稳压电路计算机仿真 - 基于微处理器和PWM的交流可调稳压电源

　　4 单片机PWM调制交流稳压电路计算机仿真

　　4.1控制电路计算机仿真的特点

　　目前流行的电子仿真软件有好几款，其中PROTEUS嵌入式系统仿真与开发平台是一款可以实现数字电路、模拟电路、微控制器系统仿真以及PCB设计等功能的EDA软件。

　　从元件的选取到连线，直至电路的调试、分析和软件的编译，都在计算机中完成，所有的工作先在虚拟环境下进行。可以在原理图设计阶段对所设计的电路进行评估、验证，看是否达到设计要求和技术指标，并可以通过改变元件参数使整个电路性能达到最优化。这就避免了传统电子电路设计中方案更换带来的多次重复购买元器件及制板，在节省设计时间与经费的同时，提高了设计效率和质量。

　　现代化教学越来越多地使用多媒体教学设备和实验室电脑教学，这为开展一定量的计算机仿真实验教学提供了基础。仿真实验中不需要担心元器件的损坏，也不需要设立太多的条条框框，学生可以放心大胆地从多方位对仿真电路进行实验，作更深层次的分析探讨。

　　PROTEUS软件提供了三十多个元器件库，有数千种元器件，涉及电阻、电容、电感、二极管、晶体管、MOS管、变压器、继电器、各种放大器、各种激励源、300多种微处理器、各种门电路和各种终端等。提供的仪表有：交直流电压表、交直流电流表、逻辑分析仪、定时/计数器、信号发生器、多踪示波器等。作为交互式可视化仿真软件，提供数码管、液晶屏、LED、按钮、键盘等外设，同时支持图形化的分析功能，具有直流工作点、瞬态特性、交直流参数扫描、频率特性、傅里叶、失真、噪声分析等多种分析功能，可将仿真曲线绘制到图表中。可见拥有了仿真软件，如同拥有了一个庞大的实验室。

　　4.2 交流稳压电路计算机仿真电路与输出波形

　　图11是电阻性负载的交流稳压电源仿真电路图，图12给出了示波器检测的波形图，图中黄色为单片机脉宽输出波形，蓝色为晶体管脉冲驱动波形，红色为脉冲续流滤波后输出的正弦交流波形，绿色为提供参考的输入交流波形。由输出波形可知除有一定延时外，无任何波形畸变，无谐波污染。仿真实验表明，当交流电源频率提高到100Hz时，输出波形平滑度仍相当好。图12是有续流时的滤波输出电压波形；图13是切断二极管续流支路后的脉冲驱动波形和交流输出电压波形，可以看到明显的输出电压波形畸变和谐波污染现象。由此可知续流滤波对输出电压波形的重要性。

图11 PWM调制交流稳压计算机仿真电路

图12 PWM调制50HZ稳压电源输出波形

　　图13 无续流滤波的交流稳压仿真波形图

　　图14、图15是当电网电压有效值变化时，相对稳定的交流输出电压波形。由输出波形图可知，当输入交流电压在±25％范围变化时，输出交流电压有效值都能保持恒定，且输出波形无畸变。

图14 电网电压升高时的交流稳压输出

 图15 电网电压降低时的交流稳压输出

　　由图15、图16可知当电网频率变化时，输出电压的相移量发生变化，频率越高相移越大，当采用RL负载时输出的相移量增大。如果需要在不同工作频率下保持零相移，可以采用前馈控制方法，在小信号调压控制端采用微机控制的移相补偿来消除滞后的相移量。

图16 电源频率为25Hz时的交流稳压输出

图17电源频率为100Hz时的交流稳压输出

　　5 结束语

　　综合上述对微机控制的PWM调制交流调压实验仿真电路及输出波形的分析可知，这是一款性能优良、结构简单、值得推广的交流可调稳压电源。