集成穩(wěn)壓器

　　1.集成穩(wěn)壓器

　　所謂集成穩(wěn)壓器，就是用半導(dǎo)體工藝和薄膜工藝將穩(wěn)壓電路中的二極管、三極管、電阻、電容等元件制作在同一半導(dǎo)體或絕緣基片上，形成具有穩(wěn)壓功能的固體電路。

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

　　集成穩(wěn)壓器是在半導(dǎo)體硅片上使用外延、氧化、光刻、擴散和金屬蒸發(fā)等工藝制作而成的穩(wěn)壓電路。這種集成穩(wěn)壓器的各種元件在同一工序中制成，可靠性高，也有利于提高穩(wěn)壓精度，縮小體積，減輕重量。

　　常見的集成穩(wěn)壓器有下列幾種:

　　(1)多端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。這種穩(wěn)壓器采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(yīng)不同的用法。它的輸出電壓可調(diào)，以滿足不同輸出電壓的要求。

　　(2)三端固定式集成穩(wěn)壓器。這類穩(wěn)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)。這類產(chǎn)品具有使用方便、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用，已基本上取代了由分立器件組成的穩(wěn)壓電路。

　　(3)三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。它有3個接線端:輸入端、輸出端和調(diào)節(jié)端。在調(diào)節(jié)端外接兩個電阻可對輸出電壓作連續(xù)的調(diào)節(jié)。在要求穩(wěn)壓精度較高，并且輸出電壓需在一定范圍內(nèi)做任意調(diào)節(jié)的場合，可選用這種集成穩(wěn)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(yīng)注意各系列集成穩(wěn)壓器的電參數(shù)特性。

　　2.芯片電路原理

　　集成穩(wěn)壓器的電路原理與分立晶體管穩(wěn)壓器基本相同，也是由調(diào)整元件、誤差放大器、基準(zhǔn)電壓、比較、采樣等幾個主要部分組成，但是集成穩(wěn)壓器充分利用集成技術(shù)的優(yōu)點，在線路結(jié)構(gòu)和制造工藝上采用了很多模擬集成電路的方法，諸如偏置電路、電流源電路、基本電壓源電路、各種形式的誤差放大器和集成穩(wěn)壓器所特有的啟動電路、保護電路等，與分立元件穩(wěn)壓器相比，集成穩(wěn)壓器具有體積小、成本低、使用方便、性能指標(biāo)較高等優(yōu)點。

　　高頻開關(guān)電源

　　目前空間技術(shù)、計算機、通信及家用電器中的電源多采用高頻開關(guān)電源。開關(guān)電源的效率、體積、重量等指標(biāo)均優(yōu)于線性穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，效率可達75-95;穩(wěn)壓電源體積小，重量輕;調(diào)整管功耗小，相應(yīng)散熱器的體積也小。另外，開關(guān)頻率工作在幾十千赫，濾波電感及電容可用較小數(shù)值的元件;允許的環(huán)境溫度也可以大大提高。但由于調(diào)整器件的控制電路比較復(fù)雜，輸出紋波電壓較高，所以開關(guān)電源的應(yīng)用也受到一定的限制。

　　電子設(shè)備小型輕量化的關(guān)鍵是供電電源的小型化，因此需要盡可能地降低電源電路中的損耗。開關(guān)電源中的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，也必然存在開關(guān)損耗，而且損耗隨開關(guān)頻率成比例地增加。另一方面，開關(guān)電源中的變壓器、電抗器等磁性元件以及電容元件，隨著頻率的提高，這些元件上的損耗也隨之增加。

　　目前市場上開關(guān)電源中的功率管采用雙極型晶體管的，開關(guān)頻率可達1∞旺如;采用MOSFET的開關(guān)頻率可達5∞kHz。為提高開關(guān)頻率必須減小開關(guān)損耗，需要采用高速開關(guān)器件。對于兆赫以上的開關(guān)頻率可利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式。這種方式可以極大地提高開關(guān)速度，原理上開關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種有效方式。采用諧振開關(guān)方式的幾兆赫變換器已經(jīng)實用化。

　　開關(guān)電源的集成化與小型化正在變?yōu)楝F(xiàn)實，目前正在研制功率開關(guān)管與控制電路集成于同一芯片上的集成模塊。然而，把功率開關(guān)管與控制電路包括反饋電路都集成于同一芯片上，必須解決電氣隔離與熱絕緣等問題。

　　目前，世界各國正在大力研制新型開關(guān)電源，不斷地向高頻化、線路簡單化和控制電路集成化方向發(fā)展。

　　源側(cè)功率因數(shù)校正技術(shù)

　　1.問題的提出

　　源側(cè)(亦稱輸入側(cè))功率因數(shù)(A)校正技術(shù)是針對由整流、電容濾波構(gòu)成的非線性負載的電力電子設(shè)備提出來的，主要目的是減少用電設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)的危害。這種負載電流中的高次諧波不僅使輸電線上損耗增加，浪費大量電能，而且影響鄰近其他用電設(shè)備的正常工作。為此國際上制訂了與此相關(guān)的一些標(biāo)準(zhǔn)，如IEC552-2。這些標(biāo)準(zhǔn)對用電裝置的輸入功率因數(shù)和波形失真都做了具體限制。

　　功率因數(shù)校正簡寫為PFC，改善源側(cè)功率因數(shù)的方法主要有兩種:一種是元源功率因數(shù)校正技術(shù)，另一種是有源功率因數(shù)校正技術(shù)。前者主要針對供電系統(tǒng)和較大的廠礦企業(yè)，由眾多的電機感性負載造成的低功率因數(shù)問題。校正的方法是在電網(wǎng)人口處并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙萜鳎��?lambda;值盡量接近1，以達到節(jié)能目的，也就是我們常說的無功補償。后者主要針對開關(guān)電源負載，由于近年來計算機、程控電話交換機等迅速發(fā)展，開關(guān)電源及不間斷電源(UPS)被廣泛采用，而這些電源設(shè)備的輸入側(cè)多為直接整流和電容濾波的非線性工作方式，這樣就使PFC技術(shù)得到了人們的廣泛重視，并且被普遍應(yīng)用。

　　2.功率因數(shù)的校正方法

　　有源功率因數(shù)校正的基本思想是:將輸入交流電壓進行全波整流，對其整流電壓進行直流-直流變換，通過適當(dāng)控制使輸入電流自動跟隨全波整流后的電壓波形，使輸入電流正弦化，雖然PFC也是開關(guān)電源，但與傳統(tǒng)的開關(guān)電源有明顯的區(qū)別。