將220V電壓降為20V,那麼降壓、整流、濾波的電路該如何?


根據提問者的意思,想要將220V交流電通過降壓、整流、濾波等輸出20V直流電。

下圖為本人設計的原理圖,各類器件該如何選取?下面詳細為大家分析。

▲220VAC轉20VDC電源原理

(1)變壓器,變壓器該如何選擇?首先要知道交流經過橋式整流及濾波後的直流電壓約為交流的1.2倍左右,且採用LM117作為穩壓電路,最小壓差為2V,則整流後的電壓應大於22V,由22V÷1.2≈18.3,因此變壓後的交流電壓必須大於18.3VAC,常規的變壓器有220VAC轉15VAC、18VAC、24VAC、36VAC等,此處可選擇220VAC轉24VAC的變壓器,也可以定做220VAC轉19VAC或20VAC的變壓器。

其次是變壓器的功率,若負載電流為0.5A,選擇220VAC轉24VAC的變壓器,變壓器後端的負載功率為24×1.2×0.5=14.4W,可選擇功率20VA(瓦)的變壓器。

(2)整流電路,採用橋式整流,可直接使用橋堆或4個整流二極管搭建,必須考慮整流二極管的耐壓值及電流。

(3)濾波電路,濾波電路一般為兩個電容組成,一個大電容和一個小電容(一般0.1μF),大電容用於充放電使直流電波形更平滑,小電容用於濾波消除微小毛刺紋波。濾波電容的大小該怎麼估算呢?有相應的計算公式:0.289/[f×(U/I)×ACv],單位為F,其中,0.289,是由半波阻性負載整流電路的波紋係數推演來的常數;f是交流電的頻率,單位HZ,比如我國市電為50HZ;U為整流電路最大輸出電壓,單位V;I為整流電路最大輸出電流,單位為A;ACv為紋波係數。

假如要求紋波係數為8%,負載最大電流為0.5A,

則濾波電容:0.289/[50×(28.8/0.5)×0.08]≈0.001254(F)=1254(μF),選取2200μF即可,耐壓值24×1.414×1.2≈40.7,選取耐壓值為47V的電解電容即可。

(4)穩壓電路,可選擇LM117三端穩壓作為穩壓輸出電路,其電壓輸出公式為VOUT=1.25(1+R2/R1),此處選取R1=240Ω,R2=3.6K,代入公式得VOUT=1.25(1+3600/240)=20(V)。LM117的功耗為(28.8-20)×I=8.8I,其中I為負載電流,若為0.5A,則功耗為4.4W,需加個散熱片。

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技術閒聊


將220V交流電轉換為20V直流電需要經過降壓、整流、濾波和穩壓

我們平常用的是交流220V/50Hz的交流電,電子產品基本上都要用到直流電。交流電轉換為直流電是非常常用的設計。

降壓

可以用變壓器實現降壓,我們可選擇用220V交流輸入,20V交流輸出的變壓器。建議使用灌封型的變壓器,使用更簡單,也更安全

整流

建議使用整流橋進行整流,當然你也可以用四個整流二極管組成橋式整流電路

濾波

整流完成後可以用電解電容進行濾波,一般使用470uF~1000uF的電容就可以,耐壓值需要50V或以上。20V交流電經過橋式整流和濾波之後,得到大約28V的直流電。交流電20V指的是有效值,橋式整流和濾波後得到大約1.414倍的直流電壓。

穩壓

降壓後的交流電經過整流、濾波得到的直流電並不是準確、穩定的直流電。由於輸入的交流電有一定波到,所以得到的直流電也有很大波動。可以用LM317來設計20V的輸出。

Vout=1.25(1+R2/R1),當R1=330R,R2=4.95K時,就可以得到20V輸出的直流電。

當然你也可以L7820得到20V輸出。

設計注意事項

  • 線性穩壓器需要至少有2V的壓差,穩壓前的電壓至少為22V,電壓也不能太高,壓差太大會導致穩壓芯片嚴重發熱。
  • 濾波電容的耐壓值至少是所以電路電壓的1.5V倍或者以上。所以穩壓前後的濾波電容耐壓值至少是50V。
  • 輸出電流較大的話,需要給LM317安裝散熱片。
  • 如果輸出電流很小,可以用非隔離的設計方案;如果輸出功率很大,建議使用開關電源方案

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將交流220V轉換為直流20V,需要涉及到變壓器降壓、整流橋整流、電容濾波、穩壓電路穩壓等過程,這個方案是通用的電源解決方案。下面來介紹這個技術方案的詳細內容。所設計的電路圖如下圖所示。圖中有關的關鍵元器件有:降壓變壓器、整流橋、濾波電容、穩壓電路等。穩壓電路所使用的是LM2596可調版本。

降壓變壓器可以選擇20V輸出的,即將交流220V降為交流20V,整流橋所起到的作用是將交流轉化為脈動直流,利用的是二極管的單向導電特性。為了得到較為平滑的直流波形需要加入濾波電容,利用了電容的充放電特性。脈動直流和濾波後的波形如下圖所示。

最後,需要利用降壓IC來實現穩壓,這裡推薦使用LM2596,因為該芯片的輸入電壓範圍較寬,最大可達45V,輸出電壓最大可到37V,輸出電流最大3A,通過兩個外接電阻即可實現輸出電壓的調節。在第一張圖中,輸出電壓Vout=1.23×(1+R260/R261),輸出電壓為20V時,只需要R260/R261為15.23即可,也可以將R260設計為可調電位器,方便輸出調節。

上圖是LM2596的實物圖和降壓模塊圖,該芯片的常用封裝為TO-263,使用非常廣泛。

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買個20v變壓器,用橋堆或4個1n4001二極管整流,濾波電容用35v 470uf電容,加78系列穩壓塊來做,想要的電壓,如果78系列沒有或想做可調電壓的,就用LM317,具體電路,網上搜一搜。


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