王海軍 何艷 王濤

摘要：直流穩(wěn)壓電源在工業(yè)生產和日常生活中被廣泛使用，其設計在電源技術中占有十分重要的地位。鑒于此，在分析傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源存在問題的基礎上，闡述了基于L7805CT的5 V、1 A直流穩(wěn)壓電源各部分元器件選型的方法和計算，能給計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管提供5 V直流穩(wěn)壓電源，實現(xiàn)加法計數(shù)和減法計數(shù)。該系統(tǒng)線路簡單、穩(wěn)定，易于控制，性價比高，具有非常好的使用價值。

關鍵詞：降壓;整流;濾波;L7805CT

0? ? 引言

隨著電子技術的不斷發(fā)展，電子設備對電源的設計要求越來越高，由傳統(tǒng)的需求變成高質量、高效率、高穩(wěn)定，滿足對象的需求。電子器件的正常工作需要直流電源，直流電源有太陽能電池、蓄電池、干電池等，但性價比最高的是將電網提供的交流電轉換為所需要的直流電，大多數(shù)電子設備都采用這種模式，以三端式穩(wěn)壓器應用最為廣泛[1]。雖然人們使用的直流穩(wěn)壓電源類型很多，功能各不相同，但原理大同小異。本系統(tǒng)采用的穩(wěn)壓器芯片是L7805CT，它具有體積小、外接線簡單、工作穩(wěn)定和適用性強等優(yōu)點，能滿足人們生活、學習、工作等方面的要求。

1? ? 直流穩(wěn)壓電源設計要求

基于L7805CT的直流穩(wěn)壓單通道電源設計要求：輸入交流電壓220 V;輸出直流電壓+5 V;輸出直流電流1 A;電路輸出紋波小于50 mV;等效內阻小于0.15 Ω;紋波系數(shù)小于0.002%;電壓調整率≤0.001%;穩(wěn)壓系數(shù)≤0.005%。

2? ? 硬件單元電路設計

2.1? ? 電源的整體結構

本設計圍繞直流穩(wěn)壓電源工作主要環(huán)節(jié)涉及的知識、技能開展學習，完成交流輸入220 V，直流穩(wěn)壓輸出5 V、1 A的電路設計與制作。直流穩(wěn)壓電源通常是由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個環(huán)節(jié)構成[2]，如圖1所示。

2.1.1? ? 電源變壓器

電源變壓器是把高電壓等級的交流市電變換成合適的電壓等級的交流電，送給單相橋式整流電路。在選擇電源變壓器型號時需要考慮的參數(shù)是容量和輸出電壓值[3]。

2.1.2? ? 整流電路

整流電路利用二極管的單向導電特性完成整流，常用的有單相半波整流電路、單相全波整流電路和單相橋式整流電路。通過對比研究，為了克服半波整流的缺點，本系統(tǒng)采用單相橋式整流電路，它由4只二極管VD1～VD4接成電橋形式構成，無論是正半周還是負半周，流向負載RL的電流方向都一致，將電源變壓器副繞組輸出的交流電壓變換成脈動直流電壓。每個器件所承受的反向電壓為電源電壓峰值，變壓器正負半周都有對稱電流流過，利用率比全波整流電路高，電流脈動程度降低，不存在單向磁化的現(xiàn)象。

2.1.3? ? 濾波電路

整流后的直流電含有較大的交流分量，脈動系數(shù)比較大，不能直接作為電子電路的供電電源，常用濾波電路來去除或者減小輸出電壓中的交流成分，使設備上用純凈的交流電。本設計利用電容和電感元件的儲能特點設置合適的參數(shù)，當電路電壓升高的時候，儲能元件把能量儲存起來;當電壓降低時，儲能元件把能量釋放出來，從而達到減小脈動的目的。電容的容量與放電時間有關，為使濾波效果更好，可以選用容量較大的電容作為濾波電容。當τ放越大，則放電過程的時間就越長，脈動成分就越少[2]。濾波電容一般選取RLC≥（3～5）T/2。

2.1.4? ? 穩(wěn)壓電路

交流電經過整流和濾波后得到的直流電壓，往往會隨電網電壓的波動、溫度變化、負載電阻的變動而發(fā)生波動，供電質量會降低，影響設備工作，因此需要在濾波電路和負載環(huán)節(jié)之間增加穩(wěn)壓電路，實現(xiàn)穩(wěn)壓供電的目的。由于芯片L7805CT具有穩(wěn)壓性能好、可靠性高、安裝方便、成本低等特點，所以線性穩(wěn)壓電源取代了分立穩(wěn)壓電路，應用非常廣泛。為了降低干擾，使穩(wěn)壓電路正常工作，要求輸入電壓應比輸出電壓至少高出2.5～3 V。

2.2? ? 元器件選擇

2.2.1? ? 電源變壓器的選擇

考慮二極管正向壓降、導線電阻、電網波動，三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓UI應滿足：

對于集成三端穩(wěn)壓器，當（UI-UO）min=2～10 V時，具有較好的穩(wěn)壓特性。

在單相橋式整流電路中，變壓器副繞組電流I2與電容濾波器輸出端電流II的關系是：

綜上，選擇容量為15 VA、9 V的變壓器。

2.2.2? ? 整流二極管的選擇

因為流過橋式電路中每只整流二極管的電流為：

每一只整流二極管承受的最大反向峰值電壓為：

綜上，選用三極管IN4001，其參數(shù)為：ID=1 A，URM=50 V。

2.2.3? ? 濾波電容的選擇

通過二極管的電流雖然是脈動電流，但由于電容C有儲能放電功能，這就使得負載RL兩端的電壓脈動程度減小，平均值提高。負載上直流電壓平均值及平滑程度與放電時間常數(shù)τ=RLC有關，C或者RL值越大，則C放電越緩慢，輸出的直流電壓值越大，濾波效果越好;反之則越差[2]。一般?。?/p>

我國的交流供電是50 Hz正弦波，每秒有50個相同的波形。全波整流后將正負半波都變成了同一方向的脈動直流電，此時每秒有100個同樣的波形，即f=100 Hz。

所以濾波電容容量為：

電容濾波電路的輸出直流電壓估算為：

綜上，可選用2 200 μF、50 V的電解電容兩個，采用并聯(lián)連接。為了濾掉高頻信號的干擾，并提高電源的動態(tài)特性參數(shù)，在濾波電容兩端并聯(lián)一個105 pF、50 V高頻瓷片電容。

2.2.4? ? 三端集成穩(wěn)壓器的選擇

三端集成穩(wěn)壓器的功耗必須滿足的條件是大于5 W，輸出電壓5 V。本設計選擇的是L7805CT，輸出電壓為4.8～5.2 V、靜態(tài)電流為4.2～8 mA、輸出電流最大可取1.5 A，滿足設計要求?？紤]到輸出電流大，需添加一個散熱片。

3? ? 應用

采用本設計給計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管提供5 V的直流穩(wěn)壓電源。利用按鍵產生單次時鐘，通過標準計數(shù)器電路實現(xiàn)模10的計數(shù)，產生相應的編碼，將該數(shù)值通過譯碼器輸出到集成譯碼電路上顯示數(shù)碼0～9。用集成譯碼電路的“DP”段作為電源上電指示。計數(shù)器有復位清零按鍵，集成譯碼電路采用共陰極結構，實現(xiàn)加法計數(shù)和減法計數(shù)，如圖2所示。

4? ? 結語

本文所述基于L7805CT的5 V、1 A直流穩(wěn)壓電源設計，能夠給計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管提供5 V的直流穩(wěn)壓電源，實現(xiàn)加法計數(shù)和減法計數(shù)。線路簡單、元件少、功耗低且穩(wěn)定，可以推廣到其他對象應用，作為直流穩(wěn)壓電源提供電能。不同領域對直流穩(wěn)壓電源的要求和需要實現(xiàn)的功能都不一樣，所以后期主要針對精度和散熱進行分析討論，以提高直流穩(wěn)壓電源的可靠性和穩(wěn)定性。

[參考文獻]

[1] 周一帆.直流穩(wěn)壓電源設計分析[J].南方農機，2019，50（20）：148.

[2] 禹旺兵，鄒孝，劉萬新.反激式開關穩(wěn)壓電源實驗教學案例設計[J].電子制作，2019（15）：87-89.

[3] 郎朗，黃美興，王復奇.電子技術項目化教程[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2019.

收稿日期：2020-05-11

作者簡介：王海軍（1984—），男，重慶彭水人，講師，研究方向：軌道車輛電氣控制、安裝、調試。