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)壓器和開關式集成穩(wěn)壓器。按電路的結構方式分，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。

　　(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)三端可調式集成穩(wěn)壓器。它有3個接線端:輸入端、輸出端和調節(jié)端。在調節(jié)端外接兩個電阻可對輸出電壓作連續(xù)的調節(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，也是由調整元件、誤差放大器、基準電壓、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的優(yōu)點，在線路結構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、性能指標較高等優(yōu)點。

　　高頻開關電源

　　目前空間技術、計算機、通信及家用電器中的電源多采用高頻開關電源。開關電源的效率、體積、重量等指標均優(yōu)于線性穩(wěn)壓電源。開關電源的調整管工作在開關狀態(tài)，損耗小，效率可達75-95;穩(wěn)壓電源體積小，重量輕;調整管功耗小，相應散熱器的體積也小。另外，開關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。但由于調整器件的控制電路比較復雜，輸出紋波電壓較高，所以開關電源的應用也受到一定的限制。

　　電子設備小型輕量化的關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。開關電源中的調整管工作在開關狀態(tài)，也必然存在開關損耗，而且損耗隨開關頻率成比例地增加。另一方面，開關電源中的變壓器、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。

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

　　開關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。

　　源側功率因數(shù)校正技術

　　1.問題的提出

　　源側(亦稱輸入側)功率因數(shù)(A)校正技術是針對由整流、電容濾波構成的非線性負載的電力電子設備提出來的，主要目的是減少用電設備產(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備的正常工作。為此國際上制訂了與此相關的一些標準，如IEC552-2。這些標準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，另一種是有源功率因數(shù)校正技術。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?shù)碾娙萜�，�?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，開關電源及不間斷電源(UPS)被廣泛采用，而這些電源設備的輸入側多為直接整流和電容濾波的非線性工作方式，這樣就使PFC技術得到了人們的廣泛重視，并且被普遍應用。

　　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也是開關電源，但與傳統(tǒng)的開關電源有明顯的區(qū)別。