基于PSPICE的直流稳压电源电路仿真分析资料

1、word文档可自由复制编辑基于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输出电压Vo=612V连续可调纹波电压 =10mV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

2、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

3、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：Tang。 Protel、OrCAD、PSpice Electronics Workbench VeriBest、PAD2000等。直流稳压电源的三种解决方案及方案论证设计的要求是，输出电

4、压：652V连续可特调，输出纹波电压不小于 10mVo要实现这一电 源的指标，可以设想出许多的方案，通过论证选取最佳方案。方案的设想方案一：经分析与查找资料，可采用自激式稳压开关电源。稳压开关电源的电路原理图如 下图所示：L2VOFF =VAMPL = FREQ =反馈控制-调整驱动C3CAPQ11R1001CHOKE HASH-FEFRITED3DbreakR3RESISTOR VARR2 R图1-1方案二：可采用线性直流稳压电源，取样放大运用集成运算放大器，电路原理图如下QbreakNU2A1k1Vac50Vdc4TN33 20 11 2P90DB102C6C4CAPAD8073/SO 6

5、1R7R51kPORTLEFT-L1nCbreak1R4DbreakD6R61kC5CAP图1-2方案三：可采用三极管构成的取样放大的线性直流稳压电源，具电路原理图如下Q6图1-3方案论证从图可以看出，方案一不需要经过变压器降压，其原理是通过把经过整流滤波后的脉动直流通过 开关三极管的导通与截止变成方波脉冲，通过控制方波的脉宽（即 PWM脉宽调制）实现降压与 稳定输出。开关稳压电源的优点是：省去了笨重的变压器，使得其体积的重量大大减小，而且开 关三极管处于导通和截止状态，因此其效率得到了大大的提高，达到 90%以上。但是，制作开关 电源较难，其电路本身较复杂，调试困难，且存在纹波电压较大的缺点

6、（Vdd100mV）,鼓不合本题的设计要求。方案二使用变压器降压，采用运放进行取样放大，制作调试简单，输出电压精度高，纹波电 压小。该电路由于调整管的原因，效率较低（一般只有40%）,电压覆盖范围窄，变压器体积大笨重，且运放需要双电源供电，此项使运放的运用受到了限制。方案三与方案二大部分相同，不同之处是方案三运用了三极管作为取样放大，该电路不足之 处同样是体积大、笨重，效率低，电压覆盖率窄；其输出电压连续可调，输出纹波电压较小，而 满足设计要求，且电路简单，调试容易，方便、简单、快捷。因此，该方案是首选的最佳方案。电路的组成及其工作原理电路的组成电路的审计思路是：220V交流电压经过变压器降压

7、后得到 15V左右、50Hz的交流电压， 经四个整流二极管组成的整流桥进行全波整流后，变成正电压，再经滤波，成为有纹波的脉动直流电压，经调增管调整输出电压（即稳压）,得到稳定的直流电压输出，其流程及电压波形如图1-4所示。图1-4电路的工作原理如图1-3所示，电路由降压、整流、滤波电路，稳压的启动、取样、基准、放大、调整及过 压保护组成。市电电压u1经过工频变压器T1A降压，得到平均值约15V左右的交流电压u2,降压后的电 压经过有四个二极管组成的整流桥进行全波整流后得到正向电压u3,再经2200uF铝电解电容滤波，滤波的作用就是交流变成平滑的脉动直流，其工作原理是当加到电容的电压u3上升时，

8、对电容器充电，一直充到峰值，当u3下降时，电容器对负载放电，当电容器放电电压没下降多少， u3第二个峰值电压又到来了，电容又充电如此反复，从电容器输出的电压变得较平滑了。之后就 是稳压电路，稳压电路中的 R3作为启动的电阻，经滤波电容的电流流过 R3,进入Q8和Q6组 成的复合调整管的基集，使复合管正偏导通，给负载供电。该电源之所以叫直流线性稳压电源就 是因为调整管工作在线性放大区。以下介绍其稳压过程及各元器件的作用。如图1-3所示，电阻R和R8作为取样电阻，电阻R5为稳压管D3提供反向击穿电压，使D3 工作在击穿区，稳定的基准电压在 5.1V,该参数的设定后面要叙述。当负载电压升高时，取样电

9、 阻的电流变大，电阻两端的电压相应升高，取样三极管Q7的基集取到的电压与其发射极电压比较，之后三极管把升高的那一部分电压进行放大，随后Q7集电极流增大把调整管的基集电流分流，调整管基集电流减少，工作点往下移，有三极管输出特性曲线可知Q6的集电极-发射极电压升高，故负载分得的电压降低，因此负载两端电压下降，输出电压恢复平衡。反之，当输出电压 下降时Q7集电极电流减小Q6基集电流增大，UC-E降低，输出电压升高。电解电容 C1的作用 是降低输出的纹波电压，工作原理是把输出的纹波电压耦合至放大管Q7的基集放大波形使调整管调整电压调整电压，从而减小输出的纹波电压。接在调整管基集的0.1uF的电容作为旁

10、路电源输入的高频噪声，是电源输出的电流更稳定。三极管Q5,稳压二极管D2和电阻R1、R2作为电 源输入的过压保护装置，当外电路电压因为某种原因突然升高时，稳压管 D2击穿，三级管导通, 对调整管基集电流进行大量分流，调整管截止，既保护了调整管，也保证了负载不被烧坏。电路元件设定及相关参数计算由设计指标要输出672V的电压可确定变压器副线圈输出有效值 15V、功率为10VA 的变压器。由于经过变压器降压之后，电压峰峰值已大大减小，因此整流桥的整流二极管 可选用1N4002,其反向重复峰值电压为400V对于输入交流峰值电压15V*1.414=21.2V来 说绰绰有余。滤波电容C可选用2200uF,

11、调整管采用大功率三极管接成复合管，可选TIP41, 因为流过调整管的电流较大，会有热两产生，故要加上散热片。另外取样电阻R和R8不能取得太小，太小了会使调整管长期工作在大电流状态，不利 于节能，可令流过取样电阻的电流为2mA则R+R8=12V/2mA=6府于输出电压为6-12V,输出电压由式子 U0=(V2-Vce)* (R+R8 /(Rx+R),显然，当Rx=0时，U0=12V这里为了留有一 定余量，取R=2.7K, R8=3.3K。根据设计规则,放大三极管 Q7的基集电流Ib约为流过取 样电阻电流的十分之一，为 0.2mA,再乘以三极管的放大倍数即为集电极电流，大约 5mA, 设流过R3的

12、电流为10mA则R3=(V2-VD3-Vce7)V/10mA经计算，R3取1K。为了让 Q5导通 时，使调整管基集的电流全部从 Q5流出，取Q5发射极电压为2V,则电阻为2V/10mA=200 Q,基集电阻R2= (Vth+Vce5) /IDmin,这里取10K。维亚管的稳压值取16V,即当外电路电 压的输入超过16V时，稳压管击穿，保护电路启动。PSPICE仿真分析(1)图形界面友好，易学易用，操作简单Pspic以具有好的图形界面，仿真效果好等特点得到了广大电路设计者和工 程技术人员的好评，该仿真软件具有以下特点：(1)图形界面友好，易学易用， 操作简单。有Dosfi本的Pspice到Win

13、dowSK本的Pspice ,使得该软件由原来单一的文 本输入方式而更新升级为输入原理方式，使电路设计更加直观形象。Pspice6.0以上版本全部采用菜单式结构，只要熟悉 Window作系统就很容易学，利用鼠 标和热键一起操作，既提高了工作效率，又缩短了设计周期。(2)实用性强，仿真效果好在Pspice环境中，对元件参数的修改很容易，修改完后马上就可以进行仿真，如用Pspice进行参数修改仿真，则过程相当复杂。(3)功能强大，集成度高Pspice内集成了许多仿真功能，如：直流扫描，交流分析，噪声分析，温度 分析等，用户只需在所要观察的节点放置电压探针， 就可以在仿真结果图中观察 其情况，而且该

14、软件还集成了许多数学运算，不仅为用户提供了加，减，乘，除 等基本的数学运算，还提供了绝对值，对数，指数等基本的函数运算，这些都是 其他软件所无法比拟的。另外，用户还可以对仿真结果窗口进行编辑，如添加窗口，修改坐标，叠加 图形等，还具有保存和打印图形的功能，这些功能都给用户提供了制作所需图形 的一种快健，简便的方法。因此，Window圾本的Pspice更优于Dosfi本的Pspice , 它不但可以输入原理图方式，而且可以输入文本方式，因此它不失为电子工程师 的好帮手。直流稳压电路的仿真分析本题的电路仿真，较简单，主要对电路的降压输入波形，整流波形，滤波后的波形以 及纹波电压，输出波形进行分析，

15、其分析结果如下：1、降压输入波形T20V-10V I 1 1 1 1 IOs5口mma V(V2:+)lOOnis 150ms200ns2som 日SOOina 350msTime2、滤波后波形3、纹波电压 Vl(Clj4、输出波形六、结论用Pspicef仿真软件进行仿真，省去了纷繁复杂的调试工作，也省去了运用昂贵仪器设备测试的工作，使电路设计容易实现最优化，使用该软件能大大提高 设计电路的效率。PSPICE是计算机辅助分析设计中的电路模拟软件。它主要用于所设计的电 路硬件实现之前，先对电路进行模拟分析，就如同对所设计的电路用各种 仪器进行组装、调试和测试一样，这些工作完全由计算机来完成。用户根 据要求来设置不同的参数，计算机就像扫描仪一样，分析电路的频率响应， 像示波器一样，测试电路的瞬态响应，还可以对电路进行交直流分析、噪 声分析、Monte