基于Multisim11的电冰箱保护器的设计与仿真

雷艳敏，关秀丽，任丽晔

(长春大学 电子信息工程学院，长春 130022)

基于Multisim11的电冰箱保护器的设计与仿真

雷艳敏，关秀丽，任丽晔

(长春大学 电子信息工程学院，长春 130022)

Multisim11作为流行的电子电路辅助设计和分析软件，拥有强大的虚拟仪器库和软件仿真功能，为电路设计提供了先进的、高效的仿真平台，在电工电子技术的教学和课程设计中得到了广泛的应用。本文以电冰箱保护器为例，介绍其工作原理、硬件电路设计和仿真过程。

Multisim11;电冰箱保护器;电路设计;仿真

0 引言

Multisim软件是由加拿大的Interactive Image Technologies公司推出的图形化电子技术仿真软件，其前身是EWB(Electronic Workbech，电子工作台)，公司先后推出了多种版本，这些版本软件功能和风格相同，但软件的仿真测试和分析功能得到了增强，元件库中仿真元件的数量得到了很大扩充，使仿真设计的结果更精确、更可靠［1］。

Multisim软件具有如下特点:①采用直观的图形界面创建电路，操作方便;②Multisim软件提供的电路元器件库有13000多个元器件，还可以自己定义元器件;③Multisim软件提供了逻辑分析仪、安捷伦仪器、波特图仪、失真分析仪、频率计数器、函数信号发生器、数字万用表、网络分析仪、频谱分析仪、瓦特表和字信号发生器等18种虚拟仪器，这些仪器的功能不仅与实际仪器功能相同，而且控制面板外形和操作方式与实际仪器极为相似;④元器件放置迅速和连线简捷方便;⑤具备模拟、数字及模拟/数字混合电路的仿真;⑥兼容性好，可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件如Protel、SPICE等交换数据;⑦强大的电路分析功能，提供了直流工作点分析、交流分析、失真分析、噪声分析、温度扫描分析、傅里叶分析、传输函数分析、用户自定义分析和最坏情况分析等19种分析方法;⑧强大的作图功能，可以将仿真分析结果进行显示、调节、存储、打印和输出;⑨后处理器，利用该功能，可以对仿真结果和波形进行传统的数学和工程运算;⑩HDL仿真［2］。

针对电工电子技术课程学习中存在课程学习难度大的问题，可以把Multisim软件引入到电工电子技术的课程教学和课程设计中，使学生可以通过对电路的仿真和调试，即可以提高学生的学习兴趣，又可以验证所设计的电路是否达到设计要求和设计指标，从而降低了电路的设计成本和缩短了电路的研发周期。

1 设计内容及要求

(1)设计电冰箱保护器，使其具有过压、欠压功能;

(2)电压在180～250V范围内正常供电，绿灯指示，正常范围可根据需要进行调节;

(3)欠过压保护，当电压低于设定允许最低电压或高于设定允许最高电压时，自动切断电源，且红灯指示。

2 基于Multisim11的电冰箱保护器的设计

根据设计的内容及要求，可知电冰箱保护器主要由电源采样电路、过压欠压比较电路、控制电路和显示电路等几部分电路组成［3］。采用Multisimll进行电路的设计和仿真时，由于设计的电路很大，在一张图上放置所有的元件时，不利于整体电路的调试及错误的排除，所以这里采用模块化的设计方法，充分利用Multisim软件的多层次设计功能，即先设计3页电路进行局部电路的设计和仿真，然后在局部电路中放置多页连接器，从而实现多页电路之间的连接。

2.1 电源电路及采样电路的设计和仿真

电源电路及采样电路的设计和仿真如图1所示，该模块共有两个功能:①产生+6V的稳压电源，其目的是给后面的比较电路和控制电路等供电;②对电网电压进行采样，其目的是将电网电压转换成直流电压Vo1，送入比较电路，当电网的电压超出正常范围时，通过检测和控制电路实现电冰箱的自动断电保护。

稳压电源的构成主要通过变压、整流、滤波和稳压四个步骤［4］。图1中，V1为电网的交流电压，电压值为最大值;T1为变比为10的变压器，其作用是进行降压;D1为二极管，其作用是进行半波整流，将降压后的交流电变成脉动的直流电压;C1为电容器，其作用是进行滤波;Vz为一个稳压值为+6V的稳压管，其作用是进行稳压;R1为限流电阻，其作用是保证稳压管工作电流Iz介于最大允许电流Izmax和最小允许电流Izmin之间。

图1 电源电路及采样电路的设计和仿真

2.2 过压欠压比较电路的设计和仿真

过压欠压比较器电路这个模块主要进行检测电网的电压是否在允许的范围内，所以该电路必须能够检测出设定值以下、设定值以内和设定值以上三种情况，这里采用双限比较器［4］，设计的电路如图2所示。双限比较器是由集成比较器LM339构成的，LM339内部集成了4个独立的电压比较器，由于其采用了集电极开路的输出形式，使用时需要接上拉电阻。这里由U2B构成了同向比较器，由U2A构成了反向比较器。当电网的采样电压Vo1介于VH和VL之间时，Vo2输出一个较低的电压值，否则输出一个较高的电压值。在仿真时，图2中放置了五块电压表，XMM1用来测量Vo2的电压，XMM2用来测量U2A的同向输入端的电压VL，XMM3用来测量U2A的反向输入端的电压，XMM4用来测量U2B的反向输入端的电压VH，XMM5用来测量U2B的同向输入端的电压。

图2 过压欠压比较电路的设计和仿真

调试时，首先将电网的电压调至上限电压值250V(有效值)，对应的最大值为353.5V，则Vo1的电压为34.225V，调整电位器RW2使U2B的同向输入端的电压与VH相同;然后将电网的电压调至下限电压值180V(有效值)，对应的最大值为254.5V，则Vo1的电压为24.456V，调整电位器RW1使U2A的反向输入端的电压与VL相同。仿真时通过改变Vo1的电压值，来看Vo2的变化结果。当电网的电压介于上限电压和下限电压之间时，如为220V，则Vo1的电压值30.062V，Vo2的仿真结果为46.976mV，当电网的电压高于上限电压或低于下限电压时，Vo2的仿真结果为5.755V，仿真的结果与理论的结果相同。

2.3 控制电路和显示电路的设计和仿真

为了控制电冰箱的通断电和显示电冰箱是否正常工作，所设计的电路如图3所示。冰箱的通断电控制由一组常开常闭继电器来完成，电冰箱正常工作时绿色指示灯LED2亮，电冰箱不正常工作时红色指示灯LED1亮。Vo2h为电网在过压或欠压情况下的电压输出值，此时，三极管Q1导通，使常闭触点不动作，红色指示灯亮;Vo2l为电网电压在正常工作情况下的电压值。当电网电压正常时，三极管Q1截止，常开触点闭合，使绿色指示灯亮。

图3 控制电路和显示电路的设计和仿真

3 仿真和调试要点

设计好的电路，在进行仿真和调试时，要注意以下几点:

(1)检查电路连接是否有误;

(2)检查直流电源供电电路是否正常;

(3)调节电位器RW1和RW2，检查过压和欠压比较电路是否工作正常;

(4)分别检查电网电压在设定值以内和以外情况下，继电器是否工作正常，指示灯是否正常显示。

4 结语

本文采用Multisimll进行了电冰箱保护器的设计和仿真，该电路具有电路结构简单，原理清晰，应用性强的特点，仿真结果和理论结果相同，完成了设计任务。另外，本文采用的模块化、层次化的设计方法，使各部分电路功能明确，有利于对整体电路的理解和设计，也有利用团队的合作，设计人员共同完成设计任务。

［1］ 王艳.Multisim在中职电工电子教学中的应用研究［D］.上海:上海师范大学，2011.

［2］ 梁明艳.Multisim仿真软件在中职《电子技术基础》教学中的应用研究［D］.成都:四川师范大学，2007.

［3］ 赵淑范，王宪伟.电子技术实验与课程设计［M］.北京:清华大学出版社，2006.

［4］ 康华光.电子技术基础模拟部分［M］.5版.北京:高等教育出版社，2006.

Design and Simulation of Protectors of Refrigerators Based on Multisim 11

LEI Yan-min，GUAN Xiu-li，REN Li-ye

(College of Electronic Information Engineering，Changchun University，Changchun 130022，China)

As a popular electronic circuit design and analysis software，Multisimll has powerful virtual instrument library and software simulation function，which can offer an advanced and high efficient simulation platform for circuit design，and has been widely applied to the teaching and course design of electrical and electronic technology.Taking the protectors of refrigerators as an example，this paper introduces its working principle，hardware circuit design and simulation process.

Multisim11;refrigerator protector;circuit design;simulation

TP319

A

1009－3907(2012)08－0926－03

2012-06-20

雷艳敏(1976-)，女，黑龙江五常人，讲师，博士，主要从事多机器人系统的协作及其智能控制方面的研究

责任编辑:吴旭云