付揚

基于multisim的多路輸出直流穩(wěn)壓電源設計

北京工商大學計算機與信息工程學院 ?付 ?揚

【摘要】設計一種多路輸出的直流穩(wěn)壓電源。通過對220V電網電壓進行降壓、整流、濾波，并以三端可調和固定輸出的集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，得到多路電壓輸出。設計中依據(jù)Multisim仿真，通過不斷調試修改電路參數(shù)，取得了理想的設計效果。該電源可以滿足多種工作電壓系統(tǒng)的需求，并在實際中得到很好地使用，具有很強的實用價值。

【關鍵詞】Multisim仿真;穩(wěn)壓電源;多路輸出

1.引言

在電子電路和電子設備中常常需要各種不同電壓的直流電源，但有些電源只有某一固定電壓輸出，或有些電源體積偏大，給一些便攜式電子產品及小型的電子系統(tǒng)使用帶來不變，基于此本設計研究一種多輸出便于攜帶的直流穩(wěn)壓電源，它將電網交流電變?yōu)楦鞣N需要的直流穩(wěn)壓電源。

為保證設計實現(xiàn)，電路基于Multisim仿真進行設計。Multisim是美國國家儀器公司推出的原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，它具有較為詳細的電路分析功能，可以設計、測試和演示各種電子電路。

2.設計任務及方案

設計多路輸出直流穩(wěn)壓電源，即輸出±（1.25V～20V）任意可調電壓;輸出±12V電壓;輸出±5V電壓。

設計的直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，如圖1所示。其各部分主要完成的作用是：電源變壓器將交流電網電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2;整流電路將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3;濾波電路將脈動直流電壓u3轉變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4;穩(wěn)壓電路清除電網波動及負載變化的影響，保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。

圖1 直流穩(wěn)壓電源框圖

3.單元電路設計

3.1 變壓器降壓和整流電路

220V交流電首先要降壓，以得到合適的電壓值，其降壓和整流電路如圖2所示。根據(jù)設計任務，需要降壓電路具有2路輸出，電源變壓器可選一次輸入220VAC，二次輸出2個繞組均為20V，其A點仿真波形如圖3所示，圖中兩條曲線分別為輸入交流電壓波形和降壓后的波形，A點相位與輸入相同，B點相位與輸入相反。

圖2 降壓和橋式全波整流電路

圖3 輸入波形和A點降壓波形

利用整流二極管的單向導電性，將降壓后雙向變化的交流電變成單向脈動的直流電，常用的整流電路有單相半波整流電路與單相橋式整流電路兩種，本設計采用單相橋式整流電路，其仿真結果如圖4所示，圖中上面曲線為C點整流波形，下面曲線為D點整流波形。

圖4 整流電路仿真波形

設變壓器副邊電壓為：

（1）

整流輸出電壓平均值Uo：

（2）

由于每個周期內，D1、D4串聯(lián)與D2、D3串聯(lián)各輪流導通半周，所以每個二極管中流過的平均電流只有負載電流的一半，二極管截止時，每個二極管承受的最高反向電壓就是變壓器次級交流電壓u2的最大值。

3.2 濾波

整流輸出的直流電壓脈動分量比較大，為減小脈動，在整流電路之后加上濾波電路。本設計采用電容濾波，電容在高頻時容抗小，和負載并聯(lián)，從而達到減小紋波的目的，電容濾波電路如圖5所示。

圖5 整流濾波電路

若濾波電路負載開路，則輸出電壓為。接入負載后，其輸出電壓取決于時間常數(shù)RLC，RLC 越大，Uo越高，脈動越小，同時負載電流的平均值越大，整流管導電時間越短，二極管 iD的峰值電流越大，當時，工程上常?。?/p>

（3）

仿真波形如圖6所示，濾波后輸出電壓的脈動程度大大減少，而且輸出電壓平均值U0提高了，上面曲線是C點波形，此時C為10μF電容，下面近乎直線是D點波形，C為4700μF電容濾波波形。

圖6 10μF和4700μF電容濾波波形

3.3 穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路采用三端集成穩(wěn)壓器，三端集成穩(wěn)壓器只有三個引腳，即輸入端、輸出端、公共端。輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器有正輸出（LM78××）和負輸出（LM79××）兩個系列，以上各型號中的××表示輸出固定電壓值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8種。輸出電壓可調的三端集成穩(wěn)壓器有LM317、LM117（輸出正電壓），LM337、LM137（輸出負電壓），其最大輸入電壓40V，輸出電壓范圍為⒈25～37V。

4.整體電路設計實現(xiàn)

整體電路設計如圖7所示，輸出±可調電壓由LM317和LM337的E、F輸出，其通過調節(jié)滑動變阻器RW，輸出電壓可調，其輸出電壓計算公式：

（4）

LM7812和LM7912輸出G、H分別為±12V，LM7805和LM7905輸出M、N分別為±5V，其正電壓E、G、M點輸出仿真如圖8所示，負正電壓F、H、N點輸出仿真如圖9所示，由仿真可見，實現(xiàn)了預期的設計。

圖7 多路輸出穩(wěn)壓電源電路

圖8 分別為E、G、M點輸出電壓

圖9 分別為F、H、N點輸出電壓

5.結論

基于multisim的實現(xiàn)了直流穩(wěn)壓電源的降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓設計，實現(xiàn)了多種穩(wěn)壓輸出，其設計調試方便，達到理想設計。該設計已經使用到我們電子技能實訓的各種電子系統(tǒng)中，使用方便，效果很好。

參考文獻

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該研究得到“北京高等學校教育教學改革立項項目（京教函[2013]521號）”的資助。