基于multisim的多路輸出直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

付揚(yáng)

基于multisim的多路輸出直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 ?付 ?揚(yáng)

【摘要】設(shè)計(jì)一種多路輸出的直流穩(wěn)壓電源。通過(guò)對(duì)220V電網(wǎng)電壓進(jìn)行降壓、整流、濾波，并以三端可調(diào)和固定輸出的集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，得到多路電壓輸出。設(shè)計(jì)中依據(jù)Multisim仿真，通過(guò)不斷調(diào)試修改電路參數(shù)，取得了理想的設(shè)計(jì)效果。該電源可以滿足多種工作電壓系統(tǒng)的需求，并在實(shí)際中得到很好地使用，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

【關(guān)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(shè)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(chǎn)品及小型的電子系統(tǒng)使用帶來(lái)不變，基于此本設(shè)計(jì)研究一種多輸出便于攜帶的直流穩(wěn)壓電源，它將電網(wǎng)交流電變?yōu)楦鞣N需要的直流穩(wěn)壓電源。

為保證設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，電路基于Multisim仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)。Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器公司推出的原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件，它具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路。

2.設(shè)計(jì)任務(wù)及方案

設(shè)計(jì)多路輸出直流穩(wěn)壓電源，即輸出±（1.25V～20V）任意可調(diào)電壓;輸出±12V電壓;輸出±5V電壓。

設(shè)計(jì)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(wǎng)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(dòng)的直流電壓u3;濾波電路將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4;穩(wěn)壓電路清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)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(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)任務(wù)，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(gè)繞組均為20V，其A點(diǎn)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(diǎn)相位與輸入相同，B點(diǎn)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(diǎn)降壓波形

利用整流二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔祲汉箅p向變化的交流電變成單向脈動(dòng)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(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路，其仿真結(jié)果如圖4所示，圖中上面曲線為C點(diǎn)整流波形，下面曲線為D點(diǎn)整流波形。

圖4 整流電路仿真波形

設(shè)變壓器副邊電壓為：

（1）

整流輸出電壓平均值Uo：

（2）

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

3.2 濾波

整流輸出的直流電壓脈動(dòng)分量比較大，為減小脈動(dòng)，在整流電路之后加上濾波電路。本設(shè)計(jì)采用電容濾波，電容在高頻時(shí)容抗小，和負(fù)載并聯(lián)，從而達(dá)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(fù)載開路，則輸出電壓為。接入負(fù)載后，其輸出電壓取決于時(shí)間常數(shù)RLC，RLC 越大，Uo越高，脈動(dòng)越小，同時(shí)負(fù)載電流的平均值越大，整流管導(dǎo)電時(shí)間越短，二極管 iD的峰值電流越大，當(dāng)時(shí)，工程上常取：

（3）

仿真波形如圖6所示，濾波后輸出電壓的脈動(dòng)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(diǎn)波形，此時(shí)C為10μF電容，下面近乎直線是D點(diǎn)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(gè)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(fù)輸出（LM79××）兩個(gè)系列，以上各型號(hào)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(diào)的三端集成穩(wěn)壓器有LM317、LM117（輸出正電壓），LM337、LM137（輸出負(fù)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

整體電路設(shè)計(jì)如圖7所示，輸出±可調(diào)電壓由LM317和LM337的E、F輸出，其通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RW，輸出電壓可調(diào)，其輸出電壓計(jì)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(diǎn)輸出仿真如圖8所示，負(fù)正電壓F、H、N點(diǎn)輸出仿真如圖9所示，由仿真可見，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)。

圖7 多路輸出穩(wěn)壓電源電路

圖8 分別為E、G、M點(diǎn)輸出電壓

圖9 分別為F、H、N點(diǎn)輸出電壓

5.結(jié)論

基于multisim的實(shí)現(xiàn)了直流穩(wěn)壓電源的降壓、整流、濾波和穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多種穩(wěn)壓輸出，其設(shè)計(jì)調(diào)試方便，達(dá)到理想設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)已經(jīng)使用到我們電子技能實(shí)訓(xùn)的各種電子系統(tǒng)中，使用方便，效果很好。

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該研究得到“北京高等學(xué)校教育教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目（京教函[2013]521號(hào)）”的資助。