220V交流转直流的简易电源设计

设计简介

通过模拟电路的相关知识，尝试将220V的交流电转化为我们指定电压的直流电。

设计原理

将220V交流电转化为直流电的方法常用的有通过变压器和对应的开关电源芯片。

• 变压器：使用变压器可以实现从高电压到低电压的转换。在这种方案中，交流电通过主绕组，在次级绕组产生所需的较低电压。然后，通过整流器将交流电转换为直流电。这种方法适用于需要较小功率输出的应用。
• 开关电源：开关电源是一种将高电压交流电转换为低电压直流电的高效率方案。它利用开关器件（如MOSFET）和变压器来实现电压转换。交流电经过整流器将其转换为直流电，并通过开关器件进行调节和筛选，以获得所需的输出电压和电流。开关电源适用于需要较高功率输出和更高效率的应用。

由于第二种方案的设计相对会比较复杂，所以我们使用的是方案1，答题思路如下：

电路图

变压器电路

高中我们学过电磁感应原理，两个靠近的导体，其中一个电流产生变化，会引起另一个的电流变化，变压器就是运用的这个原理，在变压器的原边上接入220V的交流电，会副边上产生变压的电压，通过控制原边与副边线圈的匝数比，控制副边上的电压。而我们使用的这个变压器可以产生正负9V电压（这里还是交流）。不同的变压器会产生不同的电压，不过原理是一样的。

交流转直流电路

• 经过变压器后的电压是一个50Hz的交流信号，波形为正弦图像，可以通过全波整流的方式变化为直流电压。该电路中前级由四个整流二极管构成全波整流桥，当电压在正半周期时D1和D4导通，负半周期D2和D3导通，经过整流桥后的电压为+9V和-9V。
• U2和U3为前级滤波电容，是输出的电压更加平滑。
• U4（7805）和U5（7905）为对应的LDO稳压芯片，输出指定的5V和-5V

3.3V电源

这里使用的芯片时LM317，芯片具体信息如下：

LM317器件是一种可调的三端正压稳压器，能够在1.25V至37V的输出电压范围内提供超过1.5A的输出。这里我们采用的是TO220封装的这一款。

典型运用电路如下：

• 其中Vout可由以下公式计算得出：
  
  在此公式中，Iadj的电流很小，100uA以内，因此对应项对于Vout的影响很小，对于计算结果要求不是很精确时可忽略不计。
• Vout与ADJ端口的电压为固定值1.25V，通过计算也可以得出以上计算公式。

接口电路

• 接口电路的设计，可以让我们更方便的使用电源，给其他电路供电。

PCB

• 这里PCB很简单只需要注意电源线需要加粗，使其能够承受更大的电流即可。

3D图

由于威威我没有在立创eda里面找到我需要的变压器，所以变压器的模型是我自己画的，所以这里没有3D模型。

实践检验

我这里是自己焊接了一版，但是线路和原理图一模一样，也算是实践成功了吧。

• 这里补充一下变压器的使用：
• 我是直接在某宝上下单的，一般的变压器是20V转单9V/双9V的（其他电压也是一样）。
• 转单9V的只需要区分原边和副边即可，没有正反之分。
• 双9V的，有两根线的一端是原边，三根线的是副边，中间那根是GND线，需要与后面的电路系统共地，另外两根线没有正负之分。