基于Multisim12可调直流稳压电源设计与仿真

基于Multisim12可调直流稳压电源设计与仿真
李洋洋
【摘要】通过Multisim12虚拟电子实验平台对可调直流稳压电源进行设计，并利用虚拟仪表测量电路参数、分析电路性能、完善电路设计。

经仿真测试，该可调直流稳压电源性能良好、工作可靠，输出电压和电流、稳压系数等重要性能指标均满足电工电路实验对直流电源的需要。

运用Multisim12设计电路，有效地提高了设计速度，节省了设计时间，降低了设计成本。

%We design the adjustable DC stabilized voltage supply based on Multisim12 virtual electronic experimental platform, and use virtual instrument measure circuit parameters,analyze circuit performance and improve the design.Through simulation test, the voltage supply is good performance and reliable.The important performance indexes of voltage supply meet the requirement of elec-tric circuit experiments,such as output voltage and current,voltage stability coefficient,ing Multisim12 design circuit effective-ly improve the design speed,save design time,and reduce the design cost.
【期刊名称】《实验科学与技术》
【年(卷),期】2016(014)005
【总页数】4页(P41-43,78)
【关键词】Multisim12;直流稳压;实验电源;仿真测试
【作者】李洋洋
【作者单位】辽宁工业大学工程训练中心，辽宁锦州 121001
【正文语种】中文
【中图分类】TM02
电工电路实验中，常需要直流电源供电，本文根据实验教学需求，设计了一款以集成器件为核心的可调直流稳压电源，电压0～30 V连续可调，并使用Multisim12虚拟电子实验平台对设计方案进行仿真分析［1］、电路优化改进，极大地提高了设计速度，降低了设计成本［2］。

设计方案如图1所示，包括降压、整流、滤波、稳压和基准源等5部分。

1）首先，利用变压器将220 V交流市电降压成合适的交流电；2）将降压后的交流电整流成单向脉动的直流电；3）将整流后电压滤除交流成分，得到较为平滑的直流电；4）将滤波后的直流电接到稳压电路，稳压电路避免输出电压随市电、负载、温度等因素变化而变化，同时，在稳压电路中添加输出电压调节电路，实现电压可调；5）最后通过基准源电路实现电压从零可调。

2.1 变压器
变压器起降压的作用，将220 V交流市电降为整流电路所需的低压交流电。

变压
器的选择需要考虑最大输出电流Iomax=1 A，传输效率η=0.7，并结合整流、滤波、稳压等电路的电压降，确定变压器二次绕阻电压的有效值及变压器原边的功率［3］。

综合以上参数，变压器选用单相输入220 V，输出35 V，功率100 W。

利用Multisim12对降压进行仿真［4］，设置输入为220 V AC，频率为50 Hz，变压器耦合系数为0.159。

利用虚拟示波器观察降压前后波形，如图2所示，两波形相位相同，幅值不同，实现降压功能，符合设计要求。

2.2 整流电路
整流电路将降压后的正弦电压转为单向的脉动信号［5］。

整流电路选择单相桥式整流，具有输出电压高、纹波较小等特点，并且能够承受的最大反向电压较高。

利
用Multisim12对整流进行仿真，选用1B4B42虚拟整流器，并用虚拟示波器观察整流后波形，如图3所示。

2.3 滤波电路
滤波电路将整流后的单向脉动信号中交流成分滤除，获得较为平滑的直流电［6］。

滤波电容的类型多为电解电容，具体指标参数的选择需要考虑多方面，如电容耐压值要高于实际工作电压的1.5～2倍，容值的选择要满足电路放电时间常数RLC大于充电周期1.5～3倍，其中RL为整流后的等效负载电阻。

综合以上因素，设计
方案中的滤波电容选择为4 700 μF的电解电容。

2.4 稳压电路
稳压电路解决了滤波输出电压易随负载、温度变化而变化，保障直流电压输出稳定［7］。

稳压电路的核心是集成稳压器，设计方案选用三端可调集成稳压器
LM317，通过调节悬浮端电位器，可使输出电压在1.25～37 V范围内连续可调，输出Vo= 1.25（1+R2/R1），取R1=200 Ω，R2选用5 kΩ电位器串联构成。

由于滤波电路中使用大容量值的电解电容，而电解电容具有一定的分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以在LM317的输入端和输出端并联0.1μF瓷介质小电容，用来抵消电感效应，抑制高频干扰。

另外，设计方案中二极管D2、D3
的作用是防止短路烧坏LM317［8］。

利用Multisim12对稳压电路进行仿真，并用万用表测量仿真结果，如图4所示。

2.5 基准源电路
基准源电路提供-2.5 V基准电压，解决LM317无法从0调节输出，其核心是三端可调分流基准源TL431［9］。

通过搭建TL431典型应用基准电压电路，可输出2.5 V基准电压，再将2.5 V基准电压的正极性端与地相连构成负电压，即实现-2.5 V基准源电路。

利用Multisim12对基准源电路进行仿真，并用万用表测量仿
真结果，如图5所示。

2.6 电压跟随电路
电压跟随电路有效避免电位器R2变化影响LM317悬浮端，设计方案采用LM324构成电压跟随电路，进行电压调节。

根据上述选择的元器件和电路形式，利用Multisim12搭建整体仿真电路，并用虚拟实验仪器观测仿真结果，如图6所示。

3.1 输出电压仿真测试
调节电位器R3的阻值，用虚拟万用表进行测量，结果如表1所示。

3.2 输出稳压仿真测试
稳压系数是输出电压和输入电压的相对变化的比值，体现了电路的稳压性能。

稳压系数Sr= ΔUo/ΔUi。

影响稳压性能的主要因素之一是电网电压波动，假设电网电压波动范围±10，仿真结果如表2所示。

由仿真结果可见，设计电源稳压性能良好、工作可靠，误差较低。

本文通过Multisim12虚拟电子实验平台，实现可调直流稳压电源的设计，并进行仿真测试，满足设计要求，可作为独立的电源模块为电工电路实验提供直流电能。

设计电路简单，易实现，抗电网电压波动性能较好，并且解决了LM317无法从0开始调节的问题。

利用Multisim12进行电路设计不受设备、场所等外在条件的限制，可充分发挥创造力，并且能够直观地反映设计的准确性和仿真结果，缩减了设计周期和节省了花费。

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