在電子設(shè)備的應(yīng)用中，常常需要將 220V 的交流電轉(zhuǎn)換為特定的低電壓直流電。下面將詳細(xì)介紹一種 220V 交流轉(zhuǎn) DC 低電壓電路的設(shè)計(jì)方案。

一、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

本次設(shè)計(jì)旨在運(yùn)用模擬電路的相關(guān)知識(shí)，把 220V 的交流電轉(zhuǎn)化為指定電壓的直流電。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和元件選擇，實(shí)現(xiàn)這一電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程。

二、設(shè)計(jì)原理

將 220V 交流電轉(zhuǎn)化為直流電通常有兩種常用方法。

1. 變壓器方案：利用變壓器實(shí)現(xiàn)從高電壓到低電壓的轉(zhuǎn)換。當(dāng)交流電通過(guò)主繞組時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在次級(jí)繞組會(huì)產(chǎn)生所需的較低電壓，然后通過(guò)整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。此方法適用于需要較小功率輸出的應(yīng)用場(chǎng)景。
2. 開(kāi)關(guān)電源方案：這是一種將高電壓交流電轉(zhuǎn)換為低電壓直流電的高效率方案。它借助開(kāi)關(guān)器件（如 MOSFET）和變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。交流電先經(jīng)過(guò)整流器轉(zhuǎn)換為直流電，再通過(guò)開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行調(diào)節(jié)和篩選，以獲得所需的輸出電壓和電流。該方案適用于需要較高功率輸出和更高效率的應(yīng)用。

由于開(kāi)關(guān)電源方案的設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)選用變壓器方案，以下是具體的設(shè)計(jì)思路和電路分析。

三、電路圖及各部分電路分析

1. 變壓器電路

2.在高中物理中我們學(xué)習(xí)過(guò)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)兩個(gè)靠近的導(dǎo)體中，一個(gè)導(dǎo)體的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起另一個(gè)導(dǎo)體的電流變化。變壓器正是運(yùn)用了這一原理，在變壓器的原邊接入 220V 的交流電，副邊會(huì)產(chǎn)生變壓后的電壓。通過(guò)控制原邊與副邊線圈的匝數(shù)比，可以精確控制副邊上的電壓。本次設(shè)計(jì)使用的變壓器能夠產(chǎn)生正負(fù) 9V 的交流電壓。不同的變壓器產(chǎn)生的電壓可能不同，但基本原理是一致的。

3.交流轉(zhuǎn)直流電路

1. 經(jīng)過(guò)變壓器后的電壓是一個(gè)頻率為 50Hz 的交流信號(hào)，其波形為正弦波?？梢圆捎萌ㄕ鞯姆绞綄⑵滢D(zhuǎn)換為直流電壓。在該電路中，前級(jí)由四個(gè)整流二極管構(gòu)成全波整流橋。當(dāng)電壓處于正半周期時(shí)，D1 和 D4 導(dǎo)通；當(dāng)電壓處于負(fù)半周期時(shí)，D2 和 D3 導(dǎo)通。經(jīng)過(guò)整流橋后的電壓為 + 9V 和 - 9V。U2 和 U3 為前級(jí)濾波電容，其作用是使輸出的電壓更加平滑。U4（7805）和 U5（7905）為對(duì)應(yīng)的 LDO 穩(wěn)壓芯片，用于輸出指定的 5V 和 - 5V 電壓。

1. 3.3V 電源
   這里使用的芯片是 LM317。LM317 器件是一種可調(diào)的三端正壓穩(wěn)壓器，能夠在 1.25V 至 37V 的輸出電壓范圍內(nèi)提供超過(guò) 1.5A 的輸出。本次設(shè)計(jì)采用的是 TO220 封裝的 LM317 芯片。其典型運(yùn)用電路中，Vout 可由特定公式計(jì)算得出。在該公式中，Iadj 的電流很小，在 100uA 以內(nèi)，因此對(duì)應(yīng)項(xiàng)對(duì)于 Vout 的影響很小，在對(duì)計(jì)算結(jié)果要求不是非常精確時(shí)可忽略不計(jì)。Vout 與 ADJ 端口的電壓為固定值 1.25V，通過(guò)計(jì)算也可以得出上述計(jì)算公式。

1. 接口電路
   接口電路的設(shè)計(jì)能夠讓我們更方便地使用電源，為其他電路供電。它起到了連接電源和負(fù)載的橋梁作用，確保電源能夠穩(wěn)定地為其他電路提供所需的電能。

四、PCB 設(shè)計(jì)與 3D 圖

在進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意電源線要加粗，以使其能夠承受更大的電流。這樣可以減少電源線的電阻，降低功率損耗，提高電源的穩(wěn)定性和可靠性。由于在立創(chuàng) eda 里面沒(méi)有找到所需的變壓器，所以變壓器的模型是自己繪制的，因此這里沒(méi)有完整的 3D 模型。

五、實(shí)踐檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，進(jìn)行了實(shí)踐檢驗(yàn)。自己焊接了一版電路，線路和原理圖保持一致，從實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，該設(shè)計(jì)基本成功。這里補(bǔ)充一下變壓器的使用方法：一般是直接在某寶上下單購(gòu)買變壓器，常見(jiàn)的變壓器有 20V 轉(zhuǎn)單 9V / 雙 9V 的（其他電壓也是類似情況）。轉(zhuǎn)單 9V 的變壓器只需要區(qū)分原邊和副邊即可，沒(méi)有正反之分；雙 9V 的變壓器，有兩根線的一端是原邊，三根線的是副邊，中間那根是 GND 線，需要與后面的電路系統(tǒng)共地，另外兩根線沒(méi)有正負(fù)之分。