直流稳压电源的设计 仿真实验

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］。

基于PSPICE的直流稳压电源电路仿真分析现代生活中电源的应用十分广泛，大部分的电子、电气设备，都必须有电源给其提供能量，它才能工作。

因此电源是所有电子设备必不可少的组成部分，电源的产生，使电子轻工业，特别是电子计算机、家用电器、实验仪器仪表等现代社会生活中必不可少的组成部分得到了快速发展，并促进了人类生活方式的变革。

本文将简要设计并分析一种线性直流稳压电源的设计原理、工作原理及参数计算仿真结果，并给出其技术指标。

一、直流稳压电源设计要求1.输出电压V o=6~12V连续可调2.纹波电压﹤=10mV一、概述本题所设计的直流稳压电源根据其技术指标设定，该电源可用作实验用电压源或生活中的充电及收音机、录音机的电源；该电源制作成本低，效果好稳定性高，且带有安全保护装置。

缺点就是体积较大、笨重，不便于携带。

但从总的方面来说，利大于弊，我们把它用在该用的地方，就能发挥它应有的作用，更好的为我们服务。

随着电子计算机技术的发展，计算机辅助设计已经逐渐进入电子设计的领域。

模拟电路中的电路分析、数字电路中的逻辑模拟，甚至是印制电路板、集成电路版图等等都开始采用计算机辅助工具来加快设计效率，提高设计成功率。

而大规模集成电路的发展，使得原始的设计方法无论是从效率上还是从设计精度上已经无法适应当前电子工业的要求，所以采用计算机辅助设计来完成电路的设计已经势在必行。

同时，微机以及适合于微机系统的电子设计自动化软件的迅速发展使得计算机辅助设计技术逐渐成为提高电子线路设计的速度和质量的不可缺少的重要工具。

在电路设计工作方面，最初使用的是Protel公司DOS版本的Tango软件，在当时这一软件被看作是多么的先进，因为在这以前没有人能像电脑那样快速、准确的画出电路图，制出电路板。

如今，随着Windows95/98及NT操作系统的出现，一些更方便、快捷的电路设计软件应运而生。

如：Tango、Protel、OrCAD、PSpice、Electronics Workbench、VeriBest、PAD2000等。

直流稳压电源电路的设计实验报告一、实验目的1、了解直流稳压电源的工作原理。

2、设计直流稳压电路，要求输入电压：220V市电，50Hz，用单变压器设计并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2V~+12V连续可调的直流稳压电源电路，两组输出电流分别I O≥500mA。

3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。

二、实验线路及原理1、实验原理（1）直流稳压电源直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。

一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换其中：1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。

2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。

3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。

4）稳压电路：其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。

（2）整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2所示。

在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。

正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。

电路的输出波形如图2-3所示。

t整流二极管采用1N4007，具有正向导通电压降低，导通电流高，泄露电流低，过载电流高，成本低等优点，其基本参数如下图所示，有黑色线圈一端表示负极。

新疆大学实习（实训）报告实习（实训）名称：电工电子实习（EDA）学院：专业、班级：指导教师：报告人：学号：时间：绪论软件介绍Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

EDA的应用EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。

发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。

一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。

EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。

EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。

美国NI公司（美国国家仪器公司）的Multisim 9软件就是这方面很好的一个工具。

而且Multisim 9计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8）（也是美国NI公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。

直流稳压电源设计实验报告一．实验目的1、了解负载稳压电源的控制原理及工作原理；2、分析电路、仿真电路结构，并结合 oscilloscope 对稳压电源进行实验测试；3、制作变压源，实验服务由DC电源模块，实现输出电压的调节功能；4、利用变压源实现对于直流稳压电源的调节；二、实验原理稳压电源是由 DC 电源模块、电感、晶体管、电容以及变频器等部件组成的控制回路，用以实现可靠稳定的输出电压，其基本原理是通过调节变频器的输出频率来调节 DC 电源模块的输出电压，使电源模块的输出稳定在一定的等级，从而实现稳压的要求。

三、实验环境硬件环境： DC 电源模块、电感、晶体管、电容及变频器等软件环境： oscilloscope四、实验测试1、DC 电源模块：根据理论电路设计，布置 DC 电源模块，同时使用 oscilloscope测试 DC 电源输出；2、变频器：同样配置电路，使用变频器调节输出频率；3、电感、晶体管和电容：根据理论电路及电路仿真的正确性，布置电感、晶体管和电容，并进行 oscilloscope 反复测试；4、整机设计：将 DC 电源模块、变频器、电感、晶体管以及电容一起设计成完整的稳压电源，并测试稳压电源是否能够正常输出电压。

五、实验结果通过实验测试表明，所设计的电路结构能够正常工作，DC 电源模块能够输出稳定的直流电压，变频器能够根据设定的频率正确调节输出电压，稳压电源能够提供一致的直流电压输出。

因此，实验的目的得到了较好的满足。

六、结论本次实验建立了直流稳压电源的设计原理，已设计合理、结构正确的电路，同时，通过 oscilloscope 进行实验测试，得出稳压电源能够正常输出稳定的电压，实验目的得到了满足。

稳压电源仿真实验报告
一、报告的目的
本报告的目的是通过稳压电源仿真实验，深入了解电源的基本原理，以及不同种类的电源在工程现实中的应用。

二、实验仪器
本实验使用稳压教学仿真系统，其主要部件由50V、180W、电网驱动2节AVS稳压芯片组成，同时具有按键控制、变压器、散热、线性稳压器、瞬态和功率标定等主要部件。

三、实验内容
1、负载变化的稳压器实验：在不同负载范围内测试稳压器的效率；
2、波形技术分析：分析电源输出波形及其随负载变化；
3、瞬态响应实验：测试电源在瞬态特性下的负荷、瞬态耗散和短路能力；
4、功率测试：测试电源在功率负荷情况下的输出特性。

四、实验结果
1、负载变化的稳压器实验中，随着负载的增加，稳压器的工作电流也有所不同，表现出良好的调节性能；
2、波形技术分析中，稳压器的输出电压和输出功率在不同负载情况下都表现出良好的可靠性；
3、瞬态响应实验中，稳压器能够稳定的输出单一的电压，具有良好的瞬态特性；
4、功率测试中，稳压器具有良好的功率容量，能够处理大范围的功率负荷。

五、结论
通过本次稳压仿真实验，我们能较好地了解和掌握稳压电源的基本原理及其在工程现实中的应用，更好地完成日常电器装配工作。

multisim直流稳压电源仿真实验报告Multisim 直流稳压电源仿真实验报告一、实验目的本次实验旨在利用 Multisim 软件对直流稳压电源进行仿真，深入理解直流稳压电源的工作原理、性能特点以及电路参数对输出电压稳定性的影响。

通过实验，掌握直流稳压电源的设计、调试和分析方法，提高对电子电路的实际应用能力。

二、实验原理直流稳压电源通常由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。

电源变压器的作用是将市电交流电压变换为适合整流电路的交流电压。

整流电路将交流电压转换为单向脉动直流电压，常见的整流电路有半波整流、全波整流和桥式整流等。

滤波电路用于滤除整流输出电压中的交流成分，使输出电压变得平滑。

常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。

稳压电路的作用是在电网电压波动或负载变化时，保持输出直流电压的稳定。

常用的稳压电路有串联型稳压电路、并联型稳压电路和集成稳压器等。

三、实验内容与步骤1、电路设计在 Multisim 软件中，根据直流稳压电源的原理，选择合适的元器件，设计一个输出电压为＋5V 的直流稳压电源电路。

电路包括电源变压器、桥式整流电路、电容滤波电路和三端稳压器7805 组成的稳压电路。

2、元器件参数选择电源变压器：初级输入交流电压为 220V，次级输出交流电压为 9V。

整流二极管：选用 1N4007 型二极管。

滤波电容：选用电解电容，容量为1000μF，耐压值为 16V。

三端稳压器 7805：输入电压范围为 7 25V，输出电压为 5V，最大输出电流为 15A。

3、电路连接与仿真将设计好的电路元器件按照原理图进行连接。

启动Multisim 软件的仿真功能，观察电路的输出电压波形和数值。

4、电路参数调整与优化改变滤波电容的容量，观察输出电压的纹波变化。

调整负载电阻的大小，观察输出电压的稳定性。

四、实验结果与分析1、输出电压波形仿真结果显示，未经滤波的整流输出电压为单向脉动直流电压，其纹波较大。

基于MATLAB的可调直流稳压电源设计与仿真研究周碧英【摘要】DC power supply is widely used in various electronic devices,and the performance of power directly determines device operating state. For typical Buck chopper voltage adjust problem ,closed-loop PI control is designed to enhance its robustness. DC chopper power system simulation model is established in MATLAB/Simulink platform ,the rationality of design parameters is tested and analyzed by experiment. The system output performance is tested ,the results show that the system can achieve a stable voltage continuously adjusted,with a high output voltage accuracy,high efficiency advantages,providing a reference for small DC power supply designs.%直流稳压电源被广泛应用于各种电子设备中,而电源的性能直接决定了相关设备的运行状态. 针对典型的降压斩波电路的电压调节问题,设计了闭环PI控制,以增强其鲁棒性. 在MATLAB/Simulink中对所提直流斩波电源系统建立了仿真模型,通过仿真实验测试分析了参数设计的合理性. 对系统进行了输出性能实际测试,结果表明该系统能够实现输出电压的稳定连续调节,具有输出电压精度高、效率高的优点,为小型直流稳压电源设计提供了参考.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2015(033)010【总页数】5页(P1762-1766)【关键词】直流;可调;电源;仿真【作者】周碧英【作者单位】渭南师范学院数学与信息科学学院,陕西渭南 714000【正文语种】中文【中图分类】TN102电源是各种电子设备的正常工作基础条件，其质量将直接决定整个电子器件工作的可靠性［1-2］.在目前的电子消费市场中，便携式电子产品的比重较大，此类产品要求电源体积小、重量轻、能够长时间使用.电源技术融合了电子、电气、系统集成和控制理论等多个学科［3-5］，随着电气设备性能的不断提高，对电源也提出了更高的要求.统计表明，在电子设备的各类故障中，由于电源问题造成的占据了相当大的比重.电源可分为交流电源和直流电源，电子设备大多采用独立直流电源［6-7］，如收音机、电视机、计算机等，其正常工作都需要稳定的直流电源支撑.包括通信和计算机领域都广泛应用了集成开关电源，DC/DC斩波电路已被广泛应用在电源电路中.电源的小型化已成为一个必然要求，如何获得高效率是电源技术研究的重要方向.针对某实验室的需求，稳压电源系统设计要求为：输入电压为24 V；输出电压在5～13 V内连续可调；电压调节精度误差小于3%.硬件主电路部分由Buck斩波电路组成，其是DC/DC变换电路的基本拓扑结构，可通过占空比控制来调节输出电压［8-10］. Buck电路主要有两种控制方法：脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM），由于PFM控制的工作频率随占空比不断变动，造成滤波电路设计困难，因此一般采用PWM控制.Buck斩波电路也称为降压变换电路，适用于输出电压小于输入电压的场合，图1为Buck电路原理图结构.图1中，Buck电路由直流电源、全控开关器件T、反向二极管D、LC滤波电路和负载R构成.当T导通时，D承受反向电压而关断，电感L和电容C组成一个低通滤波器，滤波器的功能是使直流分量可以通过，电容充放电的直流分量是引起电容纹波电压的主要因素，当电路处于稳态工作时，因为开关工作频率非常高，同时电容充、放电的时间也都非常短，一般情况下电容上电荷变化量会很小，由此引起的纹波必然很小.当T截止时，由于电感L上的电流连续，导致D导通，积累在电感上的能量释放，负载继续获得电压.为分析方便起见，通常假定开关管为理想器件，开关转换瞬时完成，电感L和电容C足够大，保证电路工作在电流连续工作状态.假占空比为d，那么根据上述两种工作状态，就可以通过状态空间平均法来得到Buck变换器的状态平均方程，其状态平均方程为下式：其中：u0为输出电压；iL为电感电流；L和C分别为滤波电感和滤波电容；R为负载电阻；d为占空比；ui为输入电压.基本状态平均方程组施加扰动后，它的瞬时值为：其中：分别为输入电压、占空比、电感电流和输出电压的扰动量.将瞬时值带入式（1）得：由式（3）可以得到扰动方程（4）：考虑ui一般较为稳定，所以仅分析的情况.由式（4）得：进行拉氏变换后可得开环Buck变换器的传递函数为式（6）：Buck变换器PI控制的设计思想是在开环Buck变换器的基础上，增设PI控制器，形成闭环控制Buck变换器，并以此达到控制输出电压的目的.图2为PI控制框图.其中，给定值为期望的输出电压，设计中取开环Buck电路的设计输入电压24 V，其他参数使用开环Buck电路的参数值，PI控制器的参数需要进行后续计算.在系统中加入PI控制器，可以减小系统的幅频特性，从而达到减小穿越频率的目的［11-14］.滞后网络传递函数中分母的惯性环节用PI控制器来代替，可以有效地提高系统的容错性能，能缓解PI零极点对系统稳定性的影响.设置PI控制器的传递函数为式（7）：其中：P为比例控制系数；I为积分控制系数.根据系统稳定性判定，取开关频率为4.5 kHz，这时系统稳定时的穿越频率取值范围为4～5 kHz，因此对应的PI参数整定为P=0.58，I=100.最终得到闭环系统的传递函数如式（8）：应用MATLAB工具建立Buck变换电路仿真模型，表1为系统主要仿真参数.设定输入电压为24 V，指定输出电压为10 V，对比开环控制和PI闭环控制的输出波形.图3为开环Buck变换器输出电压波形，图4为闭环PI Buck变换器输出电压波形.在图3中可以看出，输出电压在0.01 s时刻开始上升，经过振荡后在0.04 s时刻基本稳定在10 V，此后电压呈现一定的纹波.可以看出图4中输出电压在0.03 s时刻进入稳态，此后超调量很小，对应纹波小，输出特性均优于图3.根据开环Buck变换器传递函数可知，模型的穿越频率为6.36 kHz，设计中选择开关频率为20 kHz，开关频率约为穿越频率范围的4～5倍，显然穿越频率过大，需要通过PI控制来减小穿越频率，达到系统的控制要求.对比图3开环控制和图4闭环PI Buck变换器输出电压波形，可以明显看出，后者的稳定时间较短，输出纹波较小，达到了较好的控制效果.程序设计主要包括了A/D及D/A转换模块、误差处理模块和占空比调节模块等.为了提高精度，针对外接负载变化引起的输出电压偏移现象，通过偏移反馈予以消除.通过改变占空比来调整输出电压，满足误差小于0.03 V的条件，其程序流程如图5所示.通过软件来调节输出电压在很大程度上节约了系统硬件资源，可以达到很高的精度.为了验证设计的效果，对可调直流稳压电源进行负载（R=150 Ω）条件下的输出电压、功率和效率的测试，测试结果如表2所示.从表2中可以看出，可调直流稳压电源的输出电压理论值和实测值吻合较好，具有较高的转换效率，能够满足设计要求，且具有较好的稳压作用.在电压方面存在小幅偏差，是因为电压的变化通过取样电阻的电压获得，而电阻阻值大小会随温度的变化而相应会有所变化.在偏差效率方面，由于模型建立过程中假定采用理想器件忽略了器件损耗，在开关频率较高的时候损耗比较明显，可以进一步采用软开关技术来减少开关器件的开通关断损耗.线路可以使用双线并走，尽量选用高精度的测量电阻，使用尽可能的短导线，使布局更加合理简单.针对学校、科研院所和实验室电子设备的用电需求，设计了一种基于Buck斩波直流可调稳压电源.分析了Buck变换电路的工作原理及电路结构，建立了Buck变换电路的数学模型.为了改善电路的性能，在控制中提出了采用PI控制方法来增强电压调节的精度和稳定性.在Matlab/Simulink平台上建立了Buck变换电路PI控制模型，并对系统进行了仿真和实验测试.测试结果表明，所设计的直流可调稳压电源结构简单且易于实现，具有较高的调节精度和效率，解决了小型电子设备的直流用电需求.【相关文献】［1］周园，谭功全.数字可调式直流稳压电源设计［J］.电子设计工程，2013，21（11）：120-122.［2］周渊深.电力电子与MATLAB仿真［M］.北京：中国电力出版社，2005.［3］谢自美.电子线路设计、实验与测试［M］.武汉：华中科技大学出版社，2008.［4］黄毅良，屈国普，胡创业.数字可调式高压直流稳压电源的设计［J］.南华大学学报，2005，19（9）：63-66.［5］黄兆林，吴文彤，景晓军，等.精密数控直流电源设计［J］.工矿自动化，2011，8（8）：134-136.［6］仇志凌，杨恩星，孔洁，等.基于LCL滤波器的并联有源电力滤波器电流闭环控制方法［J］.中国电机工程学报，2009，29（18）：15-20.［7］李洁，王伟，钟彦儒.电力电子系统的PSIM+Matlab联合仿真方法［J］.电力电子技术，2010，44（5）：86-88.［8］王增福，魏永明.新编线性直流稳压电源［M］.北京：电子工业出版社，2004.［9］阮林波.基于计算机控制的多路直流高压电源设计［J］.高电压技术，2003，29（2）：19-20.［10］唐金元，王翠珍.0～24 V可调直流稳压电源电路的设计方法［J］.现代电子技术，2008，31（4）：12-14.［11］吴茂成，许宜申，顾济华，等.高精度数控可调直流稳压电源设计［J］.微型机与应用，2013，32（14）：28-31.［12］石莹，徐海峰.高精度数控稳压电源的设计方案分析［J］.煤矿机械，2013，34（9）：35-37.［13］郭焱，张加勤.一种高精度数控稳压电源的设计与实现［J］.化工自动化及仪表，2013，40（12）：1532-1536.［14］贺洪江，李宪红，阎舒静.一种高精度数控直流稳压电源的设计［J］.河北建筑科技学院学报：自然科学版，2000，17（1）：36-39.。