LTspice仿真——整流滤波稳压电源的方法和设计
LTspice仿真——整流滤波稳压电源的方法和设计
LTspice是一款免费的强大的电路仿真软件。本文将以设计一款稳压直流电源为例，简单介绍一下电路设计方法。
电路设计
在电源输入上我们直接使用AC电源模拟交流输入。整个电路部分分成三个部分：整流电路、滤波电路、稳压电路。
此部分借鉴学习《吃透一切整流滤波电路》内容。
1.整流电路
方法一：使用单个二极管实现半波整流
电路设计图如上：直接使用二极管，利用二极管的单向导通性实现半波整流。对A、B点电压测量的波形图如下：
方法二：桥式整流电路
利用四个二极管和线路的安排，在正负半周期都有相对应线路，接到所需的直流电路中。
我们可以发现通过整流电路，原本的负向电流被转化为了正向，且输出B点电压也形成了都正向半波波形。
2.滤波电路
方法一：电容滤波
根据滤波原理：需要输出到负载的时间常数大于电源供电周期的大约1.5倍以上，则充放电时间可以覆盖脉冲波动周期。
（图片源于网络）
电容容量计算：
R C = （ 1.5 − 3 ） T （ T = 1 / f , f = H z , T = s , C = F , R = Ω ） RC=（1.5-3）T （T=1/f,f=Hz,T=s,C=F,R=\Omega）RC=（1.5−3）T（T=1/f,f=Hz,T=s,C=F,R=Ω）
在这里我们使用50Hz交流电源，使用带载1K电阻，系数取2.通过计算的C取400uf。效果如下图，可以实现将波动电源滤波成为较稳定的直流电源。
同时发现，通过增加电容大小，可以进一步增加电源信号的稳定性。如下图为滤波电容增加到2000uf得到的效果，并在电容增加的过程中都可以发现电源的稳定性得到有效的提高。
方法二：RC滤波
这里再介绍一个滤波方法也称π型RC滤波电路。其原理为：这种滤波电路由于增加了一个电阻R1，使交流纹波都分担在R1上。R1和C2越大滤波效果越好，但R1过大又会造成压降过大，减小了输出电压。
在电路设计时，一般要注意R1远小于R2，C1大于C2有较好的效果。
3.稳压电路
基本原理：利用稳压二极管的反向击穿特性
方法一：简单稳压二极管和三极管搭配
这个方法输出电压计算简单，但缺陷是由于受到R1和稳压管性能影响，实际带载能力不足。
方法二：在射极输出器前加带负载的放大器
通过运放和三极管联合使用，实现小电流对大电流的带动。
改良：串联型稳压电源
将电压采样点直接接在输出电压上，对电压控制更加直接。
在理论计算上，有如下等式：
U − = R 2 R 2 + R 3 U o U − = U z U-=\frac{R2}{R2+R3}Uo \ U-=UzU−=R2+R3R2 UoU−=Uz
通过反馈回路对Uo进行采样、用运放实现反馈以调整三极管状态以做到稳压、控纹波等功能。
如下为R2改为2K后的输出结果：
电气元件选型
1.三极管
三极管选用TTC0001，其数据手册所示：绝对最大额定值为下表。电路未对此元件相关性能有较严苛的要求，故直接选择。
2.运算放大器
3.稳压二极管
4.整流二极管
最终方案与效果
最后在设计电源时，使用桥式整流电路，使用电容滤波以及有运放参与的稳压电路方案。要求达到5V的稳定输出，且具有至少1K电阻的带载能力。
以下为电路设计：
经过仿真得到最后得到的电压可以稳定在5.087V，得到的波形以及测得读数如图：
从更广的角度观察输入波形、滤波后波形以及输出波形对比来看：
下对本电路的负载特性做测量：