交流220V转5V直流电源设计1.docx
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交流220V转5V直流电源设计1
安康学院
学年论文﹙设计﹚
题目交流220V转5V直流电源设计
学生姓名张朋学号2009222323
所在院（系）电子与信息工程系
专业班级电子信息工程09级1班
指导教师吕方兴
2011年8月12日
电子与信息工程系学年论文（设计）开题报告
姓名
张朋
专业
电子信息工程
班级
09级1班
指导老师
吕方兴
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
交流220V转5V直流电源设计
作者：
张朋
（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：
吕方兴
【摘要】运用模拟电子技术的基本理论和分析方法，设计了220V交流转5V直流电源的方案。
在Multisim10平台上进行了仿真。
仿真结果表明，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、交直流转换
AC220VTransform5VDCPowerDesign
Author:
ZhangPeng
（Grade09,Class1,MajorElectronicandinformationengineering,DepartmentofElectronic&InformationEngineering,AnkangUniversity,Ankang725000,Shaanxi）
Tutor:
LvFang-xing
Abstract:
Applicationofanalogelectronictechnologybasictheoryandanalysismethod,designof220VACto5VDCpowersupplyscheme.IntheMultisim10platformforsimulation.Thesimulationresultsshowthat,canoutputmorestableDCvoltageof5V,andhasacertain
Keywords：
DCPower，AnalogElectronicTechnology，AC/DCConversion
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。
本文提出了电源适配器方案，输出均为5V直流，有一定的负载能力。
本方案为分立元件组成，并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。
3方案论述
3.1方案论述
3.1.1稳压电路
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。
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
V（3.1）
其中，
就是IO3与IO4之间的电压。
为最大输出电压5V。
为三极管Q1的集电极与发射极之间的电压。
一般要选择
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
，
，
值，再根据三极管的极限参数
来选择三极管。
mA（3.2）
V（3.3）
W（3.4）
查三极管手册，只要
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
（3.5）
由于
比较小，只需要
（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
图3.2限流电路
限流电路如图3.2。
由
（3.7）
得
（3.8）
其中，
为LED2工作电流，可在2~10mA之间选取，我选择了9mA。
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
图3.3取样电路
首先，确定取样电路的工作电流
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
取得过大，则取样电路的功耗也大；若
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
不稳定[3]。
实际应用中，一般取
，我选择的是
mA（3.9）
然后计算取样电阻，
（3.10）
则
（3.11）
则
（3.12）
3.1.2变压整流滤波电路
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
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]
V（3.13）
变压器的扎比为
（3.14）
（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
，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
（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
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。
图3.5整机电路的测试
4心得体会
通过写这篇论文，我了解了一般模拟电路的设计过程，学习了普通直流电源的基本设计思路。
在写论文的过程中，我查找了很多资料，锻炼了我查阅文献的能力。
在仿真的过程中，我遇到了一些问题，主要是由于我对软件不太熟悉。
在以后的学习中，我会更多的进行仿真练习。
写这篇论文使我感受到了科学研究的严谨与艰辛，大量数据的运算，以及理论的推导都会耗费相当多的时间与精力。
参考文献
[1]无线电源接收器解决方案.TexasInstruments.
[2]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.
[3]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.
[4]张永瑞，王松林，李小平.电路分析.北京：
高等教育出版社，2004.148.
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