交流220V转5V直流电源设计 (1)

图 3.5 整机电路的测试
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安康学院学年论文（设计）
的三极管。 （2）确定三极管
估算出三极管的 I C max ，VCE max ， PC max 值，再根据三极管的极限参数 I CM V , (BR)CEO , PCM 来选
择三极管。
I C max ≈ 120 mA
（3.2）
VCE max = Vi − VO max = 10 − 5 = 5 V
（3.3）
VZ = nVo − VBE3
（3.5）
由于VBE3 比较小，只需要
VZ < nVo
（3.6）
其中，n 为取样电路的取样比。LED 的工作电压为 1.66V，且正向曲线特性较陡，因此它可以代 替稳压管提供基准电压。 （4）限流电阻的计算
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R2
Q3
1kΩ
2N2222A 1
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1
（3.14）
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（2）确定整流二极管
对整流二极管，只要求其最高反向工作电压大于 2V2 ，保证在反向时不会被击穿。我采用的是
1N4001。 （3）确定滤波电容
电容应满足
C1
≥
5
T R1
（3.15）
其中，T=20ms（输入交流电的周期）。我使用的是 470 µ F 的电容，较大的电容可以取得更好的
[2]赵淑范，董鹏中.电子技术试验与课程设计.北京：清华大学出版社，2010.232～235. [3]张永瑞，王松林，李小平.电路分析.北京：高等教育出版社，2004.148. [4]孙余凯，吴鸣山，项绮明等.巧学巧用模拟集成电路实用技术.北京：电子工业出版
社，2009.
指导教师意见
指导教师：
年
月
日
安康学院学年论文（设计）
交流 220V 转 5V 直流电源设计
作者：**
（安康学院电子与信息工程系电子信息工程 09 级，陕西 安康 725000）
指导教师：***
【摘要】运用模拟电子技术的基本理论和分析方法，设计了两种 220V 交流转 5V 直流电源的方 案。第一种方案的稳压部分为串联型稳压电路；第二种方案的稳压部分为集成稳压器。两种方案都 在 Multisim10 平台上进行了仿真。仿真结果表明，两种方案都可以输出比较稳定的 5V 直流电压， 且具有一定的负载能力。
滤波效果。 3.1.3 整机电路的测试
整机电路如图 3.5。使用 Multisim 中的交流源代替现实中的市电，设定其电压有效值为 220V，
频率为 50Hz。输出端接滑动变阻器，代替现实中的负载。改变滑动变阻器的阻值，通过观察万用表
的直流电压显示数值，电压变化不大，可见其具有一定的负载能力，如表 3.1。
2．本课题的重点和难点 (1)使电压在负载变化时保持稳定 (2)在输出电流过大时，使用特定的电路进行过载保护 (3)使用集成稳压器时，防止电路中的电容放电时的高压把集成稳压器烧坏
3．主要参考文献
[1]杨素行，清华大学电子学教研组 .模拟电子技术基础简明教程 .北京：高等教育出版 社，2006.396～399.
C1
470uF
IO4
（1）确定变压器匝数
图 3.4 变压整流滤波电路
之前已经确定 IO3 与 IO4 之间的电压Vi 为 10V，再考虑到通过整流滤波后，电压有效值会增大，
因此，变压器二次侧的电压为[4]
V2
=
Vi 1.11
=
10 1.11
≈
9V
（3.13）
变压器的扎比为
220 ≈ 25 = 25
9
稳压电路主要是对整流滤波之后的电流作进一步处理，使其电压更稳定，同时让整个电路具有 一定的负载能力，不会因为外部负载的变化而使输出电压发生变化。
如图 3.1，Q1 和 Q2 构成 NPN 复合管，可以极大的提高电流放大倍数，减小输入电阻。 LED2 兼 作电源指示和稳压管作用。LED1 和 R3 组成简单过载及短路保护电路。R5 和 R4 进行分压，然后将 R4 上的电压通过 Q3 反馈到 Q1Q2 组成的放大电路。最后 C3 可以使电压的稳定性进一步提高。 （1）确定输入电压
PC max = I V C max CE max = 0.8319 W
（3.4）
查三极管手册，只要 ICM V , (BR)CEO , PCM 大于上述计算值，就可以作为 Q1。同时，为满足上
一个对输入电压的条件，我选择的是 2N5551。Q2 和 Q3 由于电流电压都不太大，功耗也小，因此不 需要计算其值，一般可选用小功率管，我选择的是 2N2222A。 （3）确定基准电压
电子信息工程
题目 交流 220V 转 5V 直流电源设计
1．本课题的基本内容
直流电源属于模拟电子技术，其应用范围非常广泛。其主要是为各种电子产品提供 稳定的直流电压，使电子产品能够正常工作。一般的直流电源具有四个基本部分， 即变压，整流，滤波，稳压。每一部分根据实际情况可以有不同的电路结构，但是 工作原理基本一致。
2 系统原理
AC220
变压
整流
滤波
稳压
DC5V
图 2.1 系统原理图
首先是对 220V 的高压进行变压，变压器的具体的匝比要根据下级的电路来确定。变压之后的电 流仍然为交流，在通过整流电路后，变为脉冲直流。滤波电路可以消除脉冲，但是输出的直流电压 仍不稳定。最后，通过稳压电路，使得电压的稳定性大大提高，整个过程如图 2.1。两个方案的主 要区别在稳压电路，其他部分的电路结构基本相同[2]。
此部分电路的输入电压即为整流滤波电路的输出电压，为
Vi = Vo′ = Vo max + VCE1 = 5 + 5 = 10 V
（3.1）
其中，Vi 就是 IO3 与 IO4 之间的电压。Vomax 为最大输出电压 5V。VCE1 为三极管 Q1 的集电极与
发射极之间的电压。一般要选择VCE1 在 3～8V 的三极管，以保证其工作在放大区。我选择为 5V 左右
目前，电源适配器正朝着体积小，损耗低，无线化，输出电压稳定，负载能力强等方向发展 。 TI 新进推出的 bq51013(集成无线电源接收器)的规格为 1.9mm*3mm[1]。可见，在不久的将来，我们 手中的电子产品就可以无线充电了。
本文提出了两种电源适配器方案，输出均为 5V 直流，有一定的负载能力。第一种方案为分立元 件组成，第二种方案为集成稳压器搭配少量元件组成。每一种方案都写出了具体的设计步骤，所有 关键的器件也给出了选择方法和计算公式。最后在 Multisim10 平台上进行了仿真测试，结果均达到 目标要求。
Key words：DC Power，Analog Electronic Technology，IC voltage regulator，AC/DC Conversion
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1 引言
电子产品的快速发展给我们的生活带来了很多的便捷，但是大多数电子产品都无法直接利用 220V 的市电作为能源。电子产品的能源一般来自两个方面：一，使用可以输出直流电压的电池。由 于普通干电池的使用周期很短，出于对经济的考虑，大多数人选择锂离子或镍氢充电电池。而充电 电池都需要充电器。二，使用电源适配器。使用适配器将 220V 交流转化为合适的直流。因此，对于 一个电子产品来说，不管使用哪种能源，一个匹配的电源适配器（直流电源）是必不可少的。
3 方案论述
3.1 方案一论述 3.1.1 稳压电路
IO3
IO3
Q1
2N5551
Q2
R1
2N2222A
1
1kΩ
8 R3 1Ω
C2
22uF
IO4
IO2
图 3.1 稳压电路
IO1
IO1
L ED1
2
R5
255Ω
R2
1kΩ
4
Q3
7
C3
100uF
2N2222A
R4
220Ω
L ED2
IO2
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D2 4
D3
1N4001GP 1N4001GP
Q1
5
2N5551 9 R3
1
Q2
R1 2N2222A7
1k
C1
470uF
C2
22uF
LED1
10 R6
R5
255
10%Key = A
8
1000
R2 Q3 6 1k
C3 12 100uF
2N2222A 11
R4
220
LED2
3.2 方案二论述 3.2.1 滤波稳压电路
表 3.1 负载测试
负载阻值 Ω 1000
500
100
40
输出电压 V 5.031
5.029
5.021
5.006
当负载阻值小于 40 Ω 时，LED1 会亮，从而起到了过载保护的作用。
V11
T2
XMM2
TS2_POWER_25_TO_1
220 Vrms
50 Hz
D1
3
D4
0° 1N4001GP 1N4001GP
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极电流的变化而不稳定，同时也会造成Vo 不稳定[3]。
实际应用中，一般取 I1 = (0.05 ~ 0.1)I o ，我选择的是
然后计算取样电阻，
I1 = 0.085I o = 120 × 0.085 = 10.2 mA
I1
=
VZ
+ VBE3 R4
则
R4 = VZ + VBE3 = 1.66 + 0.64 = 220Ω
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安康学院
学年论文﹙设计﹚
题 目 交流 220V 转 5V 直流电源设计
学生姓名 所在院(系) 专业班级 指导教师
学号 电子与信息工程系 电子信息工程 09 级 1 班
2011 年 8 月 3 日
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电子与信息工程系学年论文（设计）开题报告
姓名 班级
专业 指导老师
Tutor:****
Abstract:According to the basic theory and analytic method of analog electronic technology,two projects that transformed 220V alternating current to 5V direct current is deviced.The voltage stability part of the first project is series voltage regulator.The voltage stability part of the second project is IC voltage regulator.Both projects are simulated in Multisim10 platform.The result of the simulation suggested that both projects are able to output stable 5V direct current and have a certain load capacity.
LED2
2
限流电路如图 3.2。 由
得
图 3.2 限流电路
ID
= IR2 + IE3
= VO − VZ R2
+ IE3
R2 = VO − VZ = 10 −1.66 = 1.0425KΩ
ID − IE3
9 −1
（3.7） （3.8）
其中， I D 为 LED2 工作电流，可在 2~10mA 之间选取，我选择了 9mA。 I E3 为 Q3 的发射极电
I1
10.5
则
3.1.2 变压整流滤波电路
R5 = VO − R4 = 255Ω I1
IO5 IO5 T2
IO6 IO6 TS_POWER_25_TO_1 9
D1
D4
1N4001GP 10 1N4001GP
IO3
IO3
（3.9） （3.10） （3.11） （3.12）
D2
1N4001GP
D3
1N4001GP IO4
【关键词】直流电源、模拟电子技术、集成稳压器、交直流转换
AC 220V Transform 5V DC Power Design
Author:**
（Grade09,Class2,Major Electronic and information engineering ,Department of Electronic & Information Engineering,Ankang University,Ankang 725000,Shaanxi）
流，可在 0.5~2mA 之间选取，我选择的是 1mA。 （5）取样电路参数计算
5
R5
255Ω
Q3
3
2N2222A
6
L ED2
R4
220Ω
4 图 3.3 取样电路
首先，确定取样电路的工作电流 I1 ,该电流即是流过 R5 和 R4 的电流（由于 Q3 的基极电流很小，
可以忽略不计）。若 I1ห้องสมุดไป่ตู้取得过大，则取样电路的功耗也大；若 I1 取得过小，则取样比 n 会因 Q3 的基