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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 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
2、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，2006.396399.2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，2010.232235.3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
3、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 AC 220V Transform 5V DC Power DesignAuthor:Yong Hao（Grade09,Class2,Major Electronic and information engineering ,Department of E
4、lectronic & Information Engineering,Ankang University,Ankang 725000,Shaanxi）Tutor:Lv Fang-xingAbstract: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 o
5、f 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 ca
6、pacity. Key words：DC Power，Analog Electronic Technology，IC voltage regulator，AC/DC Conversion1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
7、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*3mm1。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系统原理变压整流滤波稳压AC220VDC5V图2.1 系统原理图首先是对220V的高
8、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
9、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38V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
10、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210mA之间选取，我选择了9mA。为Q3的发射极电流，可在0.52mA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
11、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4V（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。
12、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470F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
13、的作用。T2TS_POWER_25_TO_1D11N4001GPD21N4001GPD31N4001GPD41N4001GPQ12N5551Q22N2222AC1470uFR11kR21kR317C222uFQ32N2222ALED1LED2811R4220R5255C3100uFV1220 Vrms 50 Hz 0 63459XMM21210%R6Key = A 1000 1012图3.5 整机电路的测试3.2方案二论述3.2.1滤波稳压电路图3.6 滤波稳压电路稳压电源的输出电压可用下式计算（3.16）因为V，所以（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
14、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V，所以R2/R1的比值范围只能是028.6。 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：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。 要解决317
