基于Multisim的串联稳压电源的设计和仿真

【摘要】采用Multisim软件来仿真串联稳压电源电路，可以方便的改变电源电路中元件的参数，直观的查看输出电压的波形和数值的变化规律，仿真实验准确性高;并且无需实在的硬件设备，提高了设计效率，节省了电路成本。

【关键词】multisim;稳压电源;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已经广泛应用于电子电路的分析和设计中，它不仅使得电路的设计和试验的周期缩短，还可以提高分析和设计能力，实现与实物试制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本。使用Multisim软件来仿真电路，具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点1。如今要用multisim设计一个单相小功率（小于100W）的直流稳压电源，电源的指标参数如下：（1）输入电压220V，50Hz;（2）输出直流电压范围：8V～13V，连续可调，额定输出电压为9V;（3）最大输出电流0.1A;（4）纹波系数低于0.1%。

从给出的条件可知，输入与输出之间电压值相差很大，故需要一个降压环节;经过降压以后的交流电还需变成单方向的直流电，这就是整流环节;但是其幅值变化很大，若作为电源去供给电子电路时，电路的工作状态也会随之发生变化而影响性能;需要利用滤波电路将其中的交流成分滤掉，留下直流成分;此时电源还受电网电压波动和负载变化的影响，故要稳压。所以要经过降压、整流、滤波、稳压四个步骤2，如图1所示。

图1 稳压电源的框图

又依据第4）点知电源的纹波系数很低，输出的电源的稳定性的质量很高（很低的纹波），又有较强的带负载能力，见第3）点，所以选用串联稳压电源电路来实现电路的仿真。串联稳压电源电路的结构见图2所示。

图2 串联稳压电源的结构

2.主要仿真元件的选取

2.1 变压器的选择

对比Ui=220V，Uomax=13V的值， 故选择降压后的电压值略大于13V，选择变压器的变比N=14，降压后电压U2≈16V。由于Multisim 对变压器的仿真效果不理想。所以直接选用U2≈16V，f=50Hz的交流电源AC_POWER，见图3。

2.2 二极管的选择

流过整流二极管的正向电流ID>0.45U2/R，反向峰值电压URM>2U2

即：ID>=0.01A，URM>45V

选用multisim中的1N4003，见图3。

2.3 电容大小的选择

在负载变化时，相同电容的滤波效果不一样;在电容变化时，相同负载时其滤波效果也是不一样。总体的选取原则是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时输出电压中纹波的大小。图4是不同电容时滤波的输出电压的仿真波形。

2.4 稳压电路中调整管稳压管等选择

稳压管选用UZ =4.9V的稳压管作基准电压，因为输出电压为7V～14V，故在稳压环节中取样部分应该是可调的，应该满足

选用RW=R上=R下=1K，所以：

调整管的选择：因为输出最大电流0.1A，所以在稳压环节中由于调整管是和负载时串联的关系，负载流过的最大电流为0.1A，出于裕量选调整管的集电极的额定电流IC应该大于0.3A，选用调整管型号为ICZ655，它与BC548A构成达林顿管，提高带负载能力，满足最大电流为0.1A的要求。

3.仿真电路的绘制和仿真结果的对比

3.1 仿真电路的绘制

依据上面的分析，绘制电路如图3所示。

图3 串联稳压电源电路的仿真图

3.2 仿真数据对比

（1）开关J1、J3、J4闭合，观测整流、滤波后不同RL、C时输出电压的纹波值和输出电压的值。

当RL=1k和200欧时，改变电容的值，测出输出电压值及其纹波值见表1和表2。

表1 RL=1k不同电容值对应的值

C 纹波电压 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欧不同电容值对应的值

C 纹波电压 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

比较表1和表2可知负载改变时，特别是负载较重时，其纹波明显加大，输出电压UO的大小也与负载有关，负载越大，输出电压平均值越低。

增加C的容量，可以使得滤波的效果得到改善，但是在满足RLC后，输出电压UO的大小纹波的变化并不很明显，所以选用470uF的电容进行滤波。

（2）开关J1、J3、J5闭合，观测整流、滤波、稳压后输出电压的纹波值和输出电压的值。见表3所示。图4是电容为470uF时稳压前和稳压后输出电压Uo的波形对比，从仿真结果看，稳压后的波形更加平滑稳定。

表3 断开R7，连接R5稳压后的数值

负载RL 纹波电源压 Uo

R=空载 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

对比表1～表3的数据可知，经稳压后，输出电压Uo的较稳定，其中的纹波值明显减小，基本为一定值，即约为0.6mV 。

纹波系数=纹波电压/输出电压

=0.6m/9*100%

=0.006%<0.1%

图4 稳压前后波形对比

输出电压UO的仿真测试值的范围为：

UOMAX=13.082V≈13V，UOMIN=6.957V≈7V

4.结束语

利用multisim仿真电源电路，可以直观的观测电路中的电压参数值，方便的查看关键点的波形，能提高电路的设计效率，节省实物电路的制作时间和成本，故值得大力推广应用[4]。

参考文献

[1]习大力.基于multisim8的电压串联负反馈放大器仿真[J].电子科技，2013，26：140-142.

[2]陈梓城.模拟电子技术应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]任俊园，李春然.电容滤波电路工作波形的multisim仿真分析[J].电子设计工程，2012，11：10-11.

[4]李健明，彭仁明.基于multisim放大电路的仿真分析[J].四川理工学院学报（自然科学版，2006（19）：34-36.

作者简介：赵巧妮（1982—），女，湖南铁道职业技术学院讲师，研究方向：电子技术。