Программа схемотехнич моделир Micro-Cap 8 М.А.Амелина 2007-600RM (967609), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Изменением сопротивления гк1 установим коллекторное напряжение, равное 4 В, и повторим анализ переходных процессов. Синусоида стала почти симметричной, но все равно есть искажения из-за слишком большого размаха. Необходимо уменьшить коэффициент усиления каскада. Для этого снова переходим в режим Оупат/с ОС, уменьшаем сопротивление й4, а затем изменением гк1 вновь устанавли- 24 программа елел~отелннчееного л~оделнрованая мгегосар-8 ваем напряжение на коллекторе транзистора в режиме покоя. После этого усилительный каскад работает в нормальном режиме (рис.
2.8). Ф е):лам тра' в!«:,>'.аг~й еле!!лг, Фий!81Фэ! !вг .лэ! м8+Ф ка«лгать ФФ м6~!в! Г) л !«КЕ«!':яг -,,:,,„..., л:.з, „;: гл««,, «.«. «яог',«,'.; « Рис. 2.8. Диаграммы в номинальном режиме и отладка каскада в Оупав!с ОС Теперь можно посмотреть частотную характеристику полученного каскада. Дпя этого необходимо выполнить АС-анализ !рис, 2.9). «т8РФыУГт) Рл алб!Ёме!спшМ!а!Йи!Ё«!е!Ё.а-~~~!а « .
л)г а Ф,ге!ккелл!«!%!Р!" Фь!лк мв в«,:,:::":,"':." л"., Рис. 2.9. Частотный анализ .к'. Краткии оэнакамителнныгг экскурс 25 В этом примере частота меняется от 50 Гц до 1 ГГц в логарифмическом масштабе. На первом графике по оси Х вЂ” коэффициент усиления в децибелах [задается — оЬ (ч(6)/ч(5))) в диапазоне от 0 до 40 дБ с шагом сетки 10. На втором графике — фазочастотная характеристика в диапазоне от 0 до — 360 град. с шагом сетки 90. Примеры, рассмотренные далее в этой главе, можно взять из каталога Оето (Воох-с)г.гаг).
Анализ процессов в двухтактном преобразователе напряжения ее . -,-, г:ьм" )ВВвйй се г Рис. 2.10. Попумостовой преобразователь напряжения и параметры ключей Рассматриваемая схема представляет собой упрощенный вариант силовой части источника питания компьютера. Она построена на базе полумостовой (НаЫВп69е) схемы. Вместо выпрямителя и входных последовательно со- Импульсные преобразователи и стабилизаторы напряжения — достаточно сложный для моделирования класс электронных устройств.
Это связано с тем, что помимо коммутационных процессов в полупроводниковых приборах с малыми постоянными времени, там присутствуют колебательные и апериодические процессы в силовом контуре, с постоянными времени на несколько порядков больше. Плюс цепи обратной связи и коррекции, которые необходимо проектировать исходя из законов теории автоматического управления. В состав стабилизаторов напряжения могут входить не только аналоговые, но и цифровые узлы. В этом случае необходимо применять смешанное моделирование. Пока мы рассмотрим упрощенный вариант — без обратной связи и без ШИМ-модулятора. В качестве задающего генератора используется два импульсных генератора, а в качестве коммутирующих элементов — упрощенные ключи, управляемые напряжением. Моделирование этого устройства позволяет продемонстрировать пример задания параметров генераторов импульсов, ключей и трансформаторов (магнитосвязанных индуктивностей), а также некоторые приемы моделирования преобразовательных устройств.
Схема моделирования и формат задания параметров ключа, управляемого напряжением, представлены на рис. 2.10. Аналоговые ключи находятся в разделе Сотропеп1в главного меню (рис. 2.11). Программа схемоталначесного моделирование Мвсгой'ар-В единенных конденсаторов используется два последовательно соединенных источника напряжения по 150 В каждый. Это упрощение не сказывается существенным образом на работе силовой части преобразователя.
При необходимости этот узел можно добавить в схему моделирования позже. Выходное напряжение преобразователя — 12 В при токе 12 А (моделируется только один из каналов реального источника питания). кммпвхке и .'.""- Ъ МпеаьОп ' ' . '. ' ' ° : впвнп Екпнп нооп;,." . лпаспеопйнвч оепее1пк". гайка в впкп~» ,вк(а' гвен паоэ,' и впьоа пк Рнс. 2.11.
Выбор компонента «ключ» через меню программы Задающие генераторы формируют управляющее напряжение, поочередно открывающее силовые ключи на заданный интервал времени. Формат задания параметров импульсных генераторов представлен на рис. 2.12. На этом же рисунке представлены результаты выполнения команды Р!оГ из меню окна параметров.
Эта команда вызывает дополнительное окно, в котором графически отображается форма задаваемого импульса. Генераторы формируют импульсы амплитудой 3 В, длительностью 5 мкс с периодом следования 14 мкс, сдвинутые друг относительно друга на половину периода. Длительность фронтов импульсов — 0,1 мкс. Трансформатор моделируется тремя связанными между собой индуктивностями.
Эти индуктивности сначала добавляются в схему как независимые катушки с соответствующими индуктивностями. А потом вводится сердечник (К в списке Раэзлге Сотропел1з), обозначенный на схеме К1. В параметрах сердечника указывается, какие индуктивности он связывает (перечисляются через пробел (.1 ~1 (.2), и задается коэффициент связи (в примере — 0,99), определяющий индуктивность рассеяния обмоток трансформатора.
В данной схеме используется линейный сердечник (рис. 2.13). Это опять-таки упрощающее допущение, не оказывающее существенного влияния на работу схемы, но существенно облегчающее расчеты. Для задания нелинейного сердечника достаточно выбрать его модель в списке, приведенном в окне параметров. А петлю гистерезиса выбранного материала можно посмотреть .2 Кратки!! аэнакал1ительнь711 экскурс 27 с помощью команды Р!о1 в этом же окне.
Стоит только обратить внимание, что по умолчанию в М7сгоСар индукция измеряется в гауссах, а напряженность магнитного поля — в эрстедах. Кроме того, после задания модели нелинейного сердечника величины индуктивностей интерпретируются программой как количество витков. Рис. 2.12. Задание параметров импульсного генератора отое Г РвивквэГ РАНР в Г Рьнв ьв1 Р авва Р Рввв Р 0» Иьь ОМ Он игнен!с 100. 100 Л07РА1О 9 110!РА10 7 1107РА10 9 1107РА16 7 ) ок Д ~в~ .яа 1. ~ Ав ~ оиав.~ Ниа,. ~а ..;,7 нвэ ~ Виь .
~ ~ ~ Ввваа,.~ нвоов~ 07ввь.~: Рис. 2.13. Задание параметров линейного магнитного сердечника 28 доогроммо схемомсхнического модслирооанио Ч~ссоГор-В При моделировании преобразовательных устройств типовая задача анализа — выход на режим при включении. Рассмотрим напряжение на нагрузке Ч(13), ток дросселя выходного фильтра !((.4) и ток первичной обмотки трансформатора !((.1). На верхней диаграмме (рис. 2.14) — типичный колебательный процесс для выходного напряжения при наличии (.С-фильтра. Токи имеют такую же огибающую. г ' ш ИФИ8Г НйййоГ~ ИИИИГГ ИМИсзГГ ИВИИГГ— Р Гс =. а с„ и оч о с Рис. 2.14. Выход на режим при включении преобразователя При моделировании преобразовательных устройств интерес представляют токи и напряжения ключевых компонентов в установившемся режиме.
Мр сгоСар предоставляет такую возможность, поскольку есть возможность запомнить результаты моделирования в конечной точке и использовать их в качестве начальных условий для продолжения моделирования, То есть можно рассчитать поведение преобразователя в течение, к примеру, 500 периодов тактовой частоты (за зто время медленные колебательные процессы в силовой части завершатся), а потом посмотреть в крупном масштабе еще 2 — 3 периода работы для анализа поведения ключей. Сохранить результаты моделирования переходных процессов можно через меню командой тгалзГел(> >Ягаге (гапаЫез Еойгог УУгйе. При атом будет создан файл с результатами анализа.
Для того чтобы использовать зти результаты в качестве начальных условий, необходимо в окне задания параметров моделирования Ыгпйз задать в поле Зта(е )гапаЫез (начальные условия) не 2его (нулевые, установлены по умолчанию), а аеас( (взятые из файла). На рис. 2.15 приведено несколько графиков, построенных при ненулевых начальных условиях. 2 Кронгкззй о»но«наготе»ьныи экскурс аа ага аа к аа 'а на е а Оа аз 'т Кз а ззз аа «а газ аз г гака .
г наг газеуэй~ ааа м 1 м~ н )ааааг~1~~ га ьеы а. 3 Гг са а н ьаз .ы а Гг, гное*в 'а ага аа'з" г \ вавмИ» зг * оз ы Рис. 2.15. Диаграммы процессов на диоде 01 На первом графике — ток и напряжение через диод 01. Следует обратить внимание, что масштаб по оси У свой у каждого графика. Более подробно об этой возможности смотрите в соответствующем разделе книги. Знак «минус» при задании вывода напряжения на диоде ( — Ч(01)) «переворачивает» его в один квадрант с током, что удобно для анализа коммутационных процессов. На втором графике — импульсная мощность на диоде (произведение мгновенного значения тока на мгновенное значение напряжения). Чаще всего применяется при анализе коммутационных потерь.
Также может служить для проверки надежности устройства (всегда ли полупроводниковый прибор находится в области безопасной работы или нет). На третьем графике — проинтегрированное значение произведения тока на напряжение, отнесенное к периоду коммутации. Значение этой кривой в конце первого периода коммутации (14 мкс) соответствует мощности потерь в диоде (8,92 Вт). Более точно потери можно посчитать, взяв значение за несколько периодов и разделив на число периодов. Усредненная мощность потерь позволяет рассчитывать нагрев прибора, а также КПД устройства (если просуммировать потери во всех компонентах схемы). Кроме того, на рис. 2.15 представлены дополнительные возможности обработки результатов расчетов, предоставляемые М!сгоСар-8.
На полученных графиках можно разместить текстовые надписи, посмотреть значения в заданной точке или между двумя точками по любой из осей. Эти возможности вызываются пиктограммами, расположенными в левой части Программа схемотехнического моделирования Г»!ГсеоСар-В верхней панели (на рисунке эти пиктограммы размещены рядом с выполняемыми ими функциями). Моделирование импульсного стабилизатора напряжения на основе обратноходового преобразователя При анализе электронных схем М!сгоСар-8 позволяет использовать функциональные блоки — подсхемы или макромодели.
Они мо!уг быть выполнены как в виде специально подготовленных схемных файлов формата М!сгоСар, так и в виде текстовых описаний на языке ЗР!СЕ. В качестве примера использования подсхем проведем анализ работы импульсного стабилизатора напряжения на основе однотактного обратноходового преобразователя (импульсного источника питания). Импульсный источник питания представляет собой силовую часть (преобразователь постоянного напряжения), включенную в замкнутую систему стабилизации напряжения. В качестве ШИМ- контроллера и драйвера силового ключа используется подсхема Х1.
Схема импульсного стабилизатора на основе Р(уЬаск-конвертора приведена на рис. 2.16. »-т .е наамят; ахи- °, сил!»эе »» ««~а~и~венки!вг Рис. 2.16. Схема для моделирования импульсного стабилизатора напряжения Передача энергии из первичной части во вторичную происходит через двухобмоточный дроссель (который называют также (!уЬасК-трансформатором). Этот дроссель состоит из катушек 611 и 622, связанных через сердечник КО. Этот двухобмоточный дроссель обеспечивает также функцию преобразования уровня напряжений и гальванической развязки [8]. Ч01 — диод преобразователя, открывающийся при запирании силового ключа М1, выпол- .2. Краткий ознакомительный экскурс З1 ненного на полевом транзисторе с изолированным затвором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
