基于Multisim2001的串联型稳压电源故障仿真

关朴芳

(福建船政交通职业学院机械工程系 福建福州 35007)

0 引言

计算机技术的发展以及对电子系统设计的新的需求，推动电子线路的设计方法和手段取得了长足的进步。电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)工具代表着现代电子系统设计的技术潮流。EDA软件不仅为电子工程师提供了功能强大的设计工具，也为院校的课程教学提供了先进的教学手段和方法。而众多优秀EDA软件中属Multisim2001在电子线路分析与设计仿真方面的应用最为专业。Multisim2001将原理图的创建、电路的测试分析和结果的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中。整个操作界面就像一个实验工作台，有存放仿真元件的元件箱，有存放测试仪表的仪器库，还有进行仿真分析的各种操作命令。测试仪表和某些仿真元件的外形与实物非常接近，操作方法也基本相同，因而用其进行电路仿真可近似于实际电路板的操作。

1 仿真电路介绍

串联型稳压电路的仿真电路［1］如图1所示。该电路主要由整流、滤波和稳压三个环节构成。电路的输入信号为12 V低压交流电，实际操作时可通过电源变压器进行转换得到，在仿真电路中该输入信号由虚拟仪器—函数信号发生器产生。

图1 串联型稳压电源仿真电路

其中，整流环节包含的元件为D1-D4，滤波环节包含的元件为C5。这两个环节主要是将变压后的低压交流电转换为电路所需的平滑直流电。稳压环节由取样电路、基准电路、比较放大电路和调整电路四部分组成［2］。①取样电路:由R5、R6和RP组成的分压电路构成。从输出电压中按一定比例取出部分电压，即取样电压UF，送到比较放大电路中，通过调节取样电路中调节电位器就可调节输出电压的大小;②基准电路:由V8和R4构成。以稳压管的稳压电压作为基准电压，作为调整比较的标准;③比较放大电路:由R1、R2、C6、C7和V7构成。将取样电压与基准电压进行比较，比较后的误差电压经放大后去控制调整电路;④调整电路:由V5和V6构成。调整管与负载RL串联，故称此种电源为串联型稳压电源，调整管相当可变电阻，在比较放大电路输出信号的控制下，自动调整基集射三极间的电压降，来抵消输出电压的波动。

2 故障仿真分析

2.1 仿真与实测正常电路对比

测量图1中所示的A、B、C、D、E和F六个关键点在正常电路中的数据，仿真数据和实测数据对比记录于表1。

表1 正常电路关键点数据记录表

通过表1中的仿真数据和实测数据对比可知:①仿真数据要比实测数据偏大;②F点电压的变化趋势与B、C、D三个点电压变化趋势相反;③仿真数据与实测数据在电压调节范围上体现的变化趋势一致。以上这三个方面的特点说明了该电路仿真方法是可以辅助实际电路研究的，且进行电路测量时方便、快捷。除此之外，这组正常电路关键点数据还将为故障电路的测量提供参照，为总结故障诊断方法提供依据。

2.2 电路故障仿真

针对该串联型稳压电路的研究，主要目的是找出行之有效的故障诊断方法。也就是说，当电路出现某种现象的时候，要能用较为快捷、准确的方法判定具体什么元件出现什么问题。如果用实际的电路板去完成上述任务，需要人为设置故障。①故障元件需要制作;②要制作若干能正常工作的电路板以备改装成故障板;③要反复拆装元件达到测量目的。可见，如果通过实际电路板完成该电路故障诊断方法的总结任务，需要花费大量的时间，而且还会受到实际状况的干扰而影响测量的准确性，比如:焊接时意外造成元件的热损坏、虚焊、环境条件等。可见，工作任务的繁重。

而这些问题在仿真电路中并不存在，可以很轻松地设计电路故障，比如:通过删除元件一侧的引线来实现电容内部断路，二、三极管的截止，电阻参数选择过大或元件虚焊实际故障;也可以通过在元件两端短接一根导线实现电容的击穿，二、三极管的击穿，电阻参数选择过低的实际故障。可见，电路仿真在研究电路的过程中起到很重要的作用。下面给出一组仿真和实际故障电路的测量数据，详见表2。这些数据进一步证明了仿真电路在故障诊断过程中的指导作用，同时可以通过这些数据总结出故障诊断的方法。

表2 电路故障仿真数据

以上数据仅仅摘录部分进行说明。由于涉及的故障原因很多，即涉及的元件个数和元件可能出现的故障状况很多，这里就不一一列举。对于电解电容元件应该考虑内部击穿和断路这两个方面，电阻元件则要考虑参数选择过大和过小造成的影响，三极管元件则要考虑元件击穿、损坏以及其他元件造成三极管自身截止的方面。

3 故障仿真结果

通过仿真测量数据，可以把引起相同现象的原因汇总在一起，最终总结出一个故障树，以便将来进行实际电路检测之用。其中，“相同现象”指输出电压UO偏大(偏小、调节不明显)，“原因”指所关联各个元件的情况［3］。下面给出通过仿真实验总结出的“输出电压UO偏大”这种故障现象的故障树，如图2所示。

图2 输出电压UO偏大的故障树

除了输出电压偏大这种现象外，通过完整的测量数据观察还可发现输出电压偏小和输出电压调节范围不明显两种故障现象。可采用同样的办法总结出故障诊断的方法，最终形成类似图1的故障树。

4 结束语

在串联型稳压电路的分析研究过程中，故障诊断方法的得出需要不断从因到果、从果到因反反复复地进行分析和总结，并且不断需要在实践过程中加以修正和完善。实践证明上述故障仿真结果是正确、有效的，可用于指导该电路的故障排除。通过这个电路仿真案例，得知采用Multisim2001进行电路仿真对实际工作很有帮助。

［1］蒋卓勤，邓玉元.Multisim2001及其在电子设计中的应用［M］.西安:电子科技大学出版社，2003:122-140.

［2］徐丽香.模拟电子技术［M］.北京:电子工业出版社，2012:140-143.

［3］高建新，雷少刚.电子技术实验与实训［M］.北京:机械工业出版社，2006:181-185.