交流220V转5V直流电源设计

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学号所在院(系)电子与信息工程系专业班级指导教师2011年8月3日电子与信息工程系学年论文（设计）开题报告姓名专业班级指导老师题目交流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．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.[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）第1页共9页交流220V转5V直流电源设计XX（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：XXX【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。【关键词】直流电源、模拟电子技术、集成稳压器、交直流转换AC220VTransform5VDCPowerDesignAuthor:YongHao（Grade09,Class2,MajorElectronicandinformationengineering,DepartmentofElectronic&InformationEngineering,AnkangUniversity,Ankang725000,Shaanxi）Tutor:LvFang-xingAbstract:Accordingtothebasictheoryandanalyticmethodofanalogelectronictechnology,twoprojectsthattransformed220Valternatingcurrentto5Vdirectcurrentisdeviced.Thevoltagestabilitypartofthefirstprojectisseriesvoltageregulator.ThevoltagestabilitypartofthesecondprojectisICvoltageregulator.BothprojectsaresimulatedinMultisim10platform.Theresultofthesimulationsuggestedthatbothprojectsareabletooutputstable5Vdirectcurrentandhaveacertainloadcapacity.Keywords：DCPower，AnalogElectronicTechnology，ICvoltageregulator，AC/DCConversion安康学院学年论文（设计）第2页共9页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。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。2系统原理图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方案论述3.1方案一论述3.1.1稳压电路Q12N5551Q22N2222AR11kΩR21kΩR31ΩC222uFQ32N2222ALED1LED2R4220ΩR5255ΩC3100uF87421IO1IO2IO1IO3IO4IO2IO3图3.1稳压电路变压整流滤波稳压AC220VDC5V安康学院学年论文（设计）第3页共9页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）确定输入电压此部分电路的输入电压即为整流滤波电路的输出电压，为10551maxCEooiVVVVV（3.1）其中，iV就是IO3与IO4之间的电压。maxoV为最大输出电压5V。1CEV为三极管Q1的集电极与发射极之间的电压。一般要选择1CEV在3～8V的三极管，以保证其工作在放大区。我选择为5V左右的三极管。（2）确定三极管估算出三极管的maxCI，maxCEV，maxCP值，再根据三极管的极限参数CMI,CEOBRV)(,CMP来选择三极管。120maxCImA（3.2）5510maxmaxOiCEVVVV（3.3）8319.0maxmaxmaxCECCVIPW（3.4）查三极管手册，只要CMI,CEOBRV)(,CMP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3BEoZVnVV（3.5）由于3BEV比较小，只需要oZnVV（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）限流电阻的计算安康学院学年论文（设计）第4页共9页R21kΩQ32N2222ALED221图3.2限流电路限流电路如图3.2。由3322EZOERDIRVVIII（3.7）得KIIVVREDZO0425.11966.11023（3.8）其中，DI为LED2工作电流，可在2~10mA之间选取，我选择了9mA。3EI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Q32N2222ALED2R4220ΩR5255Ω5364图3.3取样电路首先，确定取样电路的工作电流1I,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1I取得过大，则取样电路的功耗也大；若1I取得过小，则取样比n会因Q3的基安康学院学年论文（设计）第5页共9页极电流的变化而不稳定，同时也会造成oV不稳定[3]。实际应用中，一般取oII)1.0~05.0(1，我选择的是2.10085.0120085.01oIImA（3.9）然后计算取样电阻，431RVVIBEZ（3.10）则2205.1064.066.1413IVVRBEZ（3.11）则255451RIVRO（3.12）3.1.2变压整流滤波电路T2TS_POWER_25_TO_1D11N4001GPD21N4001GPD31N4001GPD41N4001GPC1470uF109IO5IO5IO6IO6IO3IO4IO4IO3图3.4变压整流滤波电路（1）确定变压器匝数之前已经确定IO3与IO4之间的电压iV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]911.11011.12iVVV（3.13）变压器的扎比为125259220（3.14）安康学院学年论文（设计）第6页共9页（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22V，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115RTC（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100050010040输出电压V5.0315.0295.0215.006当负载阻值小于40时，LED1会亮，从而起到了过载保护的作用。图3.5整机电路的测试3.2方案二论述3.2.1滤波稳压电路T2TS_POWER_25_TO_1D11N4001GPD21N4001GPD31N4001GPD41N4001GPQ12N5551Q22N2222AC1470uFR11kR21kR317C222uFQ32N2222ALED1LED2811R4220R5255C3100uFV1220Vrms50Hz0°63459XMM21210%R6Key=A10001012安康学院学年论文（设计）第7页共9页C12.2mFU1LM317KLINEVREGCOMMONVOLTAGEC2330nFR22kΩR1700ΩD21N4001GPC310uFC4100uFD11N4001GP3IO3IO3IO4IO5IO6IO5IO4图3.6滤波稳压电路稳压电源的输出电压可用下式计算)1/21(25.1RRVO（3.16）因为5OVV，所以312RR（3.17）仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是37~25.1OVV，所以R2/R1的比值范围只能是0～28.6。其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时，没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：