基于L7805CT的5V、1A直流稳压电源设计分析

王海军 何艳 王涛

摘要：直流稳压电源在工业生产和日常生活中被广泛使用，其设计在电源技术中占有十分重要的地位。鉴于此，在分析传统直流稳压电源存在问题的基础上，阐述了基于L7805CT的5 V、1 A直流稳压电源各部分元器件选型的方法和计算，能给计数器、译码器、数码管提供5 V直流稳压电源，实现加法计数和减法计数。该系统线路简单、稳定，易于控制，性价比高，具有非常好的使用价值。

关键词：降压;整流;滤波;L7805CT

0    引言

随着电子技术的不断发展，电子设备对电源的设计要求越来越高，由传统的需求变成高质量、高效率、高稳定，满足对象的需求。电子器件的正常工作需要直流电源，直流电源有太阳能电池、蓄电池、干电池等，但性价比最高的是将电网提供的交流电转换为所需要的直流电，大多数电子设备都采用这种模式，以三端式稳压器应用最为广泛[1]。虽然人们使用的直流稳压电源类型很多，功能各不相同，但原理大同小异。本系统采用的稳压器芯片是L7805CT，它具有体积小、外接线简单、工作稳定和适用性强等优点，能满足人们生活、学习、工作等方面的要求。

1    直流稳压电源设计要求

基于L7805CT的直流稳压单通道电源设计要求：输入交流电压220 V;输出直流电压+5 V;输出直流电流1 A;电路输出纹波小于50 mV;等效内阻小于0.15 Ω;纹波系数小于0.002%;电压调整率≤0.001%;稳压系数≤0.005%。

2    硬件单元电路设计

2.1    电源的整体结构

本设计围绕直流稳压电源工作主要环节涉及的知识、技能开展学习，完成交流输入220 V，直流稳压输出5 V、1 A的电路设计与制作。直流稳压电源通常是由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个环节构成[2]，如图1所示。

2.1.1    电源变压器

电源变压器是把高电压等级的交流市电变换成合适的电压等级的交流电，送给单相桥式整流电路。在选择电源变压器型号时需要考虑的参数是容量和输出电压值[3]。

2.1.2    整流电路

整流电路利用二极管的单向导电特性完成整流，常用的有单相半波整流电路、单相全波整流电路和单相桥式整流电路。通过对比研究，为了克服半波整流的缺点，本系统采用单相桥式整流电路，它由4只二极管VD1～VD4接成电桥形式构成，无论是正半周还是负半周，流向负载RL的电流方向都一致，将电源变压器副绕组输出的交流电压变换成脉动直流电压。每个器件所承受的反向电压为电源电压峰值，变压器正负半周都有对称电流流过，利用率比全波整流电路高，电流脉动程度降低，不存在单向磁化的现象。

2.1.3    滤波电路

整流后的直流电含有较大的交流分量，脉动系数比较大，不能直接作为电子电路的供电电源，常用滤波电路来去除或者减小输出电压中的交流成分，使设备上用纯净的交流电。本设计利用电容和电感元件的储能特点设置合适的参数，当电路电压升高的时候，储能元件把能量储存起来;当电压降低时，储能元件把能量释放出来，从而达到减小脉动的目的。电容的容量与放电时间有关，为使滤波效果更好，可以选用容量较大的电容作为滤波电容。当τ放越大，则放电过程的时间就越长，脉动成分就越少[2]。滤波电容一般选取RLC≥（3～5）T/2。

2.1.4    穩压电路

交流电经过整流和滤波后得到的直流电压，往往会随电网电压的波动、温度变化、负载电阻的变动而发生波动，供电质量会降低，影响设备工作，因此需要在滤波电路和负载环节之间增加稳压电路，实现稳压供电的目的。由于芯片L7805CT具有稳压性能好、可靠性高、安装方便、成本低等特点，所以线性稳压电源取代了分立稳压电路，应用非常广泛。为了降低干扰，使稳压电路正常工作，要求输入电压应比输出电压至少高出2.5～3 V。

2.2    元器件选择

2.2.1    电源变压器的选择

考虑二极管正向压降、导线电阻、电网波动，三端集成稳压器的输出电压UI应满足：

对于集成三端稳压器，当（UI-UO）min=2～10 V时，具有较好的稳压特性。

在单相桥式整流电路中，变压器副绕组电流I2与电容滤波器输出端电流II的关系是：

综上，选择容量为15 VA、9 V的变压器。

2.2.2    整流二极管的选择

因为流过桥式电路中每只整流二极管的电流为：

每一只整流二极管承受的最大反向峰值电压为：

综上，选用三极管IN4001，其参数为：ID=1 A，URM=50 V。

2.2.3    滤波电容的选择

通过二极管的电流虽然是脉动电流，但由于电容C有储能放电功能，这就使得负载RL两端的电压脉动程度减小，平均值提高。负载上直流电压平均值及平滑程度与放电时间常数τ=RLC有关，C或者RL值越大，则C放电越缓慢，输出的直流电压值越大，滤波效果越好;反之则越差[2]。一般取：

我国的交流供电是50 Hz正弦波，每秒有50个相同的波形。全波整流后将正负半波都变成了同一方向的脉动直流电，此时每秒有100个同样的波形，即f=100 Hz。

所以滤波电容容量为：

电容滤波电路的输出直流电压估算为：

综上，可选用2 200 μF、50 V的电解电容两个，采用并联连接。为了滤掉高频信号的干扰，并提高电源的动态特性参数，在滤波电容两端并联一个105 pF、50 V高频瓷片电容。

2.2.4    三端集成稳压器的选择

三端集成稳压器的功耗必须满足的条件是大于5 W，输出电压5 V。本设计选择的是L7805CT，输出电压为4.8～5.2 V、静态电流为4.2～8 mA、输出电流最大可取1.5 A，满足设计要求。考虑到输出电流大，需添加一个散热片。

3    应用

采用本设计给计数器、译码器、数码管提供5 V的直流稳压电源。利用按键产生单次时钟，通过标准计数器电路实现模10的计数，产生相应的编码，将该数值通过译码器输出到集成译码电路上显示数码0～9。用集成译码电路的“DP”段作为电源上电指示。计数器有复位清零按键，集成译码电路采用共阴极结构，实现加法计数和减法计数，如图2所示。

4    结语

本文所述基于L7805CT的5 V、1 A直流稳压电源设计，能够给计数器、译码器、数码管提供5 V的直流稳压电源，实现加法计数和减法计数。线路简单、元件少、功耗低且稳定，可以推广到其他对象应用，作为直流稳压电源提供电能。不同领域对直流稳压电源的要求和需要实现的功能都不一样，所以后期主要针对精度和散热进行分析讨论，以提高直流稳压电源的可靠性和稳定性。

[参考文献]

[1] 周一帆.直流稳压电源设计分析[J].南方农机，2019，50（20）：148.

[2] 禹旺兵，邹孝，刘万新.反激式开关稳压电源实验教学案例设计[J].电子制作，2019（15）：87-89.

[3] 郎朗，黄美兴，王复奇.电子技术项目化教程[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2019.

收稿日期：2020-05-11

作者简介：王海军（1984—），男，重庆彭水人，讲师，研究方向：轨道车辆电气控制、安装、调试。