防止調整管電流過大或電壓過高超過管耗而損壞等。

[例8.1.2]如圖8.1.3所示電路，若不考慮集成運放和晶體管極限參數的限制，設UZ=5V，RP=1kΩ，R1=510Ω，R2=3kΩ，輸入電壓UI足夠大，求輸出電壓調節范圍。

1．集成穩壓器優點8.2

線性集成穩壓電路

集成穩壓電路具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等一系列優點，因而得到廣泛應用。

2．集成穩壓器分類集成穩壓器是穩壓電源的核心。

(1)根據對輸入電壓變換過程劃分①線性集成穩壓器；②開關式集成穩壓器。

(2)根據輸出電壓可調性劃分①固定式穩壓器，它的輸出端電壓是固定的；②可調式穩壓器。

(3)按引腳數量劃分①三端式；②多端式。

8.2.1三端固定式集成穩壓器

一、固定式線性集成穩壓器的分類該種穩壓器將所有元器件都集成在一個芯片上，有三個引腳，即輸入端、輸出端和公共端。

(1)輸出正負極性分類三端固定式線性集成穩壓器有輸出正電壓的7800系列和輸出負電壓的7900系列。

(2)輸出電壓、電流的表示國產三端固定式集成穩壓器輸出電壓有5、6、9、12、15、18、24V等七種。最大輸出電流大小用字母表示，字母與最大輸出電流對應表見下表。

(3)器件型號規格示例

CW7805為國產三端固定式集成穩壓器，輸出電壓為+5V，最大輸出電流為1.5A；LM79M9為美國國家半導體公司生產的-9V穩壓器，最大輸出電流為0.5A。CW7800系列、7900系列裝上足夠大的散熱器后，耗散功率可達15W。

二、三端固定式集成穩壓器的管腳排列圖8.2.1三端固定式集成穩壓器封裝及管腳排列圖(a)TO—92(S-1)(b)TO—202(S-6B)(c)TO—220(S-7)(d)TO—3(F-2)

8.2.2三端固定式集成穩壓器應用電路

一、固定電壓輸出電路電路如圖8.2.2a所示為輸出正電壓電路。圖中C1為抗干擾電容，用以旁路在輸入導線過長時竄入的高頻干擾脈沖；C2具有改善輸出瞬態特性和防止電路產生自激振蕩的作用；虛線所接二極管對穩壓器起保護作用。圖8.2.2固定電壓輸出電路（a）輸出正電壓電路（b）輸出正、負電壓電路圖8.2.2b為輸出正、負電壓電路。圖中VD5、VD6起保護集成穩壓器的作用。在輸出端接負載的情況下，如果其中一路穩壓器輸入UI斷開，如圖中79XX的輸入端A點斷開，則+UO通過RL作用于79XX的輸出端，使它的輸出端對地承受反向電壓而損壞。有了VD6，在上述情況發生時，VD6正偏導通，使反向電壓鉗制在0.7V，從而保護了集成穩壓器。

二、擴大輸出電流電路擴大輸出電路如圖8.2.3所示。圖中V1為外接功率管，起擴大輸出電流的作用。V2與RS組成功率管短路保護電路。

圖8.2.3擴大輸出電流電路

若集成穩壓器的輸出電流為IOXX，在負載正常情況下，IC1RS=UBE2小于V2的閾值電壓Uth2,V2截止，則本電路的輸出電流IO為

IO=IC1+IOXX

當負載過載或短路時，IC1RS＞Uth2，V2導通，則UCE2≈IC1RS+UBE1。當IC1增大，UBE2也增大，UCE2減小，致使UBE1減小，限制了IC1的增加。

當負載較輕時，V1、V2均處于截止狀態，IO≈IOXX。圖中R為V1的偏置電阻，選取V1（3AD30）的閾值電壓Uth1=0.3V，設ID+IOmin≈100mA，則取R≈0.3V/0.1A=3Ω。當IO增大時，使IR增大，在UR大到一定程度，即為V1導通提供所需偏置電壓。

三、擴大輸出電壓電路圖8.2.4擴大輸出電壓電路

W7800和W7900系列的輸出電壓絕對值最大為24V，若要高于此值，可采用圖8.2.4所示電路。

圖a為電阻分壓電路，從中可得

圖b中集成運放組成差動輸入組態，R4為負反饋電阻。根據本書4.2節的分析，可求出集成運放輸出電壓UC的表達式

從圖中可見UC＝UO－UXX

式中，UXX為W78XX集成穩壓管輸出電壓值。

從以上分析可知，圖8.2.4電路既提高了輸出電壓，又達到了輸出電壓可調的目的。

集成穩壓器使用注意事項：三端固定式集成穩壓器使用時對輸入電壓有一定要求。若過低，在電網電壓下降時不能正常穩壓；過高會使集成穩壓內部輸入級擊穿，使用時應查閱手冊中輸入電壓的范圍。一般輸入電壓應大于輸出電壓2～3V以上，即：四、應用示例本書附錄B中，可燃氣體測試用傳感器要求用+5V電源供電，故圖B.2(a)采用LM7805作為穩壓器。本電路與傳統電路的區別，在LM7805的輸出端對地并接一個100μF的電解電容，以濾除低頻干擾。[例8.2.1]采用220V、50Hz市電供電，試設計一固定輸出集成穩壓電源。其性能指標為：UO=12V，IOmax=800mA,輸出紋波電壓峰－峰值ΔUOP-P≤8mV，Sγ≤3×10-3。

8.2.3三端可調式集成穩壓器三端可調式集成穩壓器輸出電壓可調，穩壓精度高，輸出紋波小，只需外接兩只不同的電阻，即可獲得各種輸出電壓。

一、分類它分為三端可調正電壓集成穩壓器和三端可調負電壓集成穩壓器。三端可調式集成穩壓器產品分類見表8.2.3。表8.2.3三端可調式集成穩壓器分類二、引腳排列

三端可調式集成穩壓器引腳排列圖如圖8.2.6所示。除輸入、輸出端外，另一端稱為調整端。圖8.2.6三端可調式集成穩壓器引腳排列圖（a）TO-220封裝（b）TO-3封裝集成穩壓器圖片

8.2.4三端可調式集成穩壓器基本應用電路

圖8.2.7三端可調式集成穩壓器電路電路如圖8.2.7所示。該電路為輸出電壓1.2～37V連續可調。最大輸出電流為1.5A，它的最小輸出電流不得小于5mA.

CW317的輸出端與調整之間電壓UREF固定在1.2V，則輸出電壓UO=1.2（1+R2/R1）V外接元器件選取為保證負載開路時輸出電流不小于5mA，R1的最大值為

R1max=UREF/5mA=240Ω

因最大輸出電壓為37V，R2為輸出電壓調節電阻，代入Uo表達式求得R2為7.16kΩ左右，取6.8kΩ。

C2是為了減小R2兩端紋波電壓而設置的，一般取10uF。C3是為了防止輸出端負載呈感性時可能出現的阻尼振蕩，取1uF。C1為輸入端濾波電容，可抵消電路的電感效應和濾除輸入線竄入干擾脈沖，取0.33uF。

VD1、VD2是保護二極管，可選開關二極管1N4148。

UI=28~40V，UI－UO≥3V。當8.2.5低壓差集成穩壓器及其應用一、低壓差集成穩壓器主要性能參數上述線性集成穩壓電源，均為串聯調整式穩壓器，為保證穩壓效果，一般輸入與輸出電壓差取4～6V。這是造成電源效率不高的主要原因。一般情況下，線性集成穩壓器的效率只有45％左右。

為提高線性穩壓電源的效率，低壓差線性集成穩壓器應運而生。低壓差線性集成穩壓器屬于電流控制型穩壓器，且選用低壓降的PNP管作為調整管，把輸入-輸出壓差降低到0.5～0.6V以下。低壓差集成穩壓器典型產品主要性能參數見表8.2.4。

表8.2.4低壓差集成穩壓器典型產品主要性能參數表

二、固定式低壓差穩壓器的應用固定式低壓差集成穩壓器其典型型號為LM2930、LM2937、LM2940C、LM2990四個系列，它們屬于三端穩壓器，其中LM2990為負壓輸出。以LM2937為例，該系列產品有5V、8V、10V、12V、15V五種輸出電壓，額定負載下的輸入－輸出壓差為0.5V，最大輸出電流為0.5A。它們具有過流保護、過熱保護、調整管安全工作區保護等保護功能，還具有“反裝電池保護”功能，用其構成汽車儀表穩壓電源時，即使蓄電池極性反接，也不會損壞芯片。

圖8.2.8引腳排列圖(a)LM2937、LM2940C(b)LM2990

它們的引腳排列圖如圖8.2.8所示。其典型應用電路如圖8.2.9所示。圖(a)中，括號內所標是LM2940C的外接元件標稱值。

圖8.2.9典型應用電路(a)LM2937、LM2940C(b)LM2990

三、可調式低壓差集成穩壓器的應用低壓差穩壓器典型產品為LM2991，它在額定負載下的輸入與輸出電壓差為0.6V。它是負壓輸出的五端集成穩壓器，輸出電壓調節范圍為－2～－25V。其引腳排列圖如圖8.2.10所示。

圖8.2.10LM2991引腳排列

LM2991除－UI、－UO、GND端之外，還有調整端ADJ、通斷控制端ON/OFF。與普通三端可調穩壓器不同，LM2991具有邏輯關斷能力，可通過外部開關接到腳來控制其通(工作)、斷(不工作)狀態，還能用數字電路中的TTL(晶體管-晶體管邏輯電路，TransistorTransistorLogic的縮寫)和CMOS(P溝道、N溝道場效應晶體管構成的數字集成電路)電路的電平對其進行遙控。當ON/OFF端接低電平時，穩壓器能正常輸出；當ON/OFF端接高電平時無輸出。LM2991內部設有基準電壓源，其UREF=1.21V。

LM2991典型應用電路如圖8.2.11所示。外接取樣電路由固定電阻R1和可調電阻R2組成，其輸出電壓由下式確定

式中，負號表示輸出負電壓，單位為V。

R1通常取240Ω，可調電阻取4.7kΩ，LM2991即可獲得－2～－25V的可調負壓輸出。當控制開關S閉合時，電路能正常輸出，當S斷開電路無輸出。

圖8.2.11LM2991典型應用電路

四、低壓差集成穩壓電源LM2930與7805的性能比較我們將低壓差集成穩壓電源LM2930與7805的性能作對比試驗，它們的性能比較表見表8.2.5。從中不難看出，LM2930的性能遠優于7805。

8.2.6CW7805、CW138、CW317型集成穩壓器的主要參數比較集成穩壓器的主要參數有輸出電壓、最大輸出電流、最大輸出電壓、最小輸入與輸出電壓差、電壓調整率Su、輸出電阻等。集成穩壓器CW7805、CW138、CW317主要參數見表8.2.6。

8.3開關穩壓電源

串聯穩壓電源的調整管必須工作在放大區,為能可靠地穩定輸出電壓,調整管的壓降變化較大,一般為2~8V,在負載電流較大的情況下,調整管將消耗大量的輸入功率,因此,穩壓器的效率只有40%~60%,且要給調整管裝配很大的散熱裝器。開關穩壓電源的調整管工作在高頻開關狀態,自身消耗能量很低,它的效率可達80%~95%,一般不需裝大的散熱器,還可省略笨重的電源變壓器,具有體積小、重量輕的優點,因而在微機、通信設備和聲像設備中得到廣泛應用。開關穩壓電源,按激勵方式(振蕩方式)不同,可分為他勵式開關穩壓電路和自勵式開關穩壓電路。按控制方式分類,可分為脈沖寬度調制型(PWM)、脈沖頻率調制型(PFM)、混合調制型(同時改變脈寬和頻率的調制方式)。

8.3.1開關穩壓電源基本原理

他激式開關穩壓電源方框圖如圖8.3.1所示，方波發生器由比較放大器、基準電壓源、比較器、鋸齒波發生器等構成，用以控制開關功率管V的通斷。

V亦稱調整管，VD為續流二極管；L為儲能電感，與C一起構成濾波電路，使輸出電壓變平滑。當V的基極為高電平，V飽和導通，VD反偏截止，輸入電壓UI通過調整管在L中產生電流iL向電容C充電。在方波為低電平，V的基極為低電平，V截止，L產生左負右正的自感電動勢以反抗電流的減小，使VD導通，使儲能電感L中電流通過VD構成回路向負載供電,同時電容C向RL放電。

1．他激式開關穩壓電源框圖及工作過程圖8.3.1他激式開關穩壓電源基本原理圖

2．占空比及PWM穩壓原理圖中取樣電路獲得輸出電壓UO的變化量，去控制方波發生器的方波脈沖寬度，從而控制V的導通時間ton與截止時間toff。我們把導通時間與開關時間Tn之比定義為占空比D，即若Tn一定，調節導通時間長短，即可調節輸出電壓UO(AV)的大小

UO(AV)=DUI

可見，通過調節占空比D，就可調節UO(AV)值，使輸出電壓保持恒定。例如，某種原因使輸出電壓下降，通過取樣電路控制方波發生器，使占空比D增大，使輸出電壓上升，結果使輸出電壓保持恒定。8.3.2由集成脈寬調制器組成開關電源圖8.3.2所示電路是一種無工頻變壓器PWM反勵式開關電源。所謂反勵式是指內部功率開關管導通時，將電能儲存在高頻變壓器的一次繞組上；當功率開關管關斷時，向二次繞組輸出電能。本電路的核心是UC3842脈寬調制器集成芯片。

一、UC3842系列控制芯片的性能指標1、最高電源電壓：36V；2、驅動輸出峰值電流1A；3、最高工作頻率500KHZ；4、基準源電壓5V；5、誤差放大器開環增益90dB,單位增益帶寬1MHZ,輸入失調電流0.1μA;6、電流放大器放大倍數為3倍，最大輸入差分電壓為1V。

圖8.3.2反勵式開關穩壓電源電路圖

UC3842、3844的導通門限電壓(啟動電壓)為16V.欠電壓封鎖關斷門限電壓為10V；UC3843、3845導通門限電壓為8.4V,欠電壓封鎖關斷門限電壓為7.6V；UC3842/43的最大占空比為100%,44/45的最大占空比為50%。

二、UC3842系列控制芯片的引腳功能圖8.3.3UC3842系列引腳排列圖

三、電源噪聲濾波器圖8.3.2中PNF為電源噪聲濾波器(Powernoisefilter),電源濾波器是以市電頻率為通帶的低通濾波器，亦稱電源噪聲濾波器，電磁干擾濾波器等。防止市電高頻脈沖干擾經電源線竄入電源電路,也防止開關電源的高頻脈沖引入市電線路。一般由電容和電感組成，用來抑制30MHZ以下頻率范圍內噪聲。對串模、共模噪聲均有濾除效果的濾波器原理圖如圖8.3.4所示。

圖8.3.4對串模、共模噪聲均有濾除效果的濾波器

圖8.3.4中電感扼流圈L1、L2電感量一般在幾百毫亨左右。C1選高頻特性好的陶瓷或聚酯電容，容量為0.047～0.22μF，引線盡可能的短。從濾波效果考慮，C2、C3應容量大一些，但容量過大機殼與電網間的阻抗會降低，漏電流變大。一旦機殼接地不良，人接觸機殼會觸電，甚至發生危險。若C2=C3=2200pF，漏電電流為0.15mA；若C2＝C3＝4700pF，則漏電電流為0.32mA；符合國家標準。

電源濾波器有專門廠家生產，也分為軍品、工業品、民品三個等級。

四、軟啟動及供電電路原理

UC3842為DIP-8封裝雙列直插式集成塊，它自身的供電在10~30V之間，低于10V停止工作。在電路剛接通瞬間，電源電壓由啟動電阻R2和電容C2引入⑦腳，利用C2的充電過程，使⑦腳的電壓逐漸升至+16V時達到控制電路的啟動電壓，控制芯片開始工作，這種在電路通電后過一段時間才能工作的啟動稱為軟啟動。開關電源開始工作后，通過高頻變壓器T的反饋繞組N2引入交變電壓，經VD1整流、C2濾波后引入UC3842⑦腳供給工作電源。⑧腳能輸出5V基準電壓，它一是給芯片內部振蕩器提供工作電源；二是經內部衰減后為誤差放大器提供基準電壓源；三是向內部其它電路提供工作電源。⑤腳接低電位。①、②腳接芯片內部誤差放大器，R5為放大器外接反饋電阻，和C5一起調整誤差放大器的增益和頻率響應。

五、電路振蕩頻率的估算④腳外接R6、C6決定芯片的振蕩頻率,振蕩頻率可由下式估算

注意！UC3842和UC3843的輸出頻率等于振蕩器的頻率。而UC3844和UC3845因振蕩器信號經二分頻器分頻后輸出，所以輸出頻率為振蕩器頻率的一半，即采用UC3844和UC3845時，振蕩頻率為工作頻率的兩倍，故在同樣工作頻率下，R6或C6只需42/43系列的一半。

六、穩壓原理

UC3842⑥腳輸出脈寬調制信號,通過限流電阻R8、R7加到開關管V的柵極,控制V的導通或截止,開關變壓器T一次繞組N1通過脈沖電流,經二次繞組N3,由VD4整流、C10濾波,提供5V、7A的直流電源。

若電源的輸出電壓下降，N2上的反饋電壓也下降，2腳的反饋電壓隨之下降，經芯片內電路調整，使腳輸出的高電平脈沖寬度變寬，即占空比增大，開關管導通時間增大，從而使輸出電壓升高，輸出電壓達到穩定。

七、過流保護和過壓保護

UC3842的③腳為電流檢測端,接UC3842內部的電流檢測比較器。圖8.3.2中開關管V的源極電阻R10(0.76Ω)為過流檢測電阻,對脈沖變壓器一次側電流進行采樣,在R10上建立電壓,與電流檢測比較器的參考電壓進行比較,進而控制脈沖的占空比,使流過開關功率管的最大峰值電流受誤差放大器控制,達到穩壓目的。而當電源發生異常,使V的源極電流劇增,UR10劇增,UR10=1V,就會使脈沖調制器處于關閉狀態,從而實現過流保護。本電路當開關管源極電流達到1.3A時，6腳無調制脈沖輸出，開關管不工作，起到保護作用。R9、C7構成阻容濾波器。工作正常時，UC3842的⑦腳的電壓穩定在13V左右，當由于某種原因輸出電壓過高，使⑦腳電壓超過16V時，UC3842停止工作，進行過壓保護。當UC3842⑦腳電壓降至10V時，UC3842也停止工作，進行欠壓保護。

八、開關管的過壓保護開關管V選用N溝道V-MOSFET管，型號為IRFPG407。在開關管V關斷瞬間，高頻變壓器會產生尖峰電壓損壞開關管V。圖8.3.2中C9、VD2和R12組成第一吸收網絡。當開關V1關斷時N1繞組產生尖峰電壓使VD6導通，改由向C11充電，以限制尖峰電壓峰值及上升速率，對開關管V1起保護作用。C8、VD3和R11組成第二吸收網絡，當開關V1關斷時一次繞組產生尖峰電壓向C8充電，因此限制尖峰電壓的峰值及上升速率，對開關管起保護作用，當開關管導通時，C8上儲存的電荷，沿C8→R11→地→R10→V1回路泄放掉。當C8上電壓達到VD3的閾值電壓時，VD3導通，以縮短充電時間。

8.3.3三端單片開關集成穩壓器及其應用

三端單片開關集成穩壓器由美國動力（Power）公司在世界上首先研制成功的，其第一代產品是1994年推出的TOP100/200系列為代表，第二代產品為1997年問世的TOPSwitch-Ⅱ(TOP221~TOP227)系列。采用三端單片開關集成穩壓器可極大地簡化150W以下開關電源的設計工作，也為新型、高效、精密、低成本開關電源的推廣和普及創造了良好條件。TOPSwitch-Ⅱ現已成為國際上開發中、小功率開關電源及電源模塊的優選集成電路。它廣泛用于儀表儀器、筆記本電腦、移動電話、電視機、攝錄像機、功率放大器、電池充電器等設備中。

一．TOPSwitch-Ⅱ的引腳、分類圖8.3.5TOPSwitch-Ⅱ管腳排列（a）TO-220封裝（b）DIP-8、SMD-8封裝

TOPSwitch-Ⅱ的三引腳分別為控制端C（Control）、源極S（Source）和漏極D（Drain）。其中，控制端有以下作用：

(1)TOPSwitch-Ⅱ屬于電流控制型開關電源，利用控制電流IC的大小來調節占空比D，當IC由6.0mA減到2.0mA時，D就由1.7%增至67%，比例系數（即脈寬調制增益）為

(2)通過C極調整放大電路，為芯片內電路提供正常工作所需偏流。

(3)該端還作為電源支路和自動重啟動/補償電容的連接點，通過外接旁路電容（圖8.3.6中C5）來決定自動重啟動的頻率。

(4)對控制回路進行補償，控制端控制電壓UC的典型值為5.7V，極限值UCM=9V，控制端最大允許電流ICM=100mA。

漏極D與芯片內功率開關管漏極連通，漏一源擊穿電壓U（BR）DS≥700V。源極S與內部功率開關管的源極相連，TO-220封裝的還與小散熱片接通，作為脈沖變壓器一次電路的公共地。對于DIP-8與SMD-8封裝，設計了6個S端，它們在內部都是連通的，而在左邊三個S端作為信號地接旁路電容，右邊三個S端稱為高壓返回端（HVRTN），即功率地；在設計印制電路板時應將它們分開布線，安裝時應將它們焊到地線區域的不同位置上，以避免大電流通過功率地線時形成的壓降對控制端形成干擾。

對于TO-220封裝，需在小散熱片上加裝散熱器，使芯片正常工作時結溫Tj<100℃；對于DIP-8和SMD-8封裝，可借助印制電路板上公共地線區域的敷銅箔來代替散熱片，若源極直接焊接在面積為6.45平方厘米的敷銅箔上，則其熱阻R(th)A＝35℃/W。有時為了減小開關電源模塊的體積，將凹型鋁散熱板直接粘貼在DIP-8或SMD-8封裝的芯片表面或管腳上，起散熱作用。

二、工作原理

TOPSwitch-Ⅱ芯片將控制電壓源、帶隙基準電壓源、振蕩器、誤差放大器、脈寬調制器、輸出級及過流、過熱保護電路、關斷/自動重啟動電路和高壓電流源電路集成在同一芯片內。為減小電磁干擾，提高電源效率，TOPSwitch-Ⅱ的振蕩頻率（開關頻率）設計為100kHz，振蕩頻率由芯片內振蕩電容決定。需要指出的是，對于TOPSwitch而言，它的占空比定義為脈寬調制信號中低電平時間t占周期T的百分比，即：D=t/T×100%。其最小典型值Dmin=1.7%,對應于空載運行；最大典型值Dmax=67%,對應于滿載運行。

控制端電壓UC有兩種工作模式，一種是滯后調節，用于啟動和過載這兩種情況，使芯片在這兩種情況下具有延時控制作用；另一種是并聯調節，用于分離誤差信號與控制電路的高壓電流源。芯片剛啟動時，由高壓電流源提供控制端電流IC，以便給控制電路供電，并對外接在C-S端的、用來決定自動重啟動頻率的電容CT（圖8.3.5中C5）充電。

TOPSwitch-Ⅱ通過改變控制電流IC的大小，以連續調節脈沖占空比，實現脈寬調制。在IC=2.0~6.0mA范圍內，IC↑→D↓；反之，IC↓→D↑。其穩壓過程如下：某種原因使UO上升，UO↑→IC↑→D↓→UO↓，使輸出電壓保持恒定。TOPSwitch-Ⅱ具有以下保護功能

1.自動重新啟動功能

TOPSwitch穩壓器一旦調節失控，關斷/自動重啟動電路立即使芯片在5%占空比下工作，同時切斷從外部流入控制端的電流IC，UC再次進入滯后調節模式。若故障已排除UC

又回到并聯調節模式，自動重啟動芯片恢復正常工作。自動重新啟動的時間頻率由外接電容CT決定，在CT=47μF的情況下，自動重新啟動的頻率為1.2Hz。

在啟動或滯后調節的情況下，芯片內的高壓電流源經過內部電子開關給內電路提供偏置，并對CT充電，開關電源工作正常時，內部開關將高壓電流源關斷。2.過流保護功能

TOPSwitch-Ⅱ各型號極限電流ILimit各不相同。當工作電流ID＞ILimit時，過流保護電路動作，關斷內不開關功率管，起到過流保護作用。各型號極限電流值見表8.3.2。

3.過熱保護功能當結溫Tj＞135℃時，過熱保護電路工作，關斷輸出級，此時控制電壓UC進入滯后調節模式。若要重新啟動電路需斷電后再接通電源開關，或者將UC降至3.3V以下（正常工作時UC為4.7~5.7V，典型值為5.7V），電路自動使輸出級恢復正常工作。

由三端單片開關電源PWR-TOP201組成的4W開關電源電路如圖8.3.6所示。圖8.3.64W開關電源

三、實用電路舉例該電路屬于單端反勵式開關電源。

電路中IC2為PC817A型光電耦合器。T為高頻變壓器，N1為一次繞組，N2為二次繞組，N3為反饋繞組。圖中RTN為+5V輸出的返回端（Return）,即公共/接地端。

1.主電路工作原理當TOP221P