交流220V转5V直流电源设计

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。
表 3.1 负载测试
负载阻值 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 时，LED1 会亮，从而起到了过载保护的作用。
V11
T2
XMM2
TS2_POWER_25_TO_1
（3.15）
其中，T=20ms（输入交流电的周期）。我使用的是 470 F 的电容，较大的电容可以取得更好的
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
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
220 Vrms
50 Hz D1 3
D4
0° 1N4001GP 1N4001GP
Q1
5
2N5551 9 R3
1
Q2
2N2222A7
R1
1k
D2 4
D3
1N4001GP 1N4001GP
C1
470uF
C2
22uF
LED1
10
R5
255
R6
10%Key = A
8
1000
R2
6
Q3
1k
C3 12 100uF
（3.4）
查三极管手册，只要 I CM 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
5
R5
255Ω
Q3
3
2N2222A
6
LED2
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 I1 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
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， 则 则
I1 0.085 Io 120 0.085 10.2 mA
I1
VZ
VBE3 R4
R4 VZ VBE3 1.66 0.64 220
I1
10.5
R5 VO R4 255 I1
（3.9） （3.10） （3.11） （3.12）
3.1.2 变压整流滤波电路
IO5 IO5 T2
IO6 IO6 TS_POWER_25_TO_1 9
D1
D4
1N4001GP 10 1N4001GP
IO3
IO3
（1）确定变压器匝数
D2
D3
1N4001GP
1N4001GP IO4
图 3.4 变压整流滤波电路
C1
470uF
IO4
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，
IO1
IO1
IO3
IO3
Q1
2N5551
Q2
R1
2N2222A
1ຫໍສະໝຸດ Baidu
1kΩ
8 R3 1Ω
LED1
2
R5
255Ω
C2
22uF
R2
1kΩ
4
Q3
7
C3
100uF
2N2222A
R4
220Ω
IO4
IO2
LED2
IO2
图 3.1 稳压电路
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。
2 系统原理
交流 220V 转 5V 直流电源设计
AC220 V
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]。 3.1.1 稳压电路
2N2222A 11
R4
220
LED2
图 3.5 整机电路的测试
图 3.2 限流电路
ID
IR2
IE3
VO VZ R2
IE3
（3.7）
R2 VO VZ 10 1.66 1.0425 K
ID IE3
9 1
（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
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
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
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
R2
Q3
1kΩ
2N2222A 1
限流电路如图 3.2。 由
得
LED2
2
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）
PC max I V C max CE max 0.8319 W
因此，变压器二次侧的电压为[4]
变压器的扎比为 （2）确定整流二极管
V2
Vi 1.11
10 1.11
9V
220 25 25
9
1
（3.13） （3.14）
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