基于Multisim的串聯(lián)穩(wěn)壓電源的設(shè)計和仿真

【摘要】采用Multisim軟件來仿真串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路，可以方便的改變電源電路中元件的參數(shù)，直觀的查看輸出電壓的波形和數(shù)值的變化規(guī)律，仿真實驗準確性高;并且無需實在的硬件設(shè)備，提高了設(shè)計效率，節(jié)省了電路成本。

【關(guān)鍵詞】multisim;穩(wěn)壓電源;仿真

Abstract：It is easy ?to change ?the ?parameter of the power circuit，it is intuitive ?to check waveform and numerical variation of the output voltage，which has high-accuracy simulation and without real hardware devices，improved efficiency of design，saving circuit cost，that is ?the series power supply ?circuit ?is simulated ?by ?multisim.

Keywords：Multisim;Power circuit;Simulate

1.引言

Multisim已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子電路的分析和設(shè)計中，它不僅使得電路的設(shè)計和試驗的周期縮短，還可以提高分析和設(shè)計能力，實現(xiàn)與實物試制和調(diào)試相互補充，最大限度地降低設(shè)計成本。使用Multisim軟件來仿真電路，具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特點1。如今要用multisim設(shè)計一個單相小功率（小于100W）的直流穩(wěn)壓電源，電源的指標參數(shù)如下：（1）輸入電壓220V，50Hz;（2）輸出直流電壓范圍：8V～13V，連續(xù)可調(diào)，額定輸出電壓為9V;（3）最大輸出電流0.1A;（4）紋波系數(shù)低于0.1%。

從給出的條件可知，輸入與輸出之間電壓值相差很大，故需要一個降壓環(huán)節(jié);經(jīng)過降壓以后的交流電還需變成單方向的直流電，這就是整流環(huán)節(jié);但是其幅值變化很大，若作為電源去供給電子電路時，電路的工作狀態(tài)也會隨之發(fā)生變化而影響性能;需要利用濾波電路將其中的交流成分濾掉，留下直流成分;此時電源還受電網(wǎng)電壓波動和負載變化的影響，故要穩(wěn)壓。所以要經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個步驟2，如圖1所示。

圖1 穩(wěn)壓電源的框圖

又依據(jù)第4）點知電源的紋波系數(shù)很低，輸出的電源的穩(wěn)定性的質(zhì)量很高（很低的紋波），又有較強的帶負載能力，見第3）點，所以選用串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路來實現(xiàn)電路的仿真。串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路的結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖2 串聯(lián)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)

2.主要仿真元件的選取

2.1 變壓器的選擇

對比Ui=220V，Uomax=13V的值， 故選擇降壓后的電壓值略大于13V，選擇變壓器的變比N=14，降壓后電壓U2≈16V。由于Multisim 對變壓器的仿真效果不理想。所以直接選用U2≈16V，f=50Hz的交流電源AC_POWER，見圖3。

2.2 二極管的選擇

流過整流二極管的正向電流ID>0.45U2/R，反向峰值電壓URM>2U2

即：ID>=0.01A，URM>45V

選用multisim中的1N4003，見圖3。

2.3 電容大小的選擇

在負載變化時，相同電容的濾波效果不一樣;在電容變化時，相同負載時其濾波效果也是不一樣。總體的選取原則是RLC[3]，其中T=0.02S，即RLC，在表1至表2中仿真了不同的RL和C時輸出電壓中紋波的大小。圖4是不同電容時濾波的輸出電壓的仿真波形。

2.4 穩(wěn)壓電路中調(diào)整管穩(wěn)壓管等選擇

穩(wěn)壓管選用UZ =4.9V的穩(wěn)壓管作基準電壓，因為輸出電壓為7V～14V，故在穩(wěn)壓環(huán)節(jié)中取樣部分應(yīng)該是可調(diào)的，應(yīng)該滿足

選用RW=R上=R下=1K，所以：

調(diào)整管的選擇：因為輸出最大電流0.1A，所以在穩(wěn)壓環(huán)節(jié)中由于調(diào)整管是和負載時串聯(lián)的關(guān)系，負載流過的最大電流為0.1A，出于裕量選調(diào)整管的集電極的額定電流IC應(yīng)該大于0.3A，選用調(diào)整管型號為ICZ655，它與BC548A構(gòu)成達林頓管，提高帶負載能力，滿足最大電流為0.1A的要求。

3.仿真電路的繪制和仿真結(jié)果的對比

3.1 仿真電路的繪制

依據(jù)上面的分析，繪制電路如圖3所示。

圖3 串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路的仿真圖

3.2 仿真數(shù)據(jù)對比

（1）開關(guān)J1、J3、J4閉合，觀測整流、濾波后不同RL、C時輸出電壓的紋波值和輸出電壓的值。

當RL=1k和200歐時，改變電容的值，測出輸出電壓值及其紋波值見表1和表2。

表1 RL=1k不同電容值對應(yīng)的值

C 紋波電壓 Uo RLC

1000 uF 16.125 mV 15.31V 1s

470uF 16.831mV 15.219v 0.47s

220 uF 176 mV 15.197V 0.22s

20 uF 1.5V 13.425V 0.02

表2 RL=200歐不同電容值對應(yīng)的值

C 紋波電壓 Uo RLC

1000 uF 301.021mV 14.788V 0.2s

470uF 394.109mV 14.744V 0.094s

220 uF 769.382mV 14.221V 0.044s

20 uF 3.63V 10.566V 0.004

比較表1和表2可知負載改變時，特別是負載較重時，其紋波明顯加大，輸出電壓UO的大小也與負載有關(guān)，負載越大，輸出電壓平均值越低。

增加C的容量，可以使得濾波的效果得到改善，但是在滿足RLC后，輸出電壓UO的大小紋波的變化并不很明顯，所以選用470uF的電容進行濾波。

（2）開關(guān)J1、J3、J5閉合，觀測整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出電壓的紋波值和輸出電壓的值。見表3所示。圖4是電容為470uF時穩(wěn)壓前和穩(wěn)壓后輸出電壓Uo的波形對比，從仿真結(jié)果看，穩(wěn)壓后的波形更加平滑穩(wěn)定。

表3 斷開R7，連接R5穩(wěn)壓后的數(shù)值

負載RL 紋波電源壓 Uo

R=空載 337.111u 9.088v

R=1K 656.375u 9.088v

R=500 656.375u 9.088v

R=200 656.375u 9.088v

R=100 656.375u 9.088v

對比表1～表3的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)穩(wěn)壓后，輸出電壓Uo的較穩(wěn)定，其中的紋波值明顯減小，基本為一定值，即約為0.6mV 。

紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓

=0.6m/9*100%

=0.006%<0.1%

圖4 穩(wěn)壓前后波形對比

輸出電壓UO的仿真測試值的范圍為：

UOMAX=13.082V≈13V，UOMIN=6.957V≈7V

4.結(jié)束語

利用multisim仿真電源電路，可以直觀的觀測電路中的電壓參數(shù)值，方便的查看關(guān)鍵點的波形，能提高電路的設(shè)計效率，節(jié)省實物電路的制作時間和成本，故值得大力推廣應(yīng)用[4]。

參考文獻

[1]習(xí)大力.基于multisim8的電壓串聯(lián)負反饋放大器仿真[J].電子科技，2013，26：140-142.

[2]陳梓城.模擬電子技術(shù)應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]任俊園，李春然.電容濾波電路工作波形的multisim仿真分析[J].電子設(shè)計工程，2012，11：10-11.

[4]李健明，彭仁明.基于multisim放大電路的仿真分析[J].四川理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版，2006（19）：34-36.

作者簡介：趙巧妮（1982—），女，湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：電子技術(shù)。