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1、少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - - 百度文库安康学院安康学院学 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1少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - - 百度文库电子与信息工程系学年论文（设计）开题报告电子与信息工程系学年论文（设计）开题报告姓名姓名班级班级专专业业指导老师指导老师题目题目交流交流 220V220V 转转 5V5V 直流电源设计直流电源设计1 1本课题的基本内容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直流电源属于模拟电子技术，其应
2、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，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。工作原理基本一致。2 2本课题的重点和难点本课题的重点和难点(1)(1)使电压在负载变化时保持稳定使电压在负载变化时保持稳定(2)(2)在输出电流过大时，使用特定的电路进行过载保护在输出电流过大时，使用特定的电路进行过载保护(3)(3)使用集成稳压器时
3、，防止电路中的电容放电时的高压把集成稳压器烧坏使用集成稳压器时，防止电路中的电容放电时的高压把集成稳压器烧坏3 3主要参考文献主要参考文献11杨素行，清华大学电子学教研组杨素行，清华大学电子学教研组 . .模拟电子技术基础简明教程模拟电子技术基础简明教程 . .北京：高等教育出北京：高等教育出版社，版社，2006.3962006.396399.399.22赵淑范，赵淑范， 董鹏中董鹏中. .电子技术试验与课程设计电子技术试验与课程设计. .北京：北京： 清华大学出版社，清华大学出版社， 2010.2322010.232235.235.33张永瑞，王松林，李小平张永瑞，王松林，李小平. .电路分
4、析电路分析. .北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2004.148.2004.148.44孙余凯，吴鸣山，项绮明等孙余凯，吴鸣山，项绮明等. .巧学巧用模拟集成电路实用技术巧学巧用模拟集成电路实用技术. .北京：电子工业出北京：电子工业出版社，版社，2009.2009.指导教师意见指导教师意见指导教师：年月日2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
5、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 Electronic & InformationEngineering,Ankang University,Ankang 7250
6、00,Shaanxi）Tutor:Lv Fang-xingAbstract:Abstract:According to the basic theory and analytic method of analog electronic technology,twoprojects that transformed 220V alternating current to 5V direct current is deviced.The voltage stability partof the first project is series voltage regulator.The voltag
7、e stability part of the second project is IC voltageregulator.Both projects are simulated in Multisim10 platform.The result of the simulation suggested thatboth projects are able to output stable 5V direct current and have a certain load capacity.Key wordsKey words：DC Power，Analog Electronic Technol
8、ogy，IC voltage regulator，AC/DC Conversion11 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
9、发展。1TI 新进推出的 bq51013(集成无线电源接收器)的规格为 1.9mm*3mm 。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
10、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2要区别在稳压电路，其他部分的电路结构基本相同 。3 方案论述3.13.1 方案一论述方案一论述3.1.13.1.1 稳压电路稳压电路2IO1IO1IO3IO3Q1Q1IO1IO1IO3IO3Q2Q2R1R12N55512N55512N2222A2N2222A1 18 8R3R3112 2LELED1D1R5R52552551k1kR2R21k1kC2C2Q3Q37 72N2222A2N2222AC3C3100uF100uF
11、22uF22uF4 4R4R4220220LELED2D2IO4IO4IO2IO2IO2IO2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
12、电压即为整流滤波电路的输出电压，为ViVo VomaxVCE1 55 10V（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 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IC max，VCE max，PC max值，再根据三极管的极限参数ICM,V(BR)CEO,PCM来选择三极管。IC max120mAVCE maxViVOmax10 5 5VPC max IC maxVCE max 0.8319W（3.2）（3.3）（3.
13、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3VZ nVoVBE3（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R2R2Q3Q31k1k2N2222A2N2222A1 1LED2LED22 2图 3.2 限流电路
14、限流电路如图 3.2。由得ID IR2 IE3VOVZ IE3R2（3.7）R2 VOVZ10 1.661.0425KID IE391（3.8）其中，ID为 LED2 工作电流，可在 210mA 之间选取，我选择了 9mA。IE3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45 5R5R5255255Q3Q33 32N2222A2N2222A6 6R4R4220220LED2LED24 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
15、，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)Io，我选择的是然后计算取样电阻，则则3.1.23.1.2 变压整流滤波电路变压整流滤波电路I1 0.085Io1200.085 10.2mA（3.9）I1VZVBE3R4（3.10）R4 VZVBE31.66 0.64 220I110.5（3.11）R5 VO R4 255I1（3.12）5IO5IO5IO6IO6IO5IO5T2T2IO6IO6TS_POWER_25_TO_1TS_POWER_25_TO_19 9D4D4D1D11N
16、4001GP1N4001GP10101N4001GP1N4001GPIO3IO3IO3IO3D2D2D3D3C1C1470uF470uFIO4IO41N4001GP1N4001GP1N4001GP1N4001GPIO4IO4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变压器的扎比为（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V2Vi10 9V1.111.1
17、1（3.13）22025 25 91（3.14）C1 5TR1（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。3.1.33.1.3 整机电路的测试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 负载测试负载阻值输出电压 V10005.0315005.0291005.021405.0066
18、当负载阻值小于 40时，LED1 会亮，从而起到了过载保护的作用。V1V11 1XMM2XMM2T2T2TS_POWER_25_TO_1TS_POWER_25_TO_12 2220 Vrms220 VrmsD1D1D4D450 Hz50 Hz3 3001N4001GP1N4001GP 1N4001GP1N4001GP5 5Q2Q22N55512N5551 9 92N2222A2N2222A 7 7Q1Q1R3R31 1LED1LED1R5R51010R1R12552558 8R2R2Q3Q3R6R610%1k1k1k1kD2D2Key = AKey = A100010006 64 4D3D31
19、212100uF100uFC3C3C1C11N4001GP1N4001GP 1N4001GP1N4001GP470uF470uFC2C222uF22uF2N2222A2N2222A1111R4R4220220LED2LED2图 3.5 整机电路的测试3.23.2 方案二论述方案二论述3.2.13.2.1 滤波稳压电路滤波稳压电路D2D21N4001GP1N4001GPU1U1IO3IO3IO3IO3LM317KLM317KLINEVOLTAGEVREGCOMMONIO5IO5R1R1D1D1IO5IO5C1C1700700C2C21N4001GP1N4001GP2.2mF2.2mF3 3C4C
20、4R2R2C3C3330nF330nFIO4IO4IO4IO42k2k10uF10uF100uF100uFIO6IO6图 3.6 滤波稳压电路稳压电源的输出电压可用下式计算因为VO 5V，所以VO1.25(1 R2/ R1)（3.16）R2 3R1（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VO 1.25 37V，所以 R2/R1 的比值范围只能是 0728.6。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
21、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 稳压块最小稳定工作电流的问题，可以通过设定R1 和 R2 阻值的大小，而使 317 稳压块空载时输出
22、的电流大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证 317 稳压块在空载时能够稳定地工作。此时，只要保证 Vo/（R1+R2）1.5mA，就可以保证 317 稳压块在空载时能够稳定地工作。上式中的 1.5mA 为 317 稳压块的最小稳定工作电流。当然，只要能保证317 稳压块在空载时能够稳定地工作，Vo/（R1+R2）的值也可以设定为大于1.5mA 的任意值。经计算可知 R1 的最大取值为 R10.83K。又因为 R2/R1 的最大值为 28.6。所以 R2 的最大取值为 R223.74K。因此，必须保证R10.83K，R223.74K两个不等式同时成立，才能保证5317 稳压块在空载时能够稳定地
23、工作 。为满足上述条件，我选择R2=2K,R1=700。C1 为滤波电容，C2 为旁路电容。同时，为了电路的稳定工作，我接入二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317 烧坏6。3.2.23.2.2 变压整流电路变压整流电路IO1IO1IO2IO2IO1IO1IO2IO21313D1D1D4D4T1T11N4001GP1N4001GP12121N4001GP1N4001GPIO3IO3IO3IO3D2D2D3D31N4001GP1N4001GP1N4001GP1N4001GPIO4IO4IO4IO4图 3.7 变压整流电路在图 3.6 中的二极管 D2 的反向电压为 29V，所以
24、IO3 与 IO4 之间的电压为则变压器二次侧的电压为则变压器的闸比为Vi 29 5 34V（3.18）V2Vi34 28V1.21.2（3.19）220 7.8628（3.20）83.2.33.2.3 整机电路的测试整机电路的测试7 7V2V2T1T18 8220 Vrms220 VrmsD1D150 Hz50 Hz001N4001GP1N4001GP5 56 6D4D42 2D5D5XMM3XMM34 41N4001GP1N4001GP1N4001GP1N4001GPLM317KLM317KLINEVREGVOLTAGEU1U1COMMONR1R1D2D2D3D3C1C17007003 3
25、D6D61N4001GP1N4001GP50%C4C4R9R91N4001GP1N4001GP1N4001GP1N4001GP1 12.2mF2.2mFC2C2330nF330nFR2R2Key = AKey = A1k1k2k2kC3C3100uF100uF10uF10uF图 3.8 整机电路的测试整机电路如图 3.8。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3.2。表 3.2 负载测试负载阻值输出
26、电压 V10005.0755005.0611005.0224 心得体会通过写这篇论文，我学习了普通直流电源的基本设计思路，了解了一般模拟电路的设计过程。在写论文的过程中，我查找了很多资料，锻炼了我查阅文献和调研的能力。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.Texas Instruments.http:/ 220V220V 转转 5V5V 直流电源设计直流电源设计指导教师评语：直流电源属于模拟电子的领域，其应用范围非常广泛。本文依照直流电源的四个基本部分设计了两种方案，对变压、整流、滤波、稳压这四个部分，每一种方案都给出了详细的理论依据和计算过程。 并对集成稳压器LM317的使用进行了详尽的叙述，明确了其使用的注意事项。最后在 Multisim10 平台上对两个方案进行了仿真，其结果符合最初的设计要求。论文数据资料翔实，论证严谨，思路清晰，结构合理，行文规范，符合电子类专业的学年论文要求。建议成绩：指导教师（签字） ：年月日教研室意见：教研室主任（签字） ：年月日1