Часть1. Новый компонент как часть иерархической схемы
По мере освоения LТspice и усложнения моделируемых схем нередко возникает необходимость представить уже отработанные узлы в виде нового компонента. LTspice дает такую возможность через создание символа компонента и Spice-файла к нему. Однако сам процесс преобразования схемной модели в символ в Help и в его русскоязычных переводах описан весьма скудно и даже малопонятно. Немудрено, что у начинающих возникает вопрос – “куда же лошадь запрягать?” Надеюсь, что это сообщение окажется неплохим дополнением ко второму видеоуроку по LTspice и будет полезным для изучающих этот симулятор самостоятельно.1.1 О модели идеального трансформатора
Итак, давайте посмотрим, как создается новый компонент на примере создания символа идеального трехобмоточного трансформатора. Хочу сразу пояснить, почему для примера выбран именно идеальный трехобмоточный трансформатор. Дело в том, что в штатной папке sym, из которой производится вызов компонентов для включения в моделируемую схему, этот примитив (символ) отсутствует. Help LTspice в случае такой необходимости предлагает воспользоваться моделью линейного (неидеального) трансформатора в виде набора взаимно связанных индуктивностей с коэффициентом связи единица. Справедливости ради надо отметить, что в папке «Educational» из каталога «examples» можно найти файл IdealTransformer.asc, в котором представлена модель двухобмоточного идеального трансформатора с использованием 4-х источников тока, управляемых напряжением, (ИТУН или G в Spice-терминологии). Но модель эта выглядит достаточно громоздкой и, кроме того, не доведена до уровня символа.Перепев этой модели, доведенный до уровня символ, под тем же названием, что и у авторов статьи, но с небольшими непринципиальными изменениями можно найти в громадном архиве LTspiceIV.zip, упоминавшемся в видеоуроке bsvi (файлы XFMR1.asy и XFMR2.asy, SUBCKT к ним в файле Sborka.lib).Именно эту модель возьмем в качестве прототипа для наших дальнейших изысков. Но при этом учтем одно интересное замечание из Help LtspiceIV:
«It is better to use a G source shunted with a resistance to approximate an E source than to use an E source. A voltage controlled current source shunted with a resistance will compute faster and cause fewer convergence problems than a voltage controlled voltage source. Also, the resultant nonzero output impedance is more representative of a practical circuit.»
«Лучше использовать G-источник (ИТУН), шунтированный сопротивлением, чтобы аппроксимировать Е-источник (ИНУН — источник напряжения, управляемый напряжением), чем использовать просто Е-источник. Источник тока, управляемый напряжением, шунтированный сопротивлением, считается быстрее и вызывает меньше проблем со сходимостью, чем источник напряжения, управляемый напряжением. Кроме того, получаемые результаты благодаря ненулевому импедансу в большей степени репрезентативны по отношению к реальным цепям».
Рис.1 Модель идеального трансформатора, предложенная Кристофером Бассо
Мы видим, что входное напряжение первичной обмотки (порты 1 и 2) в качестве управляющего поступает на источник напряжения Е. Его выходное напряжение через источник напряжения с нулевым выходом VM поступает на порты 3, 4 и используется как напряжение вторичной обмотки. Источник VM используется как датчик тока для источника тока F, управляемого током. Напряжение, получаемое на резисторе RP от протекания тока источника F, воспроизводит ЕДС самоиндукции первичной обмотки. Резистор RS создает ненулевое выходное сопротивление цепи вторичной обмотки. Оба этих резистора RP и RS служат для устранения сингулярности матрицы, описывающей схему. Коэффициент трансформации задается параметром Ratio, равным отношению числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Листинг модели (Netlist в терминах LTspice) показан в левой части рисунка. Заметим, что входное напряжение может подаваться на любую пару портов, относящихся к одной обмотке. По этой причине, что считать первичной обмоткой, а что вторичной, не имеет принципиального значения. Важно лишь правильно задавать параметр Ratio. Модели многообмоточных трансформаторов создаются путем параллельного включения первичных обмоток нескольких двухобмоточных трансформаторов. Пример построения трехобмоточного трансформатора показан на следующем рис.2:
Рис. 2 Трехобмоточный идеальный трансформатор по модели К. Бассо
1.2 Варианты реализации символа нового компонента
В LTspice заложена возможность представить в виде символа некий функционально законченный узел в общей схеме сложного радиоэлектронного устройства в трех ипостасях:1) Как низкоуровневую часть иерархической схемы более высокого уровня.
2) Как примитив с наперед заданными и неизменяемыми свойствами.
В этом смысле созданный символ подобен полупроводниковому прибору или микросхеме.
Никаких изменений в таком примитиве (символе) непосредственно из моделируемой схемы более высокого уровня произвести нельзя. Такое представление имеет смысл в случае многократного повторения данного узла в общей схеме и полной уверенности в отсутствии необходимости каких-либо подстроек.
3) Как примитив (символ) с возможным изменением отдельных параметров непосредственно из моделируемой схемы.
Рассмотрим вначале, как создается модель нашего идеального трехобмоточного трансформатора в случае его использования в качестве элемента схемы более высокого уровня, то есть при иерархическом построении моделируемой схемы. Нашу модель мы будем строить из штатных примитивов LTspice.
1.3 Электрическая схема нового компонента
Разработка модели начинается с электрической схемы функционального узла. Для начала определимся с размещением наших наработок в программе LTspice. Создадим в каталоге LTspiceIV новую папку. Назовем ее My Projects. На мониторе компьютера это выглядит примерно так:
В этой папке будем хранить наши рабочие файлы.
Открываем окно New Schematic (новая схема) в LTspice и рисуем схему нашей модели
Рис. 3 Электрическая схема модели идеального трехобмоточного трансформатора
Сохраним ее в папке My Proects под именем Ideal_Trans3.asc.
1.4 Редактирование компонентов электрической схемы
Приведенная схема требует некоторых пояснений и дополнительной работы. Во первых требуется отредактировать атрибуты компонентов. Для этого наводим курсор на компонент, подлежащий редактированию. Далее щелчком правой кнопки мыши открываем диалог «Component Attribute Editor». В нашем случае требуется отредактировать атрибуты компонентов F1, G1, V1, F2, G2, V2. Кроме того должны быть указаны величины сопротивления резисторов R1, R2, R3, что делается с помощью специализированного редактора резисторов. В качестве средства задания значения атрибутов компонентов схемы также используется Spice-директива
Могут быть заданы любые положительные значения Ratio. Индекс 1 относится к верхнему выходу, имеющему порты «c» и «d», индекс 2 — к нижнему с портами «е» и «f».
Во вторых следует учитывать некоторые особенности программы LTspice. Так, для ИТУТ F в атрибуте Value должно присутствовать ключевое слово Gain. При использовании символа двунаправленного порта bi-direct следует помнить, что этот шестиугольный символ имеет только один активный угол, дающий электрическое соединение. Именно к нему должен подводиться проводник от внешнего компонента, используемого, например, при тестировании схемы функционально законченного узла. Аналогичным образом следует поступать с проводниками, идущими из самого функционального узла. Выводы схемы, предполагаемой для преобразования в символ, более различимы, если им присваивать буквенные обозначения. Как выглядят результаты редактирования атрибутов создаваемого символа можно видеть на следующих рисунках:
Рис. 4 Параметры компонентов модели идеального трехобмоточного трансформатора
Обратите внимание, что в значениях атрибута Value источников G1 и G2 фигурирует коэффициент 1е6. Это масштабный множитель, который вводится для учета величины сопротивления шунтирующих резисторов R1 и R2 равного 1 мкОм.
1.5 Тестирование электрической схемы нового компонента
Создав схему будущего символа, протестируем ее. Для этого дорисовываем в поле рабочего чертежа источник тестового сигнала, элементы, имитирующие нагрузку, необходимые связи и запускаем анализ переходных процессов Tran. О правильности созданной модели трехобмоточного трансформатора судим по отображению входных и выходных сигналов в окне анализа переходных процессов. Пример схемы тестирования модели и получаемые результаты теста показаны на следующем рисунке:
Рис. 5 Схема тестирования модели идеального трехобмоточного трансформатора и результаты теста
1.6 Создание библиотечного файла модели нового компонента
Убедившись в работоспособности модели, создаем ее библиотечный файл. Для этого удаляем из файла Ideal_Trans3.asc все дополнительные элементы, введенные для тестирования. Далее командной линией View->SPICE Netlist открываем содержимое списка соединений, т.е. Netlist. Нажатием на правую кнопку и перемещением курсора выделяем весь текст. При повторном нажатии на правую кнопку получаем предложение отредактировать выделение как самостоятельный листинг (Independent Netlist) или сгенерировать расходный листинг (Generate Expended Listing).
Рис. 6 Выделение Netlist для преобразования в файл Ideal_Trans3.cir
Выбираем первое и после нажатия на правую кнопку мыши открывается окно «Save as» с предложением сохранить текстовку как файл с расширением .cir в нашей папке «My projects». Нажимаем «Сохранить» и получаем файл Ideal_Trans3.cir. Однако этот файл еще не пригоден для непосредственного использования и требует дополнительного редактирования. Для этого открываем его в программе LTspice, делаем выделение и копируем в «Блокнот». Удаляем первую строку и вместо нее вставляем:
.subckt Ideal_Trans3 a b c d e f
Удаляем предпоследнюю строку. Последнюю строку записываем так:
.ends Ideal_Trans3
После этого сохраняем файл как библиотечный под именем Ideal_Trans3.lib в папке «My Projects». На этом работа с листингом заканчивается.
1.7 Создание условного графического изображения символа
Далее приступаем к созданию графического изображения символа идеального трехобмоточного трансформатора. Тут возможны два варианта действий:
1) Использовать саму программу LTspice для генерации символа. Работает линия команд
«Hierarhy -> Open this Sheet’s Symbol» (то есть «Иерархия -> Открыть символ этой страницы») и так как символа еще нет, то последует предложение автоматически сгенерировать его. Согласившись, получим весьма неинтересный символ в виде продолговатого прямоугольника с шестью контактами. Его можно немного скорректировать для приведения к более удобному виду.
2) Самостоятельно нарисовать мнемонически более содержательный образ нового компонента, отвечающий привычному его изображению.
Пойдем по второму варианту. Открываем окно создания нового символа с помощью линии команд «File -> New Symbol». Далее используя меню «Draw», рисуем устраивающий нас символ. Ниже показан пример заготовки для создания символа идеального трехобмоточного трансформатора:
Рис. 7 Заготовка символа идеального трехобмоточного трансформатора
На рисунке мы видим некое подобие условного обозначения трансформатора, обрамляющий его прямоугольник, значки выводных контактов, а также множество красных кружочков. Это так называемые анкерные точки для создания дуг окружностей, изображающих обмотки, а также для привязки прямых линий и условных знаков из доступного алфавита. Наиболее трудоемким является рисование дуг. Ниже показан порядок нанесения анкерных точек для дуг, обращенных выпуклостью вверх или вниз,:
Рис. 8 Последовательность установки анкерных точек при рисовании дуг
При нанесении дуг для получения качественного рисунка необходимо следить за координатами анкерных точек, которые отображаются в нижнем левом углу поля чертежа. Все координаты должны иметь значение, кратное 8. Закончив работу по созданию заготовки символа, помещаем его под именем Ideal_Trans3.asy во вновь создаваемую папку «Trans», которая должна быть размещена в каталоге «sym» программы LTspice. Это даст нам возможность вызывать создаваемую модель в разрабатываемую схему через нажатие на кнопку «Component» точно также как и для прочих компонентов.
Ошибка 404. Страница не найдена!
Ошибка 404. Страница не найдена!К сожалению, запрошенная вами страница не найдена на портале. Возможно, вы ошиблись при написании адреса в адресной строке браузера, либо страница была удалена или перемещена в другое место.
Power Electronics • Просмотр темы
AWW писал(а):
Я «собирал» схему на трех трансформаторах, и она нормально моделируется(«звезда-звезда»).
Если Вам нужно просто трансформировать три фазы, то для этого вполне можно использовать три однофазных трансформатора.
Если же требуется моделировать процессы, протекающие в разветвлённом сердечнике, то потребуется специальная модель такого сердечника. Такая же модель требуется для адекватного моделирования поведения трехфазного трансформатора в различных ситуациях.
В предложенной мной модели, сердечник трансформатора моделируется при помощи трёх независимых нелинейных индукторов L1,L2,L3, включенных в треугольник. Почему так сделано и как вообще моделируются сложные разветвлённые сердечники, можете прочитать в моей статье Моделирование сложных электромагнитных компонентов при помощи spice-симулятора LTspice/SwCAD III, опубликованной в журнале Компоненты и Технологии №4 за 2008 год. Там всё подробно описано. В этой же статье рассматривается пример, показывающий возможные ошибки моделирования, возникающие при некорректном моделировании разветвлённого сердечника.
AWW писал(а):
было бы здорово, если бы удалось придумать, как смоделировать трехфазный трансформатор с первичной звездой и n вторичными обмотками на одном магнитопроводе, то есть, с помощью одной директивы для K
К сожалению, одна директива К позволяет моделировать только один линейный трансформатор.
Однако создание модели трехфазного трансформатора в виде единого символа также возможно. Для этого можно использовать иерархическую схему или подсхему. Как это можно сделать, подробно описано в моей статье Пополнение библиотеки схемных элементов симулятора LTspice. Создание модели ШИМ-контроллера TL494, опубликованной в журнале Компоненты и технологии №4 за 2009 год.
_________________
«Древние украли все наши лучшие идеи»- Марк Твен
Использование стандартного символа индуктивности “L” особых вопросов не вызывает. Наведя курсор на символ L и нажав на правую кнопку мыши, можно заполнить довольно большой список параметров модели, который содержит не только величину индуктивности, но также предельное значение амплитуды тока, значения эквивалентных последовательного и параллельного сопротивлений для учета омических потерь и величину паразитной параллельной емкости.Если эти детали не представляют интереса, можно ограничиться заданием значения индуктивности.
Индуктивный элемент также может быть представлен в виде генератора ЭДС самоиндукции с помощью символа функциональный источник напряжения “BV”, формульная строка которого строится по известному выражению U = L</di/dt. Оба этих варианта в виде простейших тестовых схем показаны на рис.1. Здесь же показаны прописи соответствующих строк редактора атрибутов BV. По сравнению со штатным второй вариант незначительно проигрывает ему в скорости счета, но в некоторых случаях его использование может оказаться полезным.
Рис.1
Нелинейные индуктивности, в качестве которых обычной практике используется ферромагнитный сердечник с обмоткой, в Swcad могут быть представлены двумя способами. В первом способе величина индуктивности изменяется в зависимости от величины протекающего через нее тока. Во втором способе используется гистерезисная модель Чана и др. Начнем с первого.
Этот способ основан на представлении процесса перемагничивания с помощью безгистерезисной кривой в виде гиперболического тангенса
B= tanh H
где B – индукция и H– напряженность магнитного поля.
Величина мгновенного значения H пропорциональна мгновенному значению протекающего тока i. Индуктивность L в свою очередь пропорциональна отношению B/H, которое в данном случае играет роль относительной проницаемости μ, модулирующей величину L.
В архиве моделей ltwiki.org/files/LTspiceIV.zip для Swcad можно найти тестовую схему модели нелинейной индуктивности, созданную по этому способу (LTspiceIV\examples\LTspiceWorldTour2009\Passives\Magnetics\Ind\ArbitareInductance).
В этой модели на вход нелинейной индуктивности подается линейно изменяющийся ток, имеющий di/dt=1. При таком возбуждении напряжение на индуктивности численно равно ее величине. Схема модели и результат запуска в режиме переходных процессов показаны на рис.2.
Рис.2
Из рис.2 нетрудно видеть, что при увеличении намагничивающего тока происходит снижение величины индуктивности от 5 мГн (напряжение 5 мВ) до весьма малых значений. Из этого следует, что при намагничивании переменным током в области максимальных значений тока напряжение на индуктивности будет минимальным, а области перехода через нуль – максимальным. Тестирование штатной модели нелинейной индуктивности при запитке от генератора тока подтверждает это соображение, а также показывает, что модель устойчиво работает в паре с генератором тока при любых разумных значениях возбуждающего тока.
Схема тестирования tanh-модели нелинейной индуктивности Swcad на частоте 50 кГц с запиткой от генератора тока показана на рис.3. Здесь же приведены результаты тестирования в виде графиков токов и напряжения на индуктивности для двух случаев:
— амплитуда тока достаточно мала (10 мА), чтобы не выходить за пределы относительно линейного участка,
— амплитуда тока (1 А) заведомо выводит индуктивность в область насыщения.
Рис.3
При запитке от генератора напряжения картина существенно меняется. Здесь уместно отметить, что режим запитки нелинейной индуктивности от генератора тока в практике не так уж часто встречается. Основной вид работы нелинейной индуктивности это параллельное подключение к генератору напряжения. Ярким тому примером является первичная обмотка силовых трансформаторов. Схема тестирования модели приведена на рис.4.
Рис.4
Тестирование модели нелинейной безгистерезисной индуктивности, созданной по первому способу, при возбуждении от генератора напряжения, показывает, что эта модель работоспособна в ограниченном интервале входных напряжений, в котором величина аргумента функции tanh не превышает 0.6 – 0.7. Это соответствует практически линейной модели с очень слабо выраженным эффектом насыщения. При увеличении аргумента tanh выше указанных значений возникают неразрешимые проблемы со сходимостью. Можно предположить, что причиной этого являются некие особенности программной реализации модели, которые не позволяют ей отрабатывать произвольное значение свободной составляющей тока переходного процесса при скачкообразном включении синусоидального напряжения. В результате модель нелинейной индуктивности с использованием проебразующей функции tanh имеет ограниченную область применения, а в ряде случаев может оказаться непригодной.
Обратимся ко второму способу создания модели нелинейной индуктивности, а именно к использованию модели Чана. Эта модель выгодно отличается от других известных моделей намагничивания ферромагнитных сердечников тем, что в ней во-первых непосредственно используются справочные параметры материала сердечника, публикуемые производителями, и конструктивные параметры узла (площадь сечения магнитопровода A, длина пути магнитной линии Lm, число витков N и величина воздушного зазора Lg), а во-вторых математическая подоснова модели содержит только простейшие арифметические операции.
Модель Чана основана на представлении магнитных свойств материала в виде петли гистерезиса предельного цикла намагничивания, который образуется тремя кривыми:
— верхняя ветвь гистерезисного цикла, вычисляемая по формуле
— нижняя ветвь, вычисляемая по формуле
— полусумма верхней и нижней ветвей используется как кривая начального намагничивания.
Здесь
Bs – индукция насыщения, которая определяется в состоянии технического насыщения сердечника при напряженности поля 800…1000 А/м;
H – напряженность поля в А/м, для сердечника без зазора H = i·N/Lm;
Hc – коэрцитивная сила;
Br – остаточная индукция в предельном цикле.
Вид кривой гистерезисного цикла показан на рис.5
Рис.5
Пример тестирования модели Чана на популярном сердечнике Е65 из материала N87 фирмы Epcos при запитке от генератора напряжения приведен на рис.6. Параметры сердечника:
Bs = 0.49, Hc = 21, Bs =0.175, A = 0.00053 м2, Lm =0.147 м, Lg = 0, N = 10. На рис.6 приведены результаты тестирования в двух режимах: при номинальном подводимом напряжении и при сильной перегрузке повышенным напряжением.
Рис.6
Как показывают осциллограммы токов, при номинальном напряжении искажения синусоиды невелики и в основном обусловлены проявлением гистерезиса. При увеличении напряжения в 5 раз наблюдаются сильные искажения формы ранее синусоидального тока из-за насыщения сердечника. При этом амплитуда тока увеличивается более чем 25 раз.
Результаты тестирования модели Чана при запитке нелинейной индуктивности от генератора тока показаны на рис.7. Естественно, что в этом случае искажения должны сказываться на форме напряжения. При возбуждении током близким к номинальному напряжение на индуктивности по форме напоминает синусоиду, но достаточно заметны искажения гистерезисного происхождения. При увеличении тока в 7 раз искажения заметно увеличиваются из-за входа сердечника в насыщение. При этом амплитуда пиков напряжения растет непропорционально быстрее.
Рис.7
Таким образом, из двух способов построения модели нелинейной индуктивности в симуляторе Swcad универсальным может служить построение на основе модели Чана. Модель с нелинейным преобразованием с помощью функции tanh может иметь ограниченное применение преимущественно в схемах, где источник сигнала по своим выходным характеристикам близок к генератору тока. Общим недостатком обоих вариантов моделей является отсутствие возможности учета частотнозависимых потерь. Кроме того, оба варианта неприменимы для моделирования трансформаторной связи на основе представлений о взаимоиндуктивности.
Отметим также, что описанное выше использование модели Чана относится только к магнитопроводам простейшей формы, которые можно свести к одиночному замкнутому контуру с неизменной площадью сечения. Однако в устройствах автоматики и телемеханики находят применение и более сложные магнитопроводы с несколькими параллельными ветвями, имеющими независимые обмотки. В силовых преобразователях высокого уровня мощности встречается так называемое «магнитное ухо». Симулирование работы подобных устройств с помощью модели Чана в принципе возможно, но представляет отдельную задачу, требующую самостоятельного рассмотрения.
Power Electronics • Просмотр темы
valvol писал(а):
Обмотки, скорей всего, проще выполнить медной полосой (раньше Вы писали, что имеете такую возможность) с минимальными межобмоточными зазорами.
Да я имею такую возможность.
valvol писал(а):
При помощи намоточного станка, обмотку мотают на разборную оправку, затем предпринимают меры к взаимной фиксации витков обмотки и только после этого аккуратно снимают обмотку с оправки.
Имею я и такое приспособление(маленький станочек) который изготовил специально для намоток обмоток трансформаторов,как для какркасных так и для безкаркасных, а так-же на нём есть функция и выравнивания бывшего в употреблении намоточного провада,я выравнивал на нём медный провод Б/У 2.3мм в диаметре.Использовал его и для намоток безкаркасных обмоток для *продвинутого*.Прицепил картинки может кому будут полезными,а так как в данном трансформаторе для тиристорника совсем мало витков,то мотаю их просто на руках,осаживая резиновой киянкой.
valvol писал(а):
При изготовлении необходимо обеспечить межвитковую, а также межобмоточную изоляцию (особенно между первичной обмоткой, связанной гальванически с питающей сетью, и остальными обмотками). При установке обмотки на сердечник, необходимо обеспечить её изоляцию от сердечника (феррит не является изолятором).
Имею я для каркаса 2мм перешпан (электротехнический картон) могу из него изготовить каркас,но в последнее время использую метод безкаркасной намотки,в опытах такой метод более удобный,позволяет легко и доступно коректирвать число витков обмотки.
Я изготовил в *bCAD* картинку силового транса все размеры сердечника реальны ширина ленты 18мм сечение 16,2мм(просто для образца) обратите внимание как обмотки расположится на сердечнике,может имеет смысл изготовить их из двух частей?,в моих предедущих опытах я наблюдал когда обмотка перекрывала магнитный зазор трансформатора,то это увеличивало его шум,по этому я даже изготавливал специально обмотки из двух частей(по половинке) раздвинутых по центральному стержню и оставляя открытым магнитный зазор,эфект был очень хорошим! Шум(писк)самого трансформатора значительно уменьшался!?
Эмуляция.
Оглавление: 23/07/20
Резонанс в LTSpice.
Эмуляция резонанса в ltspice.
Опубликовано: 26/07/16
В эмуляторе LTSpice составлена схема, состоящая из параллельного колебательного контура и генератора прямоугольных импульсов на таймере. Ниже приложена копия экрана. После закрытия транзистора в колебательном контуре происходят периодические колебания на частоте резонанса. схемах используются библиотеки LTSpice микросхем серии 74hct
Логично построить следующую схему. Сразу после выключения транзистора измерить длительность половины периода резонансной частоты и затем на это время включить транзистор.
Снимать сигнал можно с трансформатора тока. В LTSpice трансформатор тока (CT Transformer) не найден. Вместо него использовалась индуктивная связь между колебательным контуром L3 и вторичной обмоткой L7. В отличии от трансформатора тока, фаза сигнала на вторичной обмотке сдвинута на 90 градусов. Чтобы нивелировать данные расхождения и отработать практическую реализацию использован корректор фазы на операционном усилителе (U2).
На этапе начала вывода контура в резонанс амплитуда сигнала с реального трансформатора тока менее 50 милливольт. Этого не достаточно чтобы настроить компаратор. Поэтому исходный сигнал с трансформатора тока требуется усилить. Но после того как, контур выведен в резонанс амплитуда сигнала реального трансформатора тока более вольта. Значит коэффициент усиления операционного усилителя должен изменяться нелинейно. С этой целью использован логарифмический усилитель (U6).
D4,C1,R5 формируют сигнал первого запуска (заменить на управляемый генератор). После закрытия транзистора в контуре возникают колебания на частоте резонанса. В эмуляторе сигнал на входе компаратора после усиления и его сдвига по фазе должен отражать по сути (переходы через нуль) изменения тока в индукторе L3.
Элементы D6 и R8 обеспечивают начало заряда конденсатора С2 по переднему фронту сигнала с компаратора U11. Заряд конденсатора прекращается по заднему фронту сигнала c компаратора U11. Одновременно включается транзистор и начинается разряд конденсатора C2 через цепочку R6 D5. Транзистор будет включен в течении времени разряда конденсатора C2, которая определяется цепочкой R6 D5. Выбранный алгоритм определения длительности полупериода не допускает изменения частоты колебательного контура. Буду признателен за схему формирования качественного «клона» исходного прямоугольного импульса.
Цепочки D6-R8 и R6-D5 можно убрать. Необходимого времени включения транзистора можно добиться подбором цепочки R9 и C2. Если транзсистор открыт в течении четверти периода, то ток в контуре по амплитуде без изменений, чем если транзистор открыт половину периода.
Одновибраторы необходимы в реальных схемах чтобы убрать ложные переходы через нуль (дребезг), которые неизбежно сопровождают работу компаратора и других узлов. Импульсы фиксированной длительности одновибраторов перебрасывают Д-триггер из состояния включено в состояние выключено.
Резонанс при переходах энергии через максимум тока, минимум напряжения.
Опубликовано: 31/08/16
Ранее рассматривался подход вывода в резонанс колебательного контура и его поддержание при переходах тока через нуль. В рассматриваемой схеме был убран сдвиг фазы, который использовался для эмуляции трансформатора тока. В результате собрана схема, которая «добавляет энергию» в максимуме тока (зелёный луч), а значит минимальном напряжении.
Нет смысла детально рассматривать работу всей схемы, она избыточна и требует оптимизации. В момент закрытия транзистора, начинается заряд конденсатора C13 током, который ограничивает резистор R20. Одновременно компаратор U16 ждёт «нуль» напряжения. В момент перехода через нуль заряд конденсатора C13 прекращается, включается транзистор и начинается разряд конденсатора. Как только конденсатор будет разряжен, транзистор выключится. Время заряда конденсатора в схеме подобрано таким образом, что равно времени его разряда. Момент разряда конденсатора контроллируется компаратором U38, который через цепочку формирования короткого импульса U21-U22 выключает Д-триггер U17.
Детектор и цифровой синтез резонансной частоты.
Опубликовано: 03/09/16
Интересной представляется практическая реализация схемы определения резонансной частоты и синтез полупериода резонансной частоты цифровым способом.
В работе схема с использованием счётчика импульсов 74F193PC
Идея данной схемы проста. При выключении транзистора колебательный контур выделяет гармонические колебания среды на частоте резонанса. Одновременно с выключением транзистора начинаем увеличивать значение счётчика. Счётчик начинает считать импульсы, поступающие на его вход с генератора U10-U13. Как только исходный сигнал перейдёт через нулевое значение, транзистор включатся и счётчик начинает уменьшать своё значение от своего текущего значения к минимуму (нуль) По достижению нуля, транзистор выключается, счётчик сбрасывается к своему начальному значению (единица) и переходит в режим подсчёта импульсов следующего полупериода. Отвечает за направление счёта D-триггер.
Поскольку используемое число импульсов мало, так как ограничено разрешением счётчиком (не более шестнадцати), резонансная частота «плывёт». Интересно отметить, что если транзистор выключается после четверти полупериода, амплитуда тока растёт, если раньше, амплитуда начинает уменьшаться.
Детектор и цифровой синтез резонансной частоты.
Опубликовано: 17/09/16
Решить проблему разрядности счётчика — максимум 16 импульсов, можно добавив ещё один счётчик 74F193PC. Это позволяет уменьшить длительность импульса генератора и тем самым увеличить точность определения частоты. Данный подход показан в схеме с двумя счётчиками.
Ставить в рассматриваемую схему более трёх счётчиков 74F193PC не имеет смысла. Рассмотрим частоту 30кГц. Половина периода будет равна 16666.665 наносекундам. Возьмём время срабатывания логических микросхем серии SN74F равным 10 наносекундам. Максимально возможное значение счётчика будет 1667. Для 15кГц, значение в два раза выше. Два счётчика дают возможность подсчёта 256 импульсов, три счётчика 4096 импульсов.
Детектор и цифровой синтез резонансной частоты.
Опубликовано: 19/09/16
Дальнейшему улучшению работы схемы послужит использование не одного, а двух, управляемых генераторов. Первый включается и работает на увеличение значения счётчика, второй включается при уменьшении его значения. Увеличивая или уменьшая длительность импульса второго генератора, можно настроить раннее или позднее выключение транзисторного ключа относительно точки перехода через нуль тока или напряжения. Помехи не будут оказывать никакого влияния в сравнении с аналоговым способом определения момента выключения транзистора.
Для обеспечения приемлемой работоспособности схемы в эмуляторе добавлены элементы убирающие ВЧ помехи R12/C8, C4, C6.
Практическая проверка показала непригодность использования логарифмического усилителя AD8307AN на малых амплитудах входного сигнала. В эмуляторе проверена возможность использования одной из схем АРУ (автоматическая регулировка усиления). Если у кого есть схемы корректно работающих усилителей с сигналом от 25мв, до 250мв с минимумом фазовых искажений — буду признателен.
Цифровой синтез резонансной частоты (ФАПЧ).
Опубликовано: 22/09/16
Алгоритм работы схемы следующий. Сигналы генератора — это клетки тетрадного листа. При выключении транзистора (зелёная диаграмма), включается генератор, который подключен к прямому входу счётчика. Счётчик переходят в режим подсчёта «клеток» — количество импульсов первого генератора. По переднему фронту сигнала с датчика тока (жёлтая диаграмма) счёт прекращается — первый генератор выключается, включается генератор, подключенный к реверсивному входу счётчика, так же включается силовой транзистор. Начинается уменьшение значения счётчика. По достижению нуля счётчиком, транзистор выключится и далее по циклу.
Cхема проекта diptrace доступна по данной ссылке. В итоговом проекте исправлены логические ошибки, печатная плата может не соответсвовать приведённым фотографиям схемы разных исполнений.
Использование двух генераторов даёт большую гибкость. Уменьшая и увеличивая частоту генератора, подключенного к реверсивному входу счётчика, регулируется момент выключения транзистора (фазу). Если установить частоту реверсивного генератора в два раза выше прямого — транзистор будет включен в течении четверти периода.
Для индукционного нагрева, если транзистор включен более четверти периода — энергия тратится впустую. Настройку следует начать с установки примерно-одинаковых частот в районе 10мгц для каждого генератора. Генератор включаются при подаче плюса питания на его вход (5/U3.2 и 1/U1.1).
Тяжёлыми режимами являются моменты включения и выключения транзистора, которые порождают высокочастотный «дребезг», который приводит к ложным срабатываниям силовых ключей. Информация об изменении фазы с датчика тока поступает на счётный вход D-триггера. Включение транзистора происходит по первому переходу через нуль, все последующие вч срабатывания игнорируются, поскольку триггер уже изменил своё состояние. Выключение транзистора организованы через подачу сигнала сброса на вход «принудительного» включения триггера, который обладает более высоким приоритетом над счётным входом. Поэтому в течении действия импульса сброса любые изменения состояния на счётном входе будут проигнорированы.
Погрешность работы схемы равна длительности импульса. При частоте 10мГц — это 100ns. Для частот до 100кГц — хороший результат. При переходе на другую элементную базу, можно работать с частотами в 100-150мГц. Погрешность составит до 10ns. Для частот индукционного нагрева до 200кГц — это очень высокая точности. В развитии схемы, можно учесть данную погрешность, равную длительности импульса и получить абсолютно точный результат получения нуля.
Ниже показан результат работы. Жёлтый луч — исходный сигнал с генератора, синий луч — сигнал сформированный схемой в инверсии. Жёлтый луч — меандр с генератора. Его длительность является шаблоном по которому формируется выходной, аналогичный, по длительности сигнал. Очевидно, что при изменении частоты исходного сигнала, симметрично меняется частота результирующего.
Длительность исходного сигнала измеряется числом коротких импульсов, которое он в себя вмещает. По спаду исходного сигнала включается генератор, который начинает подсчёт импульсов. По переднему фронту исходного сигнала счёт прекращается, Д-триггер меняет своё значение, включается второй генератор и начинается их обратный отсчёт. По достижению нуля, Д-триггер меняет своё значение.
Качество сигнала формируемым стандартным генератором на базе SN74F00 оставляет желать лучшего, как и разрешающая способность осциллографа.
Собран стенд для проверки индукционного нагрева. На вход схемы подаётся сигнал с ранее собранного датчика тока. При использовании внешнего генератора и его последующего отключения схема запускается. Частота при поднесении заготовки для нагрева меняется, схема отрабатывает данное изменение частоты.
Подводя промежуточный итог можно сказать, что идея подстройки частоты с использованием принципа подсчёта стробирующих импульсов малой длительности — абсолютно работоспособна.
Синтез резонансной частоты (повторитель импульса).
Опубликовано: 20/10/16
Cхема проекта в diptrace доступна по данной ссылке. Ранее использовался генератор на основе логических элементов. В данной схеме генератор заменён на генератор управляемый напряжением — SN74S124N. то позволило поднять рабочую частоту до 40мГц и более, получить более высокую точность и стабильность в работе схемы.
После того как печатная плата разведена, следует соблюдать слелующий алгоритм сборки и настройки. Работа схемы полностью зависит от функицонирования генератора. На фотографии ниже показано что обязательно первым для проверки следует выбрать генератор ответственный за увеличение значения счётчика. Перемычками на д-триггере на 6 выход подаётся нуль (включение первого) на 11 подаётся +5V (выключение второго). На осциллографе, подбром резистора R2 следует установить рабочую частоту.
Меандр отсутствует? Это вопросы к качеству осциллографа в исполнении китайской народной республики. Если осцилограф не работает с частотами в 40мГц, сигнал следует снимать с одного из выходов счётчика. Это делитель на 2,4,8,16. Так же следует пройти по всем пятым выводам счётчиков и проверить наличие сигнала переполнения.
После этого необходимо включить перемычками и настроить второй генератор, который работает на уменьшение значения счётчика, на ту же частоту что и первый.
После этого следует полностью собрать схему — установить D триггер SN74F74N и ждущие мультвибраторы на логических элементах SN74F00N убедиться в её работе. Очень важной является настройка длительности импульса второго мультивибратора U7.4/U7.3, который пропускает помехи и ложные срабатывания в момент выключения транзистора схемой и показан на фотографии ниже. Задержка (длительность времени переключения) должна составлять до четверти полупериода.
При отсутсутствии внешнего сигнала схема начинает генерировать, короткие, запускающие в работу датчик тока, импульсы. При этом включенный транзистор, независимо от работоспособности трансформатора тока будет выключен и затем сгенерирован импульс запуска. Его длительность задаётся резистором R6. Почему именно такой импульс? Поянть логическую цепочку его формирования и природу проще в эмуляторе.
Ниже показано, что происходит на входе датчика тока при кратковременном открытии и закрытии транзистора — подачи энергии в колебательный контур. Если сравнить осциллограммы эмулятора приведённые в начале раздела и осциллограммы, возбуждения коротким импульсом колебаний в реальном контуре, стоит признать, они совпадают.
При выключении транзистора, счётчик включается в прямом направлении и начинает подсчёт импульсов генератора. Красным кружком обведён момент времени в котором происходит прекращение подсчёта импульсов, транзистор включается, счётчик переходит в реверсивный режим а и начинается его уменьшение. По достижению нуля транзистор выключается.
Ниже показан вход (жёлтый луч) и выход (синий луч) датчика тока. В датчике есть прямой и инверсный выход. Необходимо использовать тот, который в точности повторяет импульсы на входе. Этот выход и следует подключить к входу ФАПЧ.
Собран стенд для проверки резонанса. Проблема схемы — позднее определения смены фазы (переход через нуль) датчиком тока. Изменения точки сёъма тока датчиком тока не влияет на работоспособность схемы.
На кратком видео показано, как схема, работающая в резонансе отрабатывет изменение резонансной частоты при нагреве в будущем и поднесении заготовки в настоящем.
Отработать корректное выключение транзистора не составляет труда. Для этого достаточно увеличить частоту реверсивного генератора при обязательном увеличении времени задержки на мультивибраторе U7.4/U7.3 Но вот момент включения транзистора находится в ведении датчика тока — проблема, которую решить пока не удаётся. Кто поделится наработками, буду признателен.
SMD исполнение ФАПЧ на счётчках импульсов.
Опубликовано: 25/06/18
Начата разработка ФАПЧ на счётчиках импульсов в SMD исполнении. Схема и печатная плата в формате DipTrace доступна по данной ссылке. Управление частотой генератора DS1077Z осуществляется по протоколу I2C с микроконтроллера.
Копилка.
Опубликовано: 13/09/15
Оглавление.
Опубликовано: 23/07/20
Руководство по LTSpice (средний уровень)
Добавлено 11 декабря 2015 в 13:00
Сохранить или поделиться
LTSpice обладает рядом функций, которые могут быть использованы для тестирования ваших проектов, выходящего за рамки простых анализа переходных процессов и частотного анализа. Данная статья описывает несколько продвинутых функций LTSpice.
Изменение параметров: изменяющиеся значения компонентов с директивами SPICE
В первой статье об LTSpice одна из описанных функций показывала, как проходить через диапазон частот с помощью источника переменного напряжения. В некоторых случаях тестирования, однако, вы можете обнаружить, что вам необходима возможность быстро изменять не входной сигнал, а значение какого-либо компонента. Первая часть обзора покажет, как это сделать.
Одной из приятных особенностей LTSpice является то, что в ней содержится приличная библиотека моделей нескольких известных компонентов. Вы можете увидеть это, поместив на схему, например, NPN-транзистор, кликнув по нему правой кнопкой мыши и выбрав «Выбрать новый транзистор» (Pick New Transistor). Вы увидите список доступных для использования моделей. В этом примере мы будем использовать 2N3904:
После того, как вы поместили его на схему, вам необходимо построить схему усилителя с общим эмиттером как на скриншоте ниже:
На этом этапе мы можем запустить моделирование, чтобы увидеть, что схема работает без изменения значений компонентов во время моделирования. Возможно, вы обратили внимание, что мой источник напряжения установлен в режим синусоиды «SINE«. Кликните правой кнопкой мыши на источнике напряжения, нажмите «Дополнительно» (Advanced) и выберите функцию синус (SINE). Появившиеся поля достаточно просты для понимания, сейчас вам необходимо установить только напряжение смещения (DC offset), амплитуду (Amplitude) и частоту (Freq). Смещение 0 В, амплитуда 1 мВ, частота 1 кГц для синусоидального сигнала дадут что-то типа этого:
Возможно, вам покажется полезной возможность растянуть график, кликнув на горизонтальной оси и уменьшив правый предел по оси времени, или можно уменьшить время останова; 100 мс было больше, чем необходимо. Анализ пиковых напряжений с помощью курсоров (возможно, вам понадобится увеличить масштаб) показал, что мы получили усиление примерно -1,8 раз:
Теперь давайте пройдемся по нескольким значениям резистора R1 и увидим, как изменится выходной сигнал. Это делается с помощью функционала директив SPICE. В правой части панели инструментов есть кнопка с надписью «.op«. Нажмите на неё (либо на клавишу S), после чего вы увидите диалоговое окно, как на рисунке ниже. Я уже заполнил его значениями, где R – это компонент, который будет меняться:
Директива .step будет выполнять анализ схемы для каждого значения компонента в списке и покажет нам полученные в результате графики на одном чертеже. Нажмите OK и поместите директиву на схему так же, как команду .tran или .ac. Пока мы не совсем готовы выполнить данное моделирование, так как LTSpice до сих пор не знает, к чему применить директиву .step, и если вы запустите моделирование сейчас, то, возможно, получите такие же результаты, что и раньше. Измените значение R1 с «10k» на «{R}«, чтобы назначить директиву. Вы можете сделать это до трех раз одновременно для одной схемы.
Продолжим. Запустите моделирование. На следующем рисунке изображены входной сигнал зеленым цветом и три значения выходного сигнала синим цветом. Если вы присвоите курсор к выходному сигналу и понажимаете на клавиши вверх/вниз, то сможете передвигаться между графиками и определять значения для каждого из них:
Из этого примера вы можете увидеть, что усиление нашего входного сигнала 10 мВ изменяется в диапазоне от менее чем -1,8 до -6.
Кусочно-линейная аппроксимация, импульсная и другие формы сигнала
Кусочно-линейная аппроксимация – это метод, с помощью которого вы создаете различные формы сигнала из прямых отрезков: вы задаете список напряжений в моменты времени в хронологическом порядке, чтобы создать форму сигнала, которую хотите использовать. Тем не менее, если вы нужен сигнал настоящей прямоугольной формы, лучшим выбором будет форма сигнала PULSE (только не используйте его для снятия частотных характеристик, он больше подходит для снятия временных характеристик). При использовании других форм сигнала, отличающихся от синусоиды SINE и качающейся частоты .ac, например, при использовании PULSE, вы можете столкнуться с проблемами с формой сигнала, если оставите пустыми поля времени фронта и спада (Trise и Tfall), для них подойдут небольшие значения. Ниже я установил директиву в значение PULSE(0 1 1ms 0.001m 0.001m 1ms 2ms) и пропустил сигнал через делитель напряжения:
Ограничения и подводные камни
Как и любое другое программное обеспечение, у LTSpice есть ограничения в возможностях, которые следует иметь в виду при его использовании. Хотя это и не определяющий недостаток при доступности большого количества вариантов SPICE моделирования, вот пара моментов, которые стоит иметь в виду:
- в частности, модели операционных усилителей и транзисторов могут быть слишком чувствительны и работать не совсем так, как ожидалось. Их ограничения меняются в зависимости от конкретной модели и могут варьироваться от различий во входном шуме до проблем сходимости и времени моделирования (на старых машинах). Linear Technology много лет назад выпустила документацию, которая даст вам представление о возможных подводных камнях;
- с некоторыми проектами будет лучше просто отойти от моделирования и собрать реальную схему. Точная настройка моделирования может позволить вам получить лучшее представление для наихудшего сценария, но, конечно, не всегда покажет вам, как всё будет вести себя на самом деле. Преимущество LTSpice в том, как быстро вы можете настроить моделирование и получить обзор общей производительности и других важных деталей. LTSpice поможет вам с помощью некоторых приятных функций (например, добавление таких деталей, как паразитные емкости и сопротивления для отдельных компонентов), но LTSpice не способен моделировать ситуации, которые происходят при моделировании в лабораторных условиях. Я считаю, что, если это возможно, то лучше сравнить результаты моделирования с поведением схемы при использовании настоящих инструментов, потому что на определенном этапе добавление дополнительных компонентов и источников в вашу модель схемы для учета разных факторов будет менее надежным, чем увидеть, как это работает на самом деле. Как всегда, выбор за вами.
Дополнительные источники
Кроме двух статей, есть еще много информации и возможностей, которые предоставляет LTSpice, включая определения подсхем и моделей компонентов, экспорт списков соединений, математические функции и многое другое. Полный раздел документации доступен под пунктом «Help Topics» в меню «Help». Кроме того, есть много интересных недокументированных возможностей, для которых вы можете найти обзоры на LTwiki (целый сайт с множеством информации, если вам недостаточно справки LTSpice).
Оригинал статьи
Теги
CADCAD / САПР (система автоматизированного проектирования)LTspiceМоделированиеСохранить или поделиться
Использование трансформаторов в LTspice / Switcher CAD III
Трансформаторыявляются ключевым компонентом во многих конструкциях импульсных регуляторов, обеспечивая изолирующий барьер в опасных мощных системах, позволяя очень высокие коэффициенты понижения или повышения в высоковольтных конструкциях и (с дополнительной обмоткой) легко приспосабливать несколько или инвертирующих выходов. , Преобразователи обратного хода, прямого хода и SEPIC используют трансформаторы. В этой статье рассказывается, что вам нужно знать, чтобы добавить трансформаторы в симуляции LTspice / SwitcherCAD III.
О LTspice / SwitcherCAD III
LTspice / SwitcherCAD III — это мощный инструмент моделирования SPICE со встроенным схематическим захватом. В отличие от многих других бесплатных симуляторов, LTSpice является инструментом общего назначения и не ограничен. LTspice включает модели для большинства конвертерных DC / DC-преобразователей Linear Technology, а также библиотеку устройств для общего моделирования аналоговых цепей, включая операционные усилители, компараторы, линейные регуляторы и дискретные преобразователи. LTspice / SwitcherCAD III доступен для бесплатной загрузки здесь.
На рисунке 1 показана основная техника. Можно просто нарисовать каждую обмотку трансформатора как индуктор и связать индукторы с директивой SPICE, называемой K-оператором (например, «K1 L1 L2 1»).
Рисунок 1. Чтобы добавить трансформатор к вашей модели LTSpice / SwitcherCAD III, просто нарисуйте два индуктора и добавьте «K» для соединения индукторов.
Чтобы добавить директиву, выберите SPICE Directive в меню «Правка». Это позволяет вам размещать текст в схеме, включенной в список соединений SPICE.Как только индуктор упоминается в выражении K, LTspice использует символ индуктора с видимой фазирующей точкой, чтобы указать фазирование каждой обмотки.
Установка коэффициента оборотов трансформатора — это просто вопрос выбора правильных значений индуктивности. Помните, что индуктивность пропорциональна квадрату отношения витков. В приведенном выше примере соотношение витков 1: 3 дает коэффициент индуктивности 1: 9.
Последняя запись K-оператора — это коэффициент взаимной связи. Это шкала от 0 до 1, где 1 означает идеальную связь между индукторами (т.е.отсутствие индуктивности рассеяния. Индуктивность рассеяния обычно нежелательна в практической схеме. Например, в трансформаторах, предназначенных для накопления энергии, таких как обратный преобразователь, индуктивность рассеяния не позволяет вторичной обмотке удалить всю энергию, накопленную первичной обмоткой. В неэнергетическом накопительном трансформаторе полное сопротивление индуктивности рассеяния может ограничивать то, насколько хорошо вторичная обмотка может экранировать сердечник от первичного тока, устанавливая жесткий предел того, сколько энергии может быть преобразовано через трансформатор.В любом случае, индуктивность рассеяния может вызвать нежелательные всплески напряжения или звуки, которые могут привести к требованию к демпфирующим цепям и связанным с ними потерям энергии. Мы вернемся к индуктивности рассеяния позже, но для начального моделирования проще и часто достаточно игнорировать индуктивность рассеяния, установив коэффициент взаимной связи равным 1.
Если у вас есть трансформатор с более чем одной первичной и одной вторичной обмоткой, вы должны убедиться, что все взаимные индуктивности включены.Рассмотрим трансформатор с четырьмя обмотками; L1, L2, L3 и L4. Распространенной ошибкой является добавление только трех взаимных связей с тремя отдельными К-операторами для такого трансформатора с четырьмя обмотками:
K1 L1 L2 1
K2 L2 L3 1
K3 L3 L4 1
LTspice скажет вам, что этот трансформатор невозможен, поскольку невозможно, чтобы L1 был идеально соединен с L2, а L2 идеально соединен с L3 без некоторой связи между L1 и L3. Да, два индуктора могут не иметь взаимной индуктивности, но иметь некоторую связь с третьей, но существуют ограничения на то, насколько хорошо они могут быть связаны с этой третьей.LTspice анализирует матрицу коэффициентов взаимной связи и определяет, являются ли ваши коэффициенты связи физически реализуемыми.
Трансформатор с четырьмя обмотками обычно имеет шесть ненулевых взаимных индуктивностей:
K1 L1 L2 1
K2 L1 L3 1
K3 L1 L4 1
K4 L2 L3 1
K5 L2 L4 1
K6 L3 L4 1
В общем, число взаимных индуктивностей в трансформаторе с N обмотками составляет N • (N — 1) / 2. Обратите внимание, что число растет как N в квадрате, так же как индуктивность каждой отдельной обмотки пропорциональна квадрату числа витков.
Перестановка всех имен индуктивности вручную для генерации индивидуальных операторов взаимной связи для каждой взаимной индуктивности в лучшем случае утомительна и склонна к ошибкам. Лучшим подходом является использование единственного оператора K, который упоминает все индукторы, которые намотаны на одном и том же ядре, и позволяет LTspice выполнять работу:
K1 L1 L2 L3 L4 1
LTspice понимает, что это означает, что все эти индукторы связаны друг с другом одним и тем же коэффициентом взаимной связи. На рисунке 2 показан этот метод, используемый в трансформаторе с четырьмя обмотками, сконфигурированными в качестве автотрансформатора путем последовательного подключения обмоток.
Рисунок 2. Чтобы добавить трансформатор с более чем двумя обмотками, добавьте оператор «K», который включает в себя все связанные индукторы.
Возможно, вы захотите смоделировать эффекты индуктивности рассеяния, чтобы рассмотреть схемы демпфирования или определить время коммутации резонансно переключаемого преобразователя. Есть два способа добавить индуктивность рассеяния к вашей модели. Вы можете либо поставить дополнительные индукторы последовательно с выводами обмотки индуктивности — очень прямой подход — либо использовать коэффициент взаимной связи менее единицы.Индуктивность рассеяния, L , LEAK , может быть связана с индуктивностью обмотки L и коэффициентом связи, K, уравнением:
Если K близко к 1, оба метода электрически эквивалентны.
Одно предостережение: усилие по моделированию значительно увеличивается при добавлении утечки, потому что, как только вы добавляете индуктивность рассеяния к симуляции, вам также нужно смоделировать емкости, которые могут звонить с ней, и потери, которые ограничивают Q звонка, в Для того, чтобы получить какое-либо согласие между моделируемым и измеренным эффектами.По этой причине я обычно рекомендую начать симуляцию без индуктивности рассеяния, а затем добавить ее позже, если вы считаете, что вам необходимо исследовать неидеальное поведение из-за индуктивности рассеяния в трансформаторе.
Чтобы моделировать трансформатор в ваших симуляциях LTspice / SwitcherCAD III, просто нарисуйте каждую обмотку трансформатора как отдельный индуктор. Затем добавьте директиву SPICE вида K1 L1 L2 L3 … 1. к схеме. Вот и все!
Для примера файла моделирования с использованием связанных индукторов в преобразователе SEPIC, посетите страницу продукта для контроллера LTC1871 и щелкните на вкладке Simulate для готовой к запуску демонстрационной схемы.
,LTspice: простые шаги для симуляции трансформаторов
Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие являются необязательными для функциональных действий. Наш сбор данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность, которые может предоставить наш сайт. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть детали cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.
Принять и продолжить Принять и продолжитьИспользуемые нами файлы cookie можно классифицировать следующим образом:
- Строго необходимые файлы cookie:
- Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.ком или конкретная функциональность предлагается. Они либо служат единственной цели выполнения сетевых передач, либо являются строго необходимыми для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.
- Файлы cookie для аналитики / производительности:
- Эти файлы cookie позволяют нам проводить веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и отслеживание движения посетителей по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу сайта, например, благодаря тому, что пользователи легко находят то, что ищут.Функциональные куки-файлы
- :
- Эти куки-файлы используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и помнить ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши сервисы менее функциональными, но не помешает работе сайта.
- Файлы cookie для таргетинга / профилирования:
- Эти файлы cookie регистрируют ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, посещенные вами страницы и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам для этой цели.
в LTSpice — пошаговое руководство
Я люблю LTSpice за его очень простой интерфейс и очень удобный. Он имеет несколько встроенных моделей, которые можно использовать. Для микросхем имеется множество деталей, которые можно использовать при моделировании, хотя большинство из них производится Linear Technology (создателем LTSpice). Для новичков и новичков в LTspice, я предлагаю вам посетить учебное пособие LTSpice Circuit Simulation Tutorials для начинающих. Несмотря на вышеупомянутые преимущества, есть несколько недостатков, но для меня это на самом деле не недостаток, потому что я уже знаю, как решить эту проблему.Я имею в виду, как сделать модель трансформатора в LTSpice. В отличие от других симуляторов схем, LTSpice не имеет части или модели трансформатора в своей библиотеке. Однако есть специальная команда, чтобы придумать трансформатор.
Пошаговое руководство Как создать модель трансформатора в LTSpice
Трансформатор — это просто связанные индукторы. В идеале, мощность на первичном будет доставлена на вторичную 100%. В реальном случае происходит снижение мощности, подводимой к вторичному устройству, и это потери связи.Эффективность сцепления в LTSpice представлена числом, меньшим единицы на единицу.
Unity означает идеальное соединение, в то время как менее одного — не идеальное соединение.
Ниже представлена модель трансформатора в среде LTSpice. L1 и L2 — первичная и вторичная индуктивности. R2 необходим для запуска симуляции. Это может быть сопротивление первичной обмотки. R1 — это нагрузка, а не часть модели.
1. Коэффициент поворотов
Коэффициент поворота очень важен для трансформатора.Определяет напряжение обмотки трансформатора. В большинстве случаев напряжение первичной обмотки задается, поэтому напряжение вторичной обмотки будет неизвестным.
Например, первичное напряжение составляет 120Vrms, требуемое соотношение витков для получения вторичного напряжения 12V составляет
2. Отношение индуктивности и отношения витков
ТрансформаторLTSpice настроен на первичную и вторичную индуктивности. Соотношение между индуктивностью и отношением витков составляет
Например, напряжение первичной обмотки составляет 120 В (169.71 пика), чтобы достичь пика 53 В на вторичной обмотке, отношение индуктивности должно быть
Для первичной индуктивности 400 ед., Вторичная индуктивность будет
Полученная модель будет
Если запустить симуляцию, сигнал вторичного напряжения будет
3. Заявление о том, что LTSpice понимают, что нам нужен трансформатор
«K1 L1 L2 1» — это команда, необходимая для объявления связанного индуктора в качестве трансформатора.K1 — это просто обозначение того, что вы хотите, чтобы L1 и L2 были индуктивно связаны друг с другом. Постоянная «1» означает идеальное соединение. Может быть меньше единицы для моделирования неидеальной связи.
Для настройки K1 L1 L2 1 следуйте пошаговым инструкциям ниже.
4. Запустите временную команду
Чтобы проверить результат, можно использовать временную команду. Чтобы настроить временную команду, следуйте инструкциям ниже.
Как сделать модель трансформатора в LTSpice с несколькими вторичными обмотками
Следуйте приведенным выше инструкциям о том, как рассчитать индуктивности.Многократный вторичный трансформатор может быть сделан, используя окно директивы специи. Чтобы хорошо продемонстрировать, рассмотрим схему ниже. L1 — первичная индуктивность первичной обмотки, а L2 и L3 — индуктивность вторичной обмотки. Помните о точках во вторичных индукторах; они должны быть в одной ориентации с точкой первичного индуктора, чтобы иметь синфазный выход.
Чтобы объявить L1, L2 и L3 одним трансформатором с двумя вторичными обмотками, следуйте приведенным ниже инструкциям.
Затем настройте переходную команду на шаге 6, чтобы просмотреть результат. Ниже приведены формы волны.
Если вы хотите инвертировать вторичное напряжение, не следуйте точечной ориентации первичного индуктора. Например, в схеме ниже, L2 ориентирован не так, как L1, и имеет вторичное напряжение (Vsec1) вне фазы первичного напряжения Vin.
Если у вас есть другой способ создания модели трансформатора в LTSpice, не стесняйтесь поделиться им здесь через раздел комментариев.
Помогите мне в пропаганде, чтобы помочь людям изучать электронику, отвечать на вопросы, связанные с ней, а также делиться некоторыми советами и советами по дизайну, выбрав страницу Facebook «Верующий в электронику» и пригласив друзей присоединиться к группе «Консультации, учебники, обсуждения в области электроники». , И т.д».
Похожие
,Использование трансформаторов в LTspice / Switcher CAD III
Трансформаторыявляются ключевым компонентом во многих конструкциях импульсных регуляторов, обеспечивая изолирующий барьер в опасных мощных системах, позволяя очень высокие коэффициенты понижения или повышения в высоковольтных конструкциях и (с дополнительной обмоткой) легко приспосабливать несколько или инвертирующих выходов. , Преобразователи обратного хода, прямого хода и SEPIC используют трансформаторы. В этой статье рассказывается, что вам нужно знать, чтобы добавить трансформаторы в симуляции LTspice / SwitcherCAD III.
О LTspice / SwitcherCAD III
LTspice / SwitcherCAD III — это мощный инструмент моделирования SPICE со встроенным схематическим захватом. В отличие от многих других бесплатных симуляторов, LTSpice является инструментом общего назначения и не ограничен. LTspice включает модели для большинства конвертерных DC / DC-преобразователей Linear Technology, а также библиотеку устройств для общего моделирования аналоговых цепей, включая операционные усилители, компараторы, линейные регуляторы и дискретные преобразователи. LTspice / SwitcherCAD III доступен для бесплатной загрузки здесь.
На рисунке 1 показана основная техника. Можно просто нарисовать каждую обмотку трансформатора как индуктор и связать индукторы с директивой SPICE, называемой K-оператором (например, «K1 L1 L2 1»).
Рисунок 1. Чтобы добавить трансформатор к вашей модели LTSpice / SwitcherCAD III, просто нарисуйте два индуктора и добавьте «K» для соединения индукторов.
Чтобы добавить директиву, выберите SPICE Directive в меню «Правка». Это позволяет вам размещать текст в схеме, включенной в список соединений SPICE.Как только индуктор упоминается в выражении K, LTspice использует символ индуктора с видимой фазирующей точкой, чтобы указать фазирование каждой обмотки.
Установка коэффициента оборотов трансформатора — это просто вопрос выбора правильных значений индуктивности. Помните, что индуктивность пропорциональна квадрату отношения витков. В приведенном выше примере соотношение витков 1: 3 дает коэффициент индуктивности 1: 9.
Последняя запись K-оператора — это коэффициент взаимной связи. Это шкала от 0 до 1, где 1 означает идеальную связь между индукторами (т.е.отсутствие индуктивности рассеяния. Индуктивность рассеяния обычно нежелательна в практической схеме. Например, в трансформаторах, предназначенных для накопления энергии, таких как обратный преобразователь, индуктивность рассеяния не позволяет вторичной обмотке удалить всю энергию, накопленную первичной обмоткой. В неэнергетическом накопительном трансформаторе полное сопротивление индуктивности рассеяния может ограничивать то, насколько хорошо вторичная обмотка может экранировать сердечник от первичного тока, устанавливая жесткий предел того, сколько энергии может быть преобразовано через трансформатор.В любом случае, индуктивность рассеяния может вызвать нежелательные всплески напряжения или звуки, которые могут привести к требованию к демпфирующим цепям и связанным с ними потерям энергии. Мы вернемся к индуктивности рассеяния позже, но для начального моделирования проще и часто достаточно игнорировать индуктивность рассеяния, установив коэффициент взаимной связи равным 1.
Если у вас есть трансформатор с более чем одной первичной и одной вторичной обмоткой, вы должны убедиться, что все взаимные индуктивности включены.Рассмотрим трансформатор с четырьмя обмотками; L1, L2, L3 и L4. Распространенной ошибкой является добавление только трех взаимных связей с тремя отдельными К-операторами для такого трансформатора с четырьмя обмотками:
K1 L1 L2 1
K2 L2 L3 1
K3 L3 L4 1
LTspice скажет вам, что этот трансформатор невозможен, поскольку невозможно, чтобы L1 был идеально соединен с L2, а L2 идеально соединен с L3 без некоторой связи между L1 и L3. Да, два индуктора могут не иметь взаимной индуктивности, но иметь некоторую связь с третьей, но существуют ограничения на то, насколько хорошо они могут быть связаны с этой третьей.LTspice анализирует матрицу коэффициентов взаимной связи и определяет, являются ли ваши коэффициенты связи физически реализуемыми.
Трансформатор с четырьмя обмотками обычно имеет шесть ненулевых взаимных индуктивностей:
K1 L1 L2 1
K2 L1 L3 1
K3 L1 L4 1
K4 L2 L3 1
K5 L2 L4 1
K6 L3 L4 1
В общем, число взаимных индуктивностей в трансформаторе с N обмотками составляет N • (N — 1) / 2. Обратите внимание, что число растет как N в квадрате, так же как индуктивность каждой отдельной обмотки пропорциональна квадрату числа витков.
Перестановка всех имен индуктивности вручную для генерации индивидуальных операторов взаимной связи для каждой взаимной индуктивности в лучшем случае утомительна и склонна к ошибкам. Лучшим подходом является использование единственного оператора K, который упоминает все индукторы, которые намотаны на одном и том же ядре, и позволяет LTspice выполнять работу:
K1 L1 L2 L3 L4 1
LTspice понимает, что это означает, что все эти индукторы связаны друг с другом одним и тем же коэффициентом взаимной связи. На рисунке 2 показан этот метод, используемый в трансформаторе с четырьмя обмотками, сконфигурированными в качестве автотрансформатора путем последовательного подключения обмоток.
Рисунок 2. Чтобы добавить трансформатор с более чем двумя обмотками, добавьте оператор «K», который включает в себя все связанные индукторы.
Возможно, вы захотите смоделировать эффекты индуктивности рассеяния, чтобы рассмотреть схемы демпфирования или определить время коммутации резонансно переключаемого преобразователя. Есть два способа добавить индуктивность рассеяния к вашей модели. Вы можете либо поставить дополнительные индукторы последовательно с выводами обмотки индуктивности — очень прямой подход — либо использовать коэффициент взаимной связи менее единицы.Индуктивность рассеяния, L , LEAK , может быть связана с индуктивностью обмотки L и коэффициентом связи, K, уравнением:
Если K близко к 1, оба метода электрически эквивалентны.
Одно предостережение: усилие по моделированию значительно увеличивается при добавлении утечки, потому что, как только вы добавляете индуктивность рассеяния к симуляции, вам также нужно смоделировать емкости, которые могут звонить с ней, и потери, которые ограничивают Q звонка, в Для того, чтобы получить какое-либо согласие между моделируемым и измеренным эффектами.По этой причине я обычно рекомендую начать симуляцию без индуктивности рассеяния, а затем добавить ее позже, если вы считаете, что вам необходимо исследовать неидеальное поведение из-за индуктивности рассеяния в трансформаторе.
Чтобы моделировать трансформатор в ваших симуляциях LTspice / SwitcherCAD III, просто нарисуйте каждую обмотку трансформатора как отдельный индуктор. Затем добавьте директиву SPICE вида K1 L1 L2 L3 … 1. к схеме. Вот и все!
Для примера файла моделирования с использованием связанных индукторов в преобразователе SEPIC, посетите страницу продукта для контроллера LTC1871 и щелкните на вкладке Simulate для готовой к запуску демонстрационной схемы.
,