【導(dǎo)讀】開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，分別為主電路模塊，控制電路模塊。主電路模塊，主要由全控。器件的開(kāi)通與關(guān)斷的時(shí)間（占空比）來(lái)改變輸出電壓U的大小。為簡(jiǎn)化Boost變換器的電路設(shè)計(jì)，應(yīng)用Multisim對(duì)Boost變換器進(jìn)行建模，并對(duì)全部工作過(guò)程進(jìn)行仿真和分析。根據(jù)電路測(cè)試顯示，電路性能能夠很好地。滿(mǎn)足輸出電壓的設(shè)計(jì)要求，并達(dá)到了最終升壓的目的，從而表明仿真結(jié)果正確。

　　

【正文】 sim 11 提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶(hù)可以通過(guò)View 菜單中的選項(xiàng)方便地將頂層的工具欄打開(kāi)或關(guān)閉，再通過(guò)頂層工具欄中的按鈕來(lái)管理和控制下層的工具欄。通過(guò)工具欄，用戶(hù)可以方便直接地使用軟件的各項(xiàng)功能。 頂層的工具欄有： Standard 工具欄、 Design 工具欄、 Zoom 工具欄， Simulation工具欄。 (a)Standard 工具欄包含了常見(jiàn)的文件操作和編輯操作。 (b)Design 工具欄作為設(shè)計(jì)工具欄是 Multisim 的核心工具欄，通過(guò)對(duì)該工作欄按鈕的操作可以完成對(duì)電 路從設(shè)計(jì)到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開(kāi)關(guān)下層的工具欄： Component 中的 Multisim Master 工具欄， Instrument 工具欄。 1)作為元器件（ Component）工具欄中的一項(xiàng)，可以在 Design 工具欄中通過(guò)按鈕來(lái)開(kāi)關(guān) Multisim Master 工具欄。該工具欄有 14 個(gè)按鈕，每個(gè)每一個(gè)按鈕都對(duì)應(yīng)一類(lèi)元器件，其分類(lèi)方式和 Multisim 元器件數(shù)據(jù)庫(kù)中的分類(lèi)相對(duì)應(yīng)，通過(guò)按鈕上圖標(biāo)就可大致清楚該類(lèi)元器件的類(lèi)型。具體的內(nèi)容可以從 Multisim 的在線文檔中獲取。 22 這個(gè)工具欄作為元 器件的頂層工具欄，每一個(gè)按鈕又可以開(kāi)關(guān)下層的工具欄，下層工具欄是對(duì)該類(lèi)元器件更細(xì)致的分類(lèi)工具欄。 2） Instruments 工具欄集中了 Multisim 為用戶(hù)提供的所有虛擬儀器儀表，用戶(hù)可以通過(guò)按鈕選擇自己需要的儀器對(duì)電路進(jìn)行觀測(cè)。 (c)用戶(hù)可以通過(guò) Zoom 工具欄方便地調(diào)整所編輯電路的視圖大小。 (d)Simulation 工具欄可以控制電路仿真的開(kāi)始、結(jié)束和暫停。 Multisim 對(duì)元器件的管理 EDA 軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該 EDA 軟 件的質(zhì)量和易用性。 Multisim 為用戶(hù)提供了豐富的元器件，并以開(kāi)放的形式管理元器件，使得用戶(hù)能夠自己添加所需要的元器件。 Multisim 以庫(kù)的形式管理元器件，通過(guò)菜單 Tools/ Database Management 打開(kāi) Database Management（數(shù)據(jù)庫(kù)管理）窗口，對(duì)元器件庫(kù)進(jìn)行管理。 在 Database Management 窗口中的 Daltabase 列表中有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)： Multisim Master 和 User。其中 Multisim Master 庫(kù)中存放的是軟件為用戶(hù)提供的元器件，User 是為用戶(hù)自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶(hù)對(duì) Multisim Master 數(shù)據(jù)庫(kù)中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中 Multisim Master 時(shí)，窗口中對(duì)庫(kù)的編輯按鈕全部失效而變成灰色。但用戶(hù)可以通過(guò)這個(gè)對(duì)話窗口中的 Button in Toolbar 顯示框，查找?guī)熘胁煌?lèi)別器件在工具欄中的表示方法。 據(jù)此用戶(hù)可以通過(guò)選擇 User 數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而對(duì)自建元器件進(jìn)行編輯管理。 在 Multisim Master 中有實(shí)際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實(shí)際元器件的型號(hào)、參數(shù)值以及封裝都相 對(duì)應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類(lèi)器件，不僅可以使設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際情況有良好的對(duì)應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計(jì)導(dǎo)出到 Ultiboard 中進(jìn)行 PCB 的設(shè)計(jì)。另一種器件的參數(shù)值是該類(lèi)器件的典型值，不與實(shí)際器件對(duì)應(yīng)，用戶(hù)可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類(lèi)器件稱(chēng)為虛擬器件。它們?cè)诠ぞ邫诤蛯?duì)話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類(lèi)實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒(méi)有。 相同類(lèi)型的實(shí)際元器件和虛擬元器件的按鈕并排排列，并非所有的是元器件都設(shè)有虛擬類(lèi) 的器件。 在元器件類(lèi)型列標(biāo)中，虛擬元器件類(lèi)的后綴標(biāo)有 Virtual。 輸入并編輯電路 輸入電路圖是分析和設(shè)計(jì)工作的第一步，用戶(hù)從元器件庫(kù)中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來(lái) ,為分析和仿真做準(zhǔn)備。 （ 1）設(shè)置 Multisim 的通用環(huán)境變量 電路仿真與測(cè)試 23 為了適應(yīng)不同的需求和用戶(hù)習(xí)慣，用戶(hù)可以用菜單 Option/Preferences 打開(kāi)Preferences 對(duì)話窗口。 通過(guò)該窗口的 6 個(gè)標(biāo)簽選項(xiàng)，用戶(hù)可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動(dòng)存儲(chǔ)時(shí)間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)置。 以標(biāo)簽 Wo rkspace 為例，當(dāng)選中該標(biāo)簽時(shí)， Preferences 對(duì)話框如下所示： 在這個(gè)對(duì)話窗口中有 3 個(gè)分項(xiàng)： (a)Show：可以設(shè)置是否顯示網(wǎng)格，頁(yè)邊界以及標(biāo)題框。 (b)Sheet size：設(shè)置電路圖頁(yè)面大小。 (c)Zoom level：設(shè)置縮放比例。 其余的標(biāo)簽選項(xiàng)在此不再詳述。 （ 2）取用元器件 取用元器件的方法有兩種：從工具欄取用或從菜單取用。下面將以 74LS00為例說(shuō)明兩種方法。 (a)從工具欄取用 ： Design 工具欄 amp。reg。Multisim Master 工具欄 amp。reg。TTL 工具欄 amp。reg。74LS 按鈕 從 TTL 工具欄中選擇 74LS 按鈕打開(kāi)這類(lèi)器件的 Component Browser 窗口。其中包含的字段有 Database name（元器件數(shù)據(jù)庫(kù)）， Component Family（ 元器件類(lèi)型列表）， Component Name List（元器件名細(xì)表）， Manufacture Names（生產(chǎn)廠家）， Model LevelID（模型層次）等內(nèi)容。 (b)從菜單取用：通過(guò) Place/ Place Component 命令打開(kāi) Component Browser窗口。該窗口與上圖一樣。 (c)選中相應(yīng)的元器件 在 Component Family Name 中選擇 74LS 系列，在 Component Name List 中選擇 74LS00。單擊 OK 按鈕就可以選中 74LS00，出現(xiàn)如下備選窗口。 7400 是四/二輸入與非門(mén)，在窗口種的 Section A/B/C/D 分別代表其中的一個(gè)與非門(mén)，用鼠標(biāo)選中其中的一個(gè)放置在電路圖編輯窗口中，如左圖所示。器件在電路圖中顯示的圖形符號(hào)，用戶(hù)可以在上面的 Component Browser 中的 Symbol 選項(xiàng)框中預(yù)覽到。當(dāng)器件放置 到電路編輯窗口中后，用戶(hù)就可以進(jìn)行移動(dòng)、復(fù)制、粘貼等編輯工作了，在此不再詳述。 （ 3）將元器件連接成電路 在將電路需要的元器件放置在電路編輯窗口后，用鼠標(biāo)就可以方便地將器件連接起來(lái)。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點(diǎn)并拖動(dòng)鼠標(biāo)至連線的終點(diǎn)。在 Multisim中連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能懸空。 虛擬儀器及其使用 對(duì)電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，通過(guò)對(duì)運(yùn)行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計(jì)是否正確合理， 24 是 EDA 軟件的一項(xiàng)主要功能。為此 ， Multisim 為用戶(hù)提供了類(lèi)型豐富的虛擬儀器，可以從 Design 工具欄 Instruments 項(xiàng) ，或用菜單命令 （ Simulation/ instrument）選用這 11 種儀表。在選用后，各種虛擬儀表都以的方式顯示在面板電路中。 實(shí)驗(yàn)仿真和波形分析 本次仿真利用 Multisim 軟件，輸入電壓為 12 伏，開(kāi)關(guān)管選用 IGBT，電感量選用 327uH， PWM 波的周期選用 200us，電容選用 100000uf，負(fù)載選用 歐，二極管選用一般的 Diode。 當(dāng)沒(méi)有集成控制芯片 UC3842 時(shí)的主電路仿真 利用 Multisim 軟件搭成的電路圖如下所示： 圖 31 主電路 所顯示出來(lái)的負(fù)載端輸出電壓和電流情況如下圖所示： 電路仿真與測(cè)試 25 圖 32 負(fù)載端的輸出電壓波形 圖 33 負(fù)載端流過(guò)的電流值 仿真結(jié)果分析：根據(jù)以上的仿真結(jié)果可以看出，輸出端電壓為穩(wěn)定的，相對(duì)于 12V 的輸入電壓來(lái)說(shuō)，輸出端電壓略微下降的原因是由于有管壓降和一些元器件的損耗。且負(fù)載端流過(guò) 的平均電流，說(shuō)明了所搭建的主電路可以正常工作。 當(dāng)有集成控制芯片 UC3842 時(shí)的主電路仿真 為了使所搭建的電路能起到升壓的目的 ， 就必須用控制電路對(duì) MOS 管不停的進(jìn)行通斷 控制，這樣才能通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的占空比，使升壓電路起到最終升壓的目的。 介于用普通的小 MOS 管搭建起來(lái)的電路比較復(fù)雜且不太理想，這次就用 26 UC3842 集成芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)控制開(kāi)關(guān)管。 首先用 UC3842 芯片搭建出控制電路如下所示： 圖 34 控制電路 其中 UC3842 芯片周?chē)碾娮韬碗娙葜凳歉鶕?jù)電路中的參數(shù)計(jì)算出來(lái)的，它的接法也是參考了一些經(jīng)典電路所得。 下面是主電路和控制電路所在一起的整體接法： 圖 35 主電路和控制電路圖 從上圖中可以看出，圖中有一個(gè)萬(wàn)用表，用來(lái)測(cè)量負(fù)載端所 流過(guò)的電流大電路仿真與測(cè)試 27 小。還有兩個(gè)示波器，其中示波器 XSC1 用于測(cè)量負(fù)載端和電流采樣電阻處的輸出電壓波形，而示波器 XSC2 是用來(lái)獲取 UC3842 芯片的 6 號(hào)引腳輸出端電壓波形。 下面是所仿真出來(lái)的結(jié)果： 圖 36 負(fù)載端流經(jīng)過(guò)的電流值 圖 37 負(fù)載端輸出的電壓波形 從所得仿真結(jié)果可以看出，當(dāng) 12V 直流電源輸入時(shí) ，實(shí)測(cè)的負(fù)載端流過(guò)的額定電流為 左右，實(shí)測(cè)的負(fù)載輸出電壓為 左右且已經(jīng)達(dá)到了連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)，考慮到有管壓降和溫度等方面的誤差，電感和電容也非理想元器件，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上達(dá) 到要求。 28 圖 3— 3 UC3842 芯片所產(chǎn)生的 PWM 脈沖波形 根據(jù) UC3842所產(chǎn)生的 PWM脈沖波形可以看出，一個(gè)大格子占有五個(gè)脈沖，而一個(gè)大格子又代表 1ms，故一個(gè)脈沖的周期為 200181。s,其頻率就為 5KHZ，剛好與理論計(jì)算時(shí)所選擇的開(kāi)關(guān)頻率相同，即可驗(yàn)證了所得波形的正確。 綜上可以看出，本次仿真所搭建的電路完全符合所要求設(shè)計(jì)的電路參數(shù)，只是輸出結(jié)果可能和理論值稍微有所偏差，但不影響輸出電路的總體特性的?？偟膩?lái)說(shuō)，本次仿真實(shí)驗(yàn)基本上都達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的要求。 總結(jié) 29 總 結(jié) 本論文主要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于 UC3842 芯片實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)控制的直流升壓式穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)。從電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以看出，開(kāi)關(guān)電源的控制模塊的選取對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著十分重要的影響。與傳統(tǒng)的利用模擬電路控制相比，使用數(shù)字式集成芯片可以使電路控制更為方便、易于操作，可以從根本上提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，尤其是使控制電路的元器件數(shù)量明顯減少，縮小了控制板體積，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)電力電子技術(shù)這門(mén)課有了更為深入的了解，還熟練掌握了運(yùn)用 multisim 軟件對(duì)一些基本的電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，很好的將理論與實(shí)踐結(jié)合了起來(lái)。尤其是對(duì)升壓變換電路，通過(guò)控制全控型開(kāi)關(guān)如 MOSFET 管的觸發(fā)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)管子的通斷，從而改變輸出電壓的大小，并了解 PWM 控制電路的原理及其常用的集成芯片。 本次設(shè)計(jì)的升壓式開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)基本上已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，但還存在一些不足之處，如輸出結(jié)果可能和理論值有所偏差，但不影響輸出電路的總體特性。相信開(kāi)關(guān)電源在未來(lái)的用處十分之廣，為我們周?chē)纳钐峁┝嗽S多方便。因此，我們將來(lái)應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。 30 致 謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中 對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時(shí)也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予我的幫助。在我畢業(yè)論文寫(xiě)作期間，各位老師給我提供了種種專(zhuān)業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒(méi)有您們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)，向您們表示由衷的感激。 接著，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短 3 個(gè)月里，你們給我提出很多寶貴的意見(jiàn)，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠(chéng)的謝謝你們。同時(shí)，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正式在這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)友愛(ài)，相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的互相幫助和啟發(fā)中 ，才有我今天的小小收獲。 最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)校上給予我無(wú)盡的愛(ài)、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿(mǎn)信息和勇氣，克服成長(zhǎng)路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。 還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵(lì)和幫助的朋友，在此無(wú)法一一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！ 參考文獻(xiàn) 31 參考文獻(xiàn) 【 1】 易衛(wèi)東，張建峽，謝靜．一種新型全橋 DC/DC軟開(kāi)關(guān)電源的仿真研究 [J]．現(xiàn)代機(jī)械，2020， (2)： 23— 26． 【 2】 劉福鑫．高壓直流電源中 DC/DC變換器的研究 [D]．南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文．