王海軍 何艷 王濤

摘要：直流穩(wěn)壓電源在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中被廣泛使用，其設(shè)計(jì)在電源技術(shù)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(wèn)題的基礎(chǔ)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(jì)算，能給計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管提供5 V直流穩(wěn)壓電源，實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)和減法計(jì)數(shù)。該系統(tǒng)線路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，易于控制，性價(jià)比高，具有非常好的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：降壓;整流;濾波;L7805CT

0? ? 引言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備對(duì)電源的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，由傳統(tǒng)的需求變成高質(zhì)量、高效率、高穩(wěn)定，滿足對(duì)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(yáng)能電池、蓄電池、干電池等，但性價(jià)比最高的是將電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換為所需要的直流電，大多數(shù)電子設(shè)備都采用這種模式，以三端式穩(wěn)壓器應(yīng)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(jiǎn)單、工作穩(wěn)定和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能滿足人們生活、學(xué)習(xí)、工作等方面的要求。

1? ? 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)要求

基于L7805CT的直流穩(wěn)壓?jiǎn)瓮ǖ离娫丛O(shè)計(jì)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(nèi)阻小于0.15 Ω;紋波系數(shù)小于0.002%;電壓調(diào)整率≤0.001%;穩(wěn)壓系數(shù)≤0.005%。

2? ? 硬件單元電路設(shè)計(jì)

2.1? ? 電源的整體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)圍繞直流穩(wěn)壓電源工作主要環(huán)節(jié)涉及的知識(shí)、技能開(kāi)展學(xué)習(xí)，完成交流輸入220 V，直流穩(wěn)壓輸出5 V、1 A的電路設(shè)計(jì)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(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)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(jí)的交流市電變換成合適的電壓等級(jí)的交流電，送給單相橋式整流電路。在選擇電源變壓器型號(hào)時(shí)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?qū)щ娞匦酝瓿烧?，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(guò)對(duì)比研究，為了克服半波整流的缺點(diǎn)，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(gòu)成，無(wú)論是正半周還是負(fù)半周，流向負(fù)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(dòng)直流電壓。每個(gè)器件所承受的反向電壓為電源電壓峰值，變壓器正負(fù)半周都有對(duì)稱電流流過(guò)，利用率比全波整流電路高，電流脈動(dòng)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(dòng)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(lái)去除或者減小輸出電壓中的交流成分，使設(shè)備上用純凈的交流電。本設(shè)計(jì)利用電容和電感元件的儲(chǔ)能特點(diǎn)設(shè)置合適的參數(shù)，當(dāng)電路電壓升高的時(shí)候，儲(chǔ)能元件把能量?jī)?chǔ)存起來(lái);當(dāng)電壓降低時(shí)，儲(chǔ)能元件把能量釋放出來(lái)，從而達(dá)到減小脈動(dòng)的目的。電容的容量與放電時(shí)間有關(guān)，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(dāng)τ放越大，則放電過(guò)程的時(shí)間就越長(zhǎng)，脈動(dòng)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(jīng)過(guò)整流和濾波后得到的直流電壓，往往會(huì)隨電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、溫度變化、負(fù)載電阻的變動(dòng)而發(fā)生波動(dòng)，供電質(zhì)量會(huì)降低，影響設(shè)備工作，因此需要在濾波電路和負(fù)載環(huán)節(jié)之間增加穩(wěn)壓電路，實(shí)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(diǎn)，所以線性穩(wěn)壓電源取代了分立穩(wěn)壓電路，應(yīng)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(yīng)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(dǎo)線電阻、電網(wǎng)波動(dòng)，三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓UI應(yīng)滿足：

對(duì)于集成三端穩(wěn)壓器，當(dāng)（UI-UO）min=2～10 V時(shí)，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(guān)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?yàn)榱鬟^(guò)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(guò)二極管的電流雖然是脈動(dòng)電流，但由于電容C有儲(chǔ)能放電功能，這就使得負(fù)載RL兩端的電壓脈動(dòng)程度減小，平均值提高。負(fù)載上直流電壓平均值及平滑程度與放電時(shí)間常數(shù)τ=RLC有關(guān)，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]。一般取：

我國(guó)的交流供電是50 Hz正弦波，每秒有50個(gè)相同的波形。全波整流后將正負(fù)半波都變成了同一方向的脈動(dòng)直流電，此時(shí)每秒有100個(gè)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(gè)，采用并聯(lián)連接。為了濾掉高頻信號(hào)的干擾，并提高電源的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，在濾波電容兩端并聯(lián)一個(gè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求。考慮到輸出電流大，需添加一個(gè)散熱片。

3? ? 應(yīng)用

采用本設(shè)計(jì)給計(jì)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(chǎn)生單次時(shí)鐘，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器電路實(shí)現(xiàn)模10的計(jì)數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的編碼，將該數(shù)值通過(guò)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(jì)數(shù)器有復(fù)位清零按鍵，集成譯碼電路采用共陰極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)和減法計(jì)數(shù)，如圖2所示。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文所述基于L7805CT的5 V、1 A直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)，能夠給計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管提供5 V的直流穩(wěn)壓電源，實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)和減法計(jì)數(shù)。線路簡(jiǎn)單、元件少、功耗低且穩(wěn)定，可以推廣到其他對(duì)象應(yīng)用，作為直流穩(wěn)壓電源提供電能。不同領(lǐng)域?qū)χ绷鞣€(wěn)壓電源的要求和需要實(shí)現(xiàn)的功能都不一樣，所以后期主要針對(duì)精度和散熱進(jìn)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(xiàn)]

[1] 周一帆.直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（20）：148.

[2] 禹旺兵，鄒孝，劉萬(wàn)新.反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例設(shè)計(jì)[J].電子制作，2019（15）：87-89.

[3] 郎朗，黃美興，王復(fù)奇.電子技術(shù)項(xiàng)目化教程[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2019.

收稿日期：2020-05-11

作者簡(jiǎn)介：王海軍（1984—），男，重慶彭水人，講師，研究方向：軌道車(chē)輛電氣控制、安裝、調(diào)試。