【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(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性高;并且無需實(shí)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(yàn)的周期縮短,還可以提高分析和設(shè)計能力,實(shí)現(xiàn)與實(shí)物試制和調(diào)試相互補(bǔ)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(diǎn)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(biāo)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(fù)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(diǎn)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(qiáng)的帶負(fù)載能力,見第3)點(diǎn),所以選用串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路來實(shí)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(fù)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(fù)載時其濾波效果也是不一樣??傮w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(zhǔn)電壓,因?yàn)檩敵鲭妷簽?V~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?yàn)檩敵鲎畲箅娏?.1A,所以在穩(wěn)壓環(huán)節(jié)中由于調(diào)整管是和負(fù)載時串聯(lián)的關(guān)系,負(fù)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(dá)林頓管,提高帶負(fù)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(dāng)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(fù)載改變時,特別是負(fù)載較重時,其紋波明顯加大,輸出電壓UO的大小也與負(fù)載有關(guān),負(fù)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(jìn)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(fù)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(diǎn)的波形,能提高電路的設(shè)計效率,節(jié)省實(shí)物電路的制作時間和成本,故值得大力推廣應(yīng)用[4]。
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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)。