串联型直流稳压电源的仿真解析

串联型直流稳压电源的仿真解析

摘要：直流稳压电源是一种电气装置，其可为任何负载供给非常稳定的直流电源。多数直流稳压供电电源皆为交流电源，则稳压器直流输出电压不会受到交流供电电源负载电阻或电压变化的影响。近年来，电气设备发展的高稳定性、高精度和高可靠性要求提高直流稳压电源对电气设备的供电性能。本文基于Multisim2001电子电路仿真软件解析串联型直流稳压电源仿真，旨在有效地了解串联型直流稳压电源的工作原理，进而为现代电气设备的发展提供技术支持。 关键字：串联型直流稳压电源 整流电路 仿真解析

一、Multisim2001的功能及特点

Multisim2001电子电路仿真软件的功能及特点具有多元化，本文主要从如下一些方面予以简要阐释：

（一）庞大的元件数据库

Multisim2001具备1.6万种模型或元件，分为虚拟元件和实际元件：虚拟元件支持更改参数、把各类新型元件的Spice库文件录入Multisim2001及用户可自主定义元件库。

（二）完整的数字和模拟混合仿真

Multisim2001允许就数字电路和模拟、模拟电路、数字混合电路予以仿真。 （三）强大的分析功能

Multisim2001具备14种分析工具，以便用户对电路性能的分析和对电路的有效调整。Multisim2001支持就仿真元件予以故障模拟，即主观地设置短路、开路或漏电等故障，并就各故障所产生的电路状态予以观察，进而强化对电路的认识。

（四）VH DL/Verilog设计输入与仿真

Multisim2001附带了VH DL/Verilog设计输入与仿真，进而扩大了可编程逻辑器件仿真及模拟的规模、实现了水电路仿真及大规模可编程器件与普通电路仿真的一体化。

二、基于Multisim2001的串联型直流稳压电源仿真

一般而言，串联型直流稳压电源均包含滤波电路、整流电路、保护电路和串联稳压电路等4部分。本文主要就串联型直流稳压电源的四部分予以简要阐释：

（一）整流电路的仿真解析

由第一章节可知，Multisim2001电子电路仿真软件支持就仿真元件予以故障模拟，即主观地设置短路、开路或漏电等故障，并就各故障所产生的电路状态予以观察，进而强化对电路的认识。Multisim2001的这一特点已被现代教学所认识和运用，且在培养学习者独立自考问题和处理问题的能力方面取得了非常可喜的成果。图一为桥式整流仿真电路：

备注：此整流仿真电路由1个二极管开放故障（U1：28.28V/50Hz/0Deg）、4个整流二

极管（D1/D2/D3/D4：1N4148）组成。

（图一）

基于对虚拟示波器波形的观察和电路工作情况的分析可得，任一整流二极管发生开路，皆可导致该桥式全波整流仅发挥半波整流的功用，此时输出平均电压值为0.45U1；若4个整流二极管均正常工作，电路方可发挥全波整流的功用，此时输出平均电压值为0.9U1。由此可得，理论分析与仿真结果相符。

（二）滤波电路的仿真解析

电容具备存贮电荷的功能，待整流电路与滤波电容接通之后，电压输出表现的极其平滑，而纹波也呈减小趋势。此外，电压输出量的均值呈增大趋势。若电容为恒定值，通过变换负载电阻予以仿真，此时示波器会依次输出滤波器的输出波形。

所以，假定电容放电时间常数为RC，若C为恒定值，放电速度必然随着R

值的增大而降低，此时输出波形急剧平滑，则输出电压值会更大；若R为恒定值，放电速度会随着电容器容量的增大而放缓，此时输出纹波更小，则输出电压的均值更大。一般而言，电容放电时间常数RC满足：RC≥（3-5）T/2(T为交流电源的周期数)。因此，尽管电容滤波的电路结构相当简单及轻载状态下的滤波效果相当显著，但负载变化对输出电压的影响相当大，即负载电流与输出脉动间呈正相关。

（三） 串联稳压电路的仿真解析

研究结果显示，基于整流滤波电路的直流电源的内阻RO和稳定系数Sr皆非常大，其无法满足某些特殊条件的要求，但可通过串联型直流稳压电路把内阻RO和稳定系数Sr提高到要求的高度。

就输出电压稳压的仿真而言，能够引起输出电压变化的因素包括：变化着的负载电阻和波动着的电网电压。一般而言，输出电压稳压的实现条件是负反馈。输出电压稳压的仿真结果表明，输入电压U1随着电网电压的波动而发生变化或负载电阻随着负载的变动而发生变化，但串联稳压可维持电路输出电压始终保持不变，进而完成稳压。

（四）保护电路的仿真解析

串联稳压电路中负载和调整管始终处于串联状态，在输出端短路等过载情况下易因功耗过高而发生损毁现象，则加强对调整管的保护迫在眉睫。一般而言，保护电路分为截流型保护电路和限流型保护电路。本章节基于限流型保护电路解析其仿真。图二为限流型保护电路图：

备注：限流保护管Q（主要就串联型稳压电路过流情况下发挥保护作用；R9(1ohm)32N3391）

属限流电阻。

（图二）

限流型保护电路仿真结果表明，输出电压U0的均值随着负载电阻的减小而减小，但输出电流始终处于稳定状态，进而实现限流。

结束语

电源是电路工作的必要组件，直流稳压电源是保障电子设备持续运行的关键，但其故障率也是最高的。究其原因，直流稳压电源的工作环境一般为大电压或大电流，这是导致电子元器件受损的根本原因，加之由滤波电路和整流电路而来的电压具有不稳定性。研究结果显示，直流稳压电源的不稳定性是导致交流放大器噪声、直流放大器零点漂移和测量仪器不精准的主要原因。所以，提高直流稳压电源的稳定性能对电子线路性能的提高具有现实意义。

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