基于Multisim的升压直流稳压电源的仿真

基于Multisim的升压直流稳压电源的仿真摘要I摘要开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。本次设计选择的是Boost升压直流斩波电路，升压直流斩波电路可以分为两部分电路块。分别为主电路模块，控制电路模块。主电路模块，主要由全控器件的开通与关断的时间（占空比）来改变输出电压U的大小。控制电路模块，可用一个UC3842芯片来触发产生一个PWM的控制脉冲来控制全控开关的开通与关断。为简化Boost变换器的电路设计，应用Multisim对Boost变换器进行建模，并对全部工作过程进行仿真和分析。根据电路测试显示，电路性能能够很好地满足输出电压的设计要求，并达到了最终升压的目的，从而表明仿真结果正确。关键词：开关电源，双闭环控制，电流模式控制PWM反馈，MultisimIIABSTRACTIIIABSTRACTSwitchingpowersupplyistheuseofmodernelectronictechnology,thecontrolswitchturn-onandturn-offtimeratio,maintainingthestabilityoftheoutputvoltageofapowersupply,switchingpowersupplyisusuallyconsistsofpulsewidthmodulation(PWM)controlofICandMOSFET.ThisdesignchoiceisBooststep-upDCchoppercircuit,aboostDCchoppercircuitcanbedividedintotwopartsofthecircuitblock.Themaincircuitmodulerespectively,acontrolcircuitmodule.Themaincircuitmodule,mainlybythecontroldeviceturn-onandturn-offtime(dutycycle)tochangetheoutputvoltageUsize.Thecontrolcircuitmodule,aUC3842chiptotriggeraPWMcontrolpulsetocontroltheswitchturn-onandturn-off.InordertosimplifytheBoostconvertercircuitdesign,applicationofMultisimtoBoostconverterismodeled,andtheentireworkingprocesssimulationandanalysis.Accordingtothecircuittestshowsthat,theperformanceofthecircuitcanwellmeettherequirementsofoutputvoltage,andreachedthefinalboostingisachieved,therebyindicatingthatthesimulationresultiscorrect.Keywords:Switchpowersupply,Doubleloopcontrol,CurrentmodefeedbackcontrolPWM,MultisimIVABSTRACTVVI目录1电源设计的拟定.............................................................11.1前言.................................................................11.1.1课题的来源.....................................................31.1.2课题研究的目的和意义...........................................51.2论文的主要内容.......................................................51.2.1开关电源.......................................................51.2.2课题的基本思路.................................................61.2.3几个假定条件...................................................62DC/DC升压斩波变换器的原理分析及设计.......................................72.1概述.................................................................72.1.1电路结构.......................................................72.2工作模态分析及相关理论推导...........................................82.2.1Boost升压斩波电路有电感电流分析................................82.3控制电路模块........................................................102.3.1电流型PWM控制实现的几种方案..................................102.3.2手段..........................................................122.3.3技术路线......................................................132.3.4可行性论证....................................................132.4电流型PWM升压变换器控制芯片设计....................................132.4.1UC3842AUC3843A中文资料......................................132.4.2本次设计所采用的UC3842芯片的特点.............................142.4.3由UC3842控制的Boost拓扑结构.................................152.5主电路参数计算......................................................162.5.1电感值的确定..................................................162.5.2输出电压取样电阻R2、R3值的确定...............................172.5.3开关管S.......................................................172.5.4输出二极管D和输出电容器C7的确定.............................172.5.5UC3842频率的计算.............................................182.5.6保护电路......................................................183电路仿真与测试............................................................193.1仿真multisim软件介绍...............................................193.1.1Multisim概貌.................................................203.1.2Multisim对元器件的管理.......................................223.1.3输入并编辑电路................................................223.1.4虚拟仪器及其使用..............................................233.2实验仿真和波形分析..................................................243.2.1当没有集成控制芯片UC3842时的主电路仿真.......................243.2.2当有集成控制芯片UC3842时的主电路仿真.........................25总结......................................................................29致谢......................................................................30参考文献....................................................................31目录VII电源设计的拟定11电源设计的拟定1.1前言一般情况下，电源要经过转换才能合乎电子系统使用的需要，如AC／DC转换器。多年来在AC／DC转换器中线性电源被广泛使用，其中的一个原因是由于它的电路简单，用到的元件少，价格便宜。电路通常由变压器、桥堆和电容组成。变压器把220V的交流电压降到合适的电压，经过四个二极管组成的桥堆得到初步的直流电源，再经过电容滤波，就是一个简单的线性电源了。线性电源的主要问题在于：输出精度低、效率低、散热问题大以及很难在一个通用的输入电压范围内工作。但最大的缺陷还是在体积和重量上。前面提到通过调整器可以使输出精度增加，但这更增加功率消耗，并使效率更低线性电源要达到50％的效率就不容易了，而这些消耗掉的无用功还带来散热问题。如果使线性电源在一个通用输入电压范围内(85V～265VAC)工作，会导致线性电源的效率更低。而单一输入电压值的线性电源会给生产厂家带来不少麻烦，因为他们不得不准备很多规格的电源。一般来说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形式转换成另一种电源形式的主电路都叫做开关变换电路。转换时采用自动控制的闭环电路来稳定输出并有各种保护环节的称为开关电源(SwitchPowerSupply)。DC／DC转换器发展至今，已出现了许多类型。从开关种类来分，有硬开关和软开关；从工作方式分，有PWM(脉冲宽度调制)和PFM(脉冲频率调制)两类(现在占主要地位的是PWM型转换器，所以本文也主要讨论此类转换器；从拓扑结构分，有隔离和非隔离两大类，非隔离转换器主要有Buck(降压型)、Boost(升压型)、Buck-Boost、Cuk转换器、罗氏转换器等，而隔离转换器则有正向隔离转换器、逆向隔离转换器、推挽隔离转换器等。开关电源中主要的组成部分有：PWM控制器、功率开关管、变压器和反馈电路。它的输入部分由桥堆和输入电容组成，产生的未经调整的直流电压进入到变压器的原边，然后耦合到变压器的副边，通过在副边的反馈电路，把输出电压(或电流)的变化反馈到PWM控制器上，而PWM控制电路根据反馈回来电压(或电流)值的大小来决定功率MOSFET开、关时间的长短，从而将输出电压(或电流)维持在一个稳定的值上。也就是说，通过快速的开、关功率管，由MO