直流稳压电源的设计与制作（DC 5V电源）

摘要 ：本文主要介绍直流稳压电源的设计。音频放大电路主要以单相桥式整流及三端集成稳压器为主。完成将输入220v，50Hz的市电，输出为稳定的±5V的直流电，。通过软件Proteus完成基本的电路原理图并进行防真和调试，使其满足基本设计要求。在构建好电路的每一个环节后要对±5V简易直流稳压电源进行仿真分析。

关键词：桥堆，集成稳压器，直流电源

一﹑本次设计的主要目的

随着科学技术的飞速发展，人类进入高速发达的商品社会，市场里各种电子商品琳琅满目，给生活带来极大的方便。但是不少非常实用的电子制品成果，或者受到多方面因素的制约，或者时机尚未成熟，往往很难转化为商品。然而，如果我们能够亲自动手制作，不仅可以使自己的创意得以实现，还能丰富生活，体味乐趣，更重要的是通过制作，有利于我们掌握电子制作技术的技能，激发创造性。

直流稳压电源是电子系统中的关键部分，其作用是为电子系统提供稳定的电能。

设计要求：

设计出每个功能框图的具体电路图，并根据下列技术参数的要求，计算电路中所用元件的参数值，最后按工程实际确定元件参数的标称值。

容量：5W

输入电压：交流220V

输出电压：直流±5V

输出电流：1A

二、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求

　　稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。对稳压电源的性能，主要有以下四个万面的要求：

1．稳定性好

　　当输入电压Usr（整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Usc的变化应该很小一般要求 。

　　由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S 来表示：
S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常S约为。

2.输出电阻小

　　负载变化时（从空载到满载），输出电压Usc，应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。

输出电阻（又叫等效内阻）用rn 表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。

反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn 越小，则Ifz   变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1欧，甚至0．01欧。

3.电压温度系数小

当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT来表示：    

4.输出电压纹波小

　　所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S 。

　　串联型稳压电路，用做一种简单的稳压电源，可以满足一般无线电爱好者的需要。但是，这种电源还有许多“天生的”缺陷，要提高对性能的要求，就必须再做一些改进。从以下四个右面对它的性能加以改善，便可做成一台有实用价值的稳压电源了。这就是：增加放大环节，提高稳定性，使输出电压可调；用复合管做调整管，使输出电流增大；增加保护电路，使电源工作安全可靠。

三﹑ 系统设计

稳定直流源设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后经过滤波网络最后经过稳压网络。方案1.我们可以采用以桥式整理电路实现整流的目的，以大电容作为滤波电路，然后接负载。但是这样做有以下不足之处，如负载的影响很大，电压不可调以及没有保护电路等一下列问题。我们采用某些芯片，可以解决以上的问题。方案2.以全波整流电路作为整流网络，以极性电容作为滤波网络，采用固定式三端集成稳压电路7805和7905设计制作连续可调的双极型直流稳压电源。如下图所示，220V（幅值311V）50Hz市电经变压器220:25输出两组独立的25V交流，经桥堆整流、大电容滤波后分别经过集成稳压块LM7805C与LM7905C作用得到±5V的直流输出。

稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图1所示。

图1 直流电源系统方框图

电源变压器：将电网提供的220V交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。

整流电路：利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。

滤波电路：利用储能元件（电感或电容）把脉动直流电转换成比较平坦的直流电。

稳压电路：利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压。

具体电路如下：

    输入电容C1、C2用于抑制纹波电压，输出电容C3、C4用于消振，缓冲冲击性负载，保证电路工作稳定。同时由于输出电容C3、C4的存在，容易发生电容放电而损坏稳压器，RV1和RV2是滑动变阻器，可以调节输出的电压。R1和R2是限流电阻，防止线路电流太大。

    瞬态分析：

1．稳压三极管选择：

主要特点：

LM7805集成稳压三极管输出电流可达1A,输出电压5V,过热保护，过流保护，输出晶体管SOL保护。

VI——输入电压(VO=5~18V)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 35V

RθJC——热阻（结到壳）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5℃/W 

RθJA——热阻（结到空气）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 65℃/W 

TOPR——工作结温范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 0~125℃ 

TSTG——贮存温度范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ -65~150℃

表1    LM7805的主要参数表

LM7905集成稳压三极管输出电压-5V.

表2  LM7905的主要参数表

2．整流桥堆：

　　整流桥堆产品是由四只整流硅芯片作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热。整流桥品种多：有扁形、圆形、方形、板凳形（分直插与贴片）等，有GPP与O/J结构之分。最大整流电流从0.5A到100A，最高反向峰值电压从50V到1600V。

　　半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路, 

　　选择整流桥要考虑整流电路和工作电压.优质的厂家有广州国信电子科技有限公司（文斯特电子）的G系列整流桥堆,进口品牌有ST、IR,台系的SEP、GD等。整流桥堆一般用在全波整流电路中，它又分为全桥与半桥。 

　　全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的，图是其外形。 

　　全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多种规格，耐压值（最高反向电压）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。

3. 变压器的选择：

变压器容量计算公式变压器的功率是决定于负载的,既:
P2=U2II2I+U2III2II+......+U2nI2In(VA)，P1=P2/η(VA)
式中:
P2变压器次级功率计算值
P1变压器的初级功率计算值
U2I和U2II......变压器次级各绕组电压(V),其值由负载决定.
I2I和I2II......变压器次级各绕组电流(A),其值由负载决定.
η为效率
变压器容量1KVA以下的变压器容量小,效率较低,变压器容量在100VA以下的,η选小值;变压器容量在100VA到1000VA者选大值.硅钢片质量差的η可选0.7
I1=P1/U1(1.1到1.2)(A)
式中:U1为初级电压(V)
1.1到1.2为考虑到空载激磁电流的经验系数
变压器容量计算出来后就计算硅钢片铁芯的截面积S等参数 。

4.电容的选择：

经过整流桥以后的是脉动直流，波动范围很大。后面一般用大小两个电容大电容用来稳定输出，众所周知电容两端电压不能突变，因此可以使输出平滑小电容是用来滤除高频干扰的，使输出电压纯净电容越小，谐振频率越高，可滤除的干扰频率越高大体的原则：

（1）大电容,负载越重，吸收电流的能力越强，这个大电容的容量就要越大；

（2）小电容，凭经验，一般104即可。

表3   电容参数

要确定电容的耐压值，耐压值选小了，会因过压而击穿，选大了会增加体积和成本，可按下式确定电容C的耐压值Uc：

结  论  

通过这次设计，完成了基本要求的全部设计要求，也完成了大部分发挥部分要求的设计。通过这次设计，使我学到了更多的有关电路方面的知识。本电路简单高效，失真小，输出稳定，达到了设计目的和要求，但在电路的整个设计过程中存在很多问题,在使用电容时更要小心因为电容的串联与并联正好与电阻的相反。如果不多加小心也许会走很多弯路。