|
Моделирование импульсных источников, Micro-Cap, OrCad, SwithcCad - попробуем объять необъятное |
|
|
|
Nov 24 2007, 23:19
|

Знающий
   
Группа: Свой
Сообщений: 529
Регистрация: 20-02-05
Из: Смоленск
Пользователь №: 2 767

|
Цитата(tyro @ Nov 25 2007, 00:23)  Обсуждаемые вопросы переросли рамки данной темы, и поскольку уважаемый AML сделал интересное бескорысное предложение, предлагаю глубоко уважаемому AML создать в этой ветке тему типа "моделирование импульсных источников в MicroCap". Попутно всем заинтересованным подумать о создании (и структуре) опросника по применяемым деталям и материалам в источниках питания, соотнесенных с их параметрами (мощность, входное и выходное напряжения, токи). С наскоку у меня логически выстроенная структура не получилась (да и опыта создания опросника на форуме нет). Вполне дельное предложение. Поэтому создаю указанную тему. Может из этого что-нибудь путное да выйдет... Немного о целях. Я хочу попытаться промоделировать наиболее характерные режимы работы преобразователей напряжения, чтобы продемонстрировать преимущества и недостатки тех или иных топологий преобразователей, а также влияние на процессы в преобразователях паразитных параметров компонентов и методы борьбы с ними. Не знаю, насколько посильная эта задача, но попытаться можно. Надеюсь, что уважаемое сообщество тоже примет в этом процессе посильное участие, поскольку очевидно, что в одиночку я не справлюсь по ряду объективных и субъективных причин. Главная проблема – последний раз я держал в руках паяльник и щуп осциллографа в далеком 1995 году. И с тех пор моя работа ни прямо, ни косвенно не связана не только с преобразовательной техникой, но и с электроникой вообще. В настоящее время я журналист в газете областной администрации. Пишу это к тому, чтобы не было недопонимания – за 12 лет очевидно, что я существенно утратил квалификацию и главное – не могу на практике проверить достоверность результатов, получаемых при моделировании. Зачем мне все это надо – вразумительно объяснить не могу. Будем считать, что это хобби, замешанное на ностальгии по былым временам. Плюс жалко, что весьма неплохое образование и кандидатская степень, полученные мною в области преобразовательной техники, оказались невостребованными. Я попал в тот «демогфический провал» выпускников начала 90-х, который хорошо виден на возрастной диаграмме участников этого форума (в разделе «опросы»). Если совместными усилиям в этой ветке появятся демонстрация основных проблем и подводных камней проектирования преобразователей напряжения в моделях для симулятора, то, думаю, это будет неплохое подспорье новичкам. А поскольку это для меня хобби – я вполне могу позволить себе тратить на это время и силы. Правда, очевидно, что все это будет проистекать очень небыстро, поскольку иногда еще и работать надо. На этом лирическое отступление считаю законченным. Итак, по теме. Поскольку от уважаемого gyratorа прозвучало предложение сравнивать все на модельках, а уважаемый Прохожий сформулировал преимущества и недостаки флайбека при работе в режиме непрерывных и прерывистых токов, с этого и начнем. (предыстория здесь - http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=39519)Цитата По моему скромному мнению, наиболее предпочтительным будет прерывистый режим, а еще лучше - его предельный случай критический режим, когда следующий цикл начинается сразу после закрывания выходного диода. Поясню свою позицию. В непрерывном режиме: 1. При достаточно больших выходных напряжениях, обратное напряжение, приложенное к выходному диоду, вызывает ничем неограниченый обратный ток восстановления. Для этих токов времена восстановления, как правило, не оговариваются. Это явление хорошо известно из литературы в виде всплеска тока силового ключа при его открывании. Все это дело сопровождается "звоном", растянутым на время, значительно превышающее время обратного восстановления силового диода. Попытка борьбы с этим явлением в виде ферритовых "бусинок", одеваемых на выводы диодов или силовых транзисторов, а так же всякого рода снабберы на диодах или силовых ключах однозначно приводят к потере КПД. 2. Помехи на частоте коммутации, особенно после открывания силового ключа, полностью подавить, как правило, не удается. 3. Управление flyback преобразователем более сложное по сравнению с квазирезонансным вариантом, опять же в связи с помехами. 4. Наличие динамических потерь при открывании силового транзистора. Классические недостатки прерывистого режима: 1. Большие, по сравнению с непрерывным режимом, действующие значения токов. 2. Как следствие больший ток при закрывании силового транзистора. 3. Большие пульсации тока на выходном конденсаторе, что приводит к его удорожанию. 4. Большие изменения индукции сердечника трансформатора, практически от нуля и до максимума, что критично для потерь в сердечнике. Резюме. Лучше выбирать прерывистый режим, а еще лучше - критический, поскольку в современных условиях транзистор с меньшим сопротивлением канала стоит столько же, что и с большим. Материалы для сердечников нинче обладают очень малыми потерями и хорошо переносят большие приращения индукции. Согласен, что мое мнение достаточно спорно, поэтому ожидаю конструктивную критику со стороны уважаемого сообщества Завтра я постараюсь выложить модельки, иллюстрирующие вышесказанное, а пока о методике сравнения. Несмотря на мое скептическое отношение к комплексному сравнению схем на основе результатов моделирования, сравнение отдельных характеристик и демонстрацию особенностей считаю вполне возможной и весьма полезной в связи с этим хотел бы попросить совета по поводу методики такого сравнения. Я считаю целесообразным проводить сравнение при трех значениях входного напряжения - 9 В, 24 В и 308 В, четырех значениях выходного напряжения - 5В, 12В, 60В, 300В, четырех значениях мощности 5Вт, 20Вт, 60Вт, 300Вт и трех значениях частоты – 100кГц, 250кГц, 500 кГц. Думаю, при этом можно будет говорить о тенденциях. Такой сравнительный анализ на идеализированной модели вряд ли представляет практический интерес. Поэтому при расчетах нужно использовать модели реально существующих компонентов. И вот в этом месте мне нужна помощь – я не знаю современную элементную базу. Поэтому буду весьма признателен специалистам за помощь в выборе наиболее типично применяющегося в для каждого из рассмотренных вариантов силового транзистора и выпрямительного диода (синхронное выпрямление пока не рассматриваю). Хотя бы по некоторым случаям: Вар. 1. Вх. 9В, вых. 5В, f=250кГц, P=20Вт Вар. 2. Вх. 9В, вых. 300В, f=250кГц, P=20Вт Вар. 3. Вх. 24в вых. 5В, f=250кГц, P=60Вт Вар. 4. Вх. 24в вых. 5В, f=100кГц, P=300Вт Вар. 5. Вх. 24в вых. 300В, f=100кГц, P=300Вт Вар. 6. Вх. 300в вых. 5В, f=100кГц, P=60Вт Вар. 7. Вх. 300в вых. 12В, f=100кГц, P=60Вт Вар. 8. Вх. 300в вых. 60В, f=100кГц, P=300Вт Кроме того, буду признателен за любые предложения как по методике, так и по реализуемым вариантам.
|
|
|
|
|
 |
Ответов
(180 - 194)
|
Feb 13 2009, 09:04
|
рядовой
     
Группа: Участник
Сообщений: 2 811
Регистрация: 21-08-06
Пользователь №: 19 713

|
Цитата(nl5 @ Feb 13 2009, 00:46)  А зачем его искать? Если что-то нужно, и пригодится другим, скажите, сделаю. Если это больше никому не надо, то тоже сделаю. Бесполезные вещи у меня уже и так есть (Nichols plot, например. Красивые картинки, но понятия не имею, кому бы оно понадобилось...только большим теоретикам?). Но это уже как договоримся  Один из методов моделирования импульсного источника питания - представление его в виде дискретной системы. Судя по публикациям, буржуины этим методом пользуются, поскольку он позволяет, например, предсказать условия появления субгармонических пульсаций в режиме управления по пиковому току. Например, вот здесь: http://www.ee.bgu.ac.il/~pel/pdf-files/conf45.pdfСобс-но, почему PSpice не может строить диаграммы бифуркации - он пытается соединить точки линиями, т.е. представить это как процесс, а эти точки, на самом деле, - состояние процесса, например, возможные значения среднего тока дросселя в зависимости от коэффициента заполнения. Т.е., это точечный график. В принципе, можно строить такие диаграммы в чем-нить матлабо-подобном, но в симуляторе это было бы, конечно, удобнее.
|
|
|
|
|
Feb 13 2009, 17:08
|

Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 175
Регистрация: 7-02-09
Пользователь №: 44 515

|
Цитата(wim @ Feb 13 2009, 02:04)  В принципе, можно строить такие диаграммы в чем-нить матлабо-подобном, но в симуляторе это было бы, конечно, удобнее. Красивые картинки! С Бен-Гурион Университетом я уже сталкивался, большие ученые там работают, и похоже, что наших немало. Но мне кажется, что в симулятор это запихивать не стоит (там Хаоса и своего достаточно  ). К тому же у меня одним из преимуществ, по многим отзывам, является простота пользования, и добавление новых возможностей должно быть очень обосновано. Хотя я человек мягкий, и это не всегда получается... А чем не устраивает Матлаб? Там и программу можно любую написать, и графики красивые построить? А NL из командной строки запускается элементарно, опыт есть. Когда еще не было AC характеристики для импульсных схем, ее считали из Матлаба. Хлопотно, конечно, но работает.
|
|
|
|
|
Feb 13 2009, 18:41
|
рядовой
     
Группа: Участник
Сообщений: 2 811
Регистрация: 21-08-06
Пользователь №: 19 713

|
Цитата(nl5 @ Feb 13 2009, 20:08)  Красивые картинки! С Бен-Гурион Университетом я уже сталкивался, большие ученые там работают, и похоже, что наших немало. Но мне кажется, что в симулятор это запихивать не стоит (там Хаоса и своего достаточно  ). К тому же у меня одним из преимуществ, по многим отзывам, является простота пользования, и добавление новых возможностей должно быть очень обосновано. Хотя я человек мягкий, и это не всегда получается... А чем не устраивает Матлаб? Там и программу можно любую написать, и графики красивые построить? А NL из командной строки запускается элементарно, опыт есть. Когда еще не было AC характеристики для импульсных схем, ее считали из Матлаба. Хлопотно, конечно, но работает. Матлаб, во-первых, платная программа.  Правда, есть бесплатный "аналог" Freemat, но там не все функции поддерживаются. Во-вторых, в Матлабе разностные уравнения придется составлять вручную - можно ошибиться. Во всяком случае, в схеме ошибиться труднее. Ну и пресловутое time-to-market поджимает - тратить "лишнее" время на еще одну модель, но в другой программе обычно не хочется. В целом впечатление от NL5 пока что положительное, попробую ей что-нить трудненькое подсунуть.
|
|
|
|
|
Feb 13 2009, 19:04
|

Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 175
Регистрация: 7-02-09
Пользователь №: 44 515

|
Цитата(wim @ Feb 13 2009, 11:41)  Матлаб, во-первых, платная программа.  Пардон, я об этом не подумал, так как знакомые работают на купленом...Но писать можно не только на Матлабе, а на чем угодно, где есть DOS командная строка, например на C. Цитата(wim @ Feb 13 2009, 11:41)  Во-вторых, в Матлабе разностные уравнения придется составлять вручную - можно ошибиться. Во всяком случае, в схеме ошибиться труднее. Мы наверное о разном говорим. Вот реальный пример. В NL сделана схема test.nl5, и надо посмотреть зависимость среднего значения V(R1) и I(R1) от номинала C1. В Матлабе пишется программа, которая меняет номинал C1 как захочется, для каждого номинала создается скрипт-файл, например script.txt, с таким содержимым: open test.nl5 C1=1n log test.csv,С1,V(R1).mean,I(R1).mean tran log exit Затем Матлаб вызывает DOS-команду: nl5.exe script.txt NL5 запускается, открывает схему, меняет C1, вычисляет транзиент, и пишет средние V(R1) и I(R1) в csv файл в виде: C1,V(R1).mean,I(R1).mean 1e-9,1.2345,6.789 Затем Матлаб открывает этот csv файл и берет вычисленные данные для дальнейшей обработки и построения графиков. Если C1 меняется в простом цикле, то это может делать и сама NL, например: open test.nl5 log test.csv,С1,V(R1).mean,I(R1).mean for C1=1n,10n,.1n tran log next exit причем транзиент можно продолжать после смены номиналов, а не начинать с нуля, чтобы не ждать опять установления, и т.д.... Цитата(wim @ Feb 13 2009, 11:41)  В целом впечатление от NL5 пока что положительное Вот этого я и добивался
Сообщение отредактировал nl5 - Feb 13 2009, 19:54
|
|
|
|
|
Jun 26 2009, 15:55
|

Местный
  
Группа: Banned
Сообщений: 354
Регистрация: 20-01-07
Пользователь №: 24 634

|
Цитата(Пушкарев Михаил @ Jun 26 2009, 14:54)  В модели использована функция временной задержки, которая, по-моему, отсутствует в MicroCap. По этой причине модель требует серьезной переработки. В микробульке есть не только задержка, но и возможность вводить в выражение номиналов и лог. выражения ф-цию времени, чего нет в свечке.
Сообщение отредактировал gyrator - Jun 26 2009, 15:56
--------------------
Только те, кто предпринимает абсурдные попытки, смогут достичь невозможного.
|
|
|
|
|
Aug 3 2009, 21:53
|

Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 175
Регистрация: 7-02-09
Пользователь №: 44 515

|
Когда-то в этом посте были картинки частотных характеристик импульсных источников, посчитаных на NL5. Хочу сообщить, что в новой версии 1.23 это можно делать значительно проще и быстрее. Так можно считать АЧХ не только источников, но и любых линейных и нелинейных схем: например цифровых фильтров с кодом, написанном на С. Примеры разных схем прилагаются в загрузочном zip-е. В связи с появившимся "лекарством" (кстати, просроченным: для старой версии), предлагаю желающим "альтернативную медицину" - лицензию на год. Преимущество - можно будет всегда пользоваться последней версией NL, и без возможных "побочных" эффектов. Лицензию можно заказать на сайте: надо пойти в Trial License, заполнить все что надо, а в окне "Licensed To" к обычному имени обладателя лицензии добавить: "Electronix.ru". И еще раз напоминаю, что для учебных заведений и лабораторий есть постоянная бесплатная сетевая лицензия. Она еще, правда, тестируется, вот и помощь с отладкой заодно будет... Спасибо, Алексей.
|
|
|
|
|
  |
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|