Моделирование импульсных источников, Micro-Cap, OrCad, SwithcCad - попробуем объять необъятное Опции

[AML]

Конструктивные особенности можно учесть в модели/

Никто не спорит с тем, что создание Spice-модели, учитывающие реальные эффекты в какой-то конкретной конструкции трансформатора принципиально возможна. Речь идет о том, что в Micro-Cap (и, думаю, в других симуляторах общего применения) отсутствуют встроенные средства учета этих эффектов. Сомневаюсь, что кто-то из участников обсуждения возьмется за создание таких моделей хотя бы для наиболее широко применяемых конструкций трансформаторов (хотя, ИМХО, неплохая тема для докторской ). Тем более, что я видел, как коллеги пытались дорабатывать модель Джилса-Аттертона для учета изменения параметров с изменением частоты. В принципе, даже результаты были достигнуты вполне неплохие, но реализовать изменения модели только средствами языка Spice оказалось невозможно. Такое изменение модели могло бы быть выполнено только фирмой-разработчиком симулятора. Однако, за 15 лет с момента возникновения математической реализации такой доработки, успешно работающий на прототипе в Маткаде, в симуляторах она так и не появилась.

Правда, сомневаюсь, что при таком рабочем токе ключа токи перезаряда этих емкостей что-то кардинально изменят.

Попробовал изменить точку контроля тока. Форма тока на фронтах изменилась весьма существенно. Раньше фактически не учитывался ток перезаряда емкости сток-исток.

Синий график - напрядение на ключе, красный - прежний график тока (фактически - ток через канал, а не ток стока), зеленый - ток стока.
Но несмотря на эти весьма большие отличия в используемой модели активная рассеиваемая мощность на ключе практически не изменилась.

Красный график (старый) к концу каждого периода практически совпадает по величине с новым (зеленым), хотя распределение мощностей в течение периода изменилось (и стало ИМХО не совсем правильным)
При таком способе измерения учет мощности потерь, обусловленных перезарядом паразитной емкости СИ осуществляется на этапе заряда этой емкости, хотя физически эта энергия тратится при разряде. Поэтому мне кажется правильным приводить ток ключа "по новому", а потери в транзисторе "по старому", поскольку эти потери все-таки обусловлены активными потерями в сопротивлении канала.

[wim]

... Тем более, что я видел, как коллеги пытались дорабатывать модель Джилса-Аттертона для учета изменения параметров с изменением частоты. В принципе, даже результаты были достигнуты вполне неплохие, но реализовать изменения модели только средствами языка Spice оказалось невозможно. Такое изменение модели могло бы быть выполнено только фирмой-разработчиком симулятора. Однако, за 15 лет с момента возникновения математической реализации такой доработки, успешно работающий на прототипе в Маткаде, в симуляторах она так и не появилась.

Intusoft утверждает, что их модель сердечника гораздо лучше модели Джилса-Аттертона, даже с доработками.

[AML]

Intusoft утверждает, что их модель сердечника гораздо лучше модели Джилса-Аттертона, даже с доработками.

Так я и не утвержраю обратное. Вот только вопрос - в каком из перечисленных симулаторов встроена эта модель и существует ли ее описание на языке Spice.

[AML]

Что я имею в виду:
Вот например использование снаббера. В некоторых условиях его использование неоправданно. Приведу пример: я разрабатывал БП с входным напряжением до 250В, выходным - 5В и нагрузкой до 4Вт. Применение снабера отнимало до 0.5Вт мощности, т.е. ухудшало КПД на 10% ! Выбросы на силовом ключе были не более 600В в самых худших условиях. Достаточно было выбрать более высоковольтный транзистор с незначительным ухудшением сопротивления канала...

Вчера как раз не успел вывести график, подтверждающий эти слова.

Нижняя группа - графики потери энергии за два периода коммутации. Синий - это потери энергии в ключе без снаббера, зеленый - со снаббером, а красный - суммарные потери в ключе и снаббере. Получается, что даже в низковольтном и не очень маломощном преобразователе снаббер ухудшает КПД (хоть в приведенном примере моделирования весьма незначительно)

[wim]

Так я и не утвержраю обратное. Вот только вопрос - в каком из перечисленных симулаторов встроена эта модель и существует ли ее описание на языке Spice.

Если интусофтовский входит в перечисленные, то вот здесь:
http://www.intusoft.com/
Язык описания - Spice с некоторыми изменениями (кажется, - в наименованиях зависимых источников)

[AML]

Если интусофтовский входит в перечисленные, то вот здесь

Бегло просмотрел доступные спайс-модели индуктивных компонентов - вообще не понял, как там гистререзистные явления моделируются. У меня сложилось впечатление, что сердечник моделируется безгистерезисной кривой, а потери "навешиваются" отдельно. Но могу и ошибаться - подробно не разбирался. А вот учет скин-эффекта там действительно есть.

Начнем, наконец, сравнение работы флая в прерывистом и непрерывном режимах.
Схема - та же, что и раньше, но только добавлен токоизмерительный резистор и уменьшена индуктивность обмоток трансформатора. Коэффициент заполнения - тот же, что и в модели с непрерывном режимом. Выходное напряжение такое же, как и раньше (5В). Сравнивается граничный режим и неперывный режим.

Временные диаграммы токов и напряжений на силовом ключе в непрерывном и граничном режимах с паразитными емкостями, но без снаббера:

Нижняя группа графиков - энергия, рассеивающаяся на силовом ключе.
Из графиков вижно, что помех дает больше преобразователь в непрерывном режиме. Но потери в ключе существенно больше в преобразователе с прерывистом режимом.
Фронты переключения преобразователя в прерывистом режиме имеют следующий вид

С включением все прекрасно, а вот с выключением - не очень. Мгновенная мощность получается весьма значительная (около 500 ВА).
Со снаббером эта мощность падает до приемлемых величин, а суммарные потери практически не возрастают

Малиновый график - мгновенная мощность на ключе, зеленый - энергия, рассеиваемая на транзисторе, красный - суммарная энергия в транзисторе и снаббере.
Получается, что при используемых в модели паразитных параметрах и быстрым выходном диоде потери в ключе в непрерывном режиме заметно меньше.

В прикрепленном файле схема MicroCap и текстовый спайс-файл.

Прикрепленные файлы

 flyback.rar ( 6.11 килобайт ) Кол-во скачиваний: 214

 

[Mc_off]

У меня есть ощущение (не смог загрузить вашу схему в DesignLab), что у вас в сравниваемых схемах не одинаковое напряжение на выходе или разная мощность нагрузки.

Проверьте плиз еще раз. Должно быть одинаковое напряжение на входе, напряжение на выходе и сопротивление (мощность) нагрузки.

При одинаковой скажности и частоте это приведет к изменению параметров трансформатора.

Сообщение отредактировал Mc_off - Nov 27 2007, 08:35

[AML]

При одинаковой скажности и частоте это приведет к изменению параметров трансформатора.

Естественно. Я об этом сразу и написал:

Схема - та же, что и раньше, но только добавлен токоизмерительный резистор и уменьшена индуктивность обмоток трансформатора.

Ведь без изменения параметров трансформатора получить неперерывный режим при прежней частоте и прежней можности невозможно. Поэтому изменены индуктивности обмоток дросселя-трансформатора (или трансформатора флайбека - называйте его как угодно, хотя мое ИМХО прежнее - это впервую очередь дроссель, а лишь потом трансформатор)
Индуктивности обмоток обозначены в явном виде на картинках со схемами моделей.

Напряжение же в обоих случаях одинаково (5В) при нагрузке 1Ом. Я, кстати, потратил достаточно много времени, пока попал на режим, когда на выходе в установившемся режиме строго 5В, а режим токов - граничный.


Продолжение. Посмотрим не граничный, а уже явно прерывистый режим (индуктивность первичной обмотки вдвое меньше граничного значения). Выходное напряжение по прежнему 5В (средний график, чтобы не было сомнений).

Из-за роста амплитуды токов и напрядений имеем существенный рост динамическиз и статических потерь в ключе. Снаббер немного улучшает ситуацию, но не кардинально

[Mc_off]

Да, интересно.

Если вам не сложно можете провести моделирование квазирезонансного режима (когда открывание ключа происходит в момент первго минимума напряжения на стоке).

А вообще как-то странно. Это получается время закрывания очень большое...

[AML]

Да, интересно.

Пока все промоделированное выше представляет сугубо теоретический интерес. Практических выводов из приведенных результатов моделирования делать нельзя, поскольку не учтены процессы в диоде. Сейчас он считается практически идеальным и явления, про которые писал Прохожий, здесь не наблюдаются. А учет неидеальности диода может изменить получаемые результаты кардинально.
Поэтому я еще раз обращаюсь к уважаемому сообществу с просьбой выложить наименования пп-приборов, которые сейчас на практике используются в подобных схемах. Т.е. мне нужны пары транзистор-диод, которые наиболее часто испольщуются при перечисленных в начале топика случаях. Ну или хотя бы высоковольтную, низковольтную и "среднюю" пары.

[Mc_off]

Пока все промоделированное выше представляет сугубо теоретический интерес. Практических выводов из приведенных результатов моделирования делать нельзя, поскольку не учтены процессы в диоде. Сейчас он считается практически идеальным и явления, про которые писал Прохожий, здесь не наблюдаются. А учет неидеальности диода может изменить получаемые результаты кардинально.
Поэтому я еще раз обращаюсь к уважаемому сообществу с просьбой выложить наименования пп-приборов, которые сейчас на практике используются в подобных схемах. Т.е. мне нужны пары транзистор-диод, которые наиболее часто испольщуются при перечисленных в начале топика случаях. Ну или хотя бы высоковольтную, низковольтную и "среднюю" пары.

Если на выходе напряжение не велико, что используются диоды Шотки типа 31DQ05 (IRF).
Для высоких напряжений на выходе применяются ультрафаст диоды типа UF4007.

Типичные транзисторы (кстати есть и модели) можно посмотреть тоже на www.irf.com
Для входного напряжения порядка 250В и мощности преобразователя до 30Вт, я использовал IRFB9N60A.
Вообще я транзистор выбираю индивидуально для каждого случая.
1. Напряжение сток-исток должно быть не меньше напряжения питания плюс выброс, плюс пересчитанное из вторички, плюс запас.
2. Ток - не меньше максимального тока через первичку
3. Надо соблюдать баланс между сопротивлением канала и емкостью затвора. Эти велисины обратно пропорциональны.

[AML]

Mc_off, спасибо за примеры.
Однако, хотелось бы готовых рекомендаций по элементной базе и для других случаев.
Критерии выбора, в принципе, я знаю, но, откровенно говоря, лень лазить и искать - время на это много уйдет. В свое время (когда занимался проектированием) основные компоненты для использования в типовых случаях знал на зубок и справочниками не пользовался. А сейчас не знаю ничего.
Однако предполагаю, что для тех, кто этим занимается сейчас, перечислить наиболее типично используемые компоненты труда не составит (а мне сильно съэкономит время).

[Mc_off]

... лень лазить и искать - время на это много уйдет.

У меня память короткая, я никак не могу запомнить справочных данных...
мне тоже придется "лазить и искать".

Сейчас времени нет . Смогу где-то на следующе неделе.
Я так понял вы хотите три варианта по мощности и три варианта по напряжениям, т.е. всего 9 вариантов ?

[Прохожий]

Пока все промоделированное выше представляет сугубо теоретический интерес. Практических выводов из приведенных результатов моделирования делать нельзя, поскольку не учтены процессы в диоде. Сейчас он считается практически идеальным и явления, про которые писал Прохожий, здесь не наблюдаются. А учет неидеальности диода может изменить получаемые результаты кардинально.
Поэтому я еще раз обращаюсь к уважаемому сообществу с просьбой выложить наименования пп-приборов, которые сейчас на практике используются в подобных схемах. Т.е. мне нужны пары транзистор-диод, которые наиболее часто испольщуются при перечисленных в начале топика случаях. Ну или хотя бы высоковольтную, низковольтную и "среднюю" пары.

Транзистор IRFBE30. Для сетевого случая (800 В, 3 Ом).

CODE

.SUBCKT irfbe30 1 2 3
**************************************
* Model Generated by MODPEX *
*Copyright© Symmetry Design Systems*
* All Rights Reserved *
* UNPUBLISHED LICENSED SOFTWARE *
* Contains Proprietary Information *
* Which is The Property of *
* SYMMETRY OR ITS LICENSORS *
*Commercial Use or Resale Restricted *
* by Symmetry License Agreement *
**************************************
* Model generated on Apr 13, 99
* MODEL FORMAT: SPICE3
* Symmetry POWER MOS Model (Version 1.0)
* External Node Designations
* Node 1 -> Drain
* Node 2 -> Gate
* Node 3 -> Source
M1 9 7 8 8 MM L=100u W=100u
* Default values used in MM:
* The voltage-dependent capacitances are
* not included. Other default values are:
* RS=0 RD=0 LD=0 CBD=0 CBS=0 CGBO=0
.MODEL MM NMOS LEVEL=1 IS=1e-32
+VTO=4.05117 LAMBDA=0.000724984 KP=2.54295
+CGSO=1.14718e-05 CGDO=1e-11
RS 8 3 0.00216876
D1 3 1 MD
.MODEL MD D IS=1.43986e-15 RS=0.0294472 N=0.804575 BV=400
+IBV=0.00025 EG=1 XTI=1 TT=1.99875e-07
+CJO=1.07858e-09 VJ=2.72239 M=0.9 FC=0.1
RDS 3 1 1e+06
RD 9 1 2.21741
RG 2 7 6
D2 4 5 MD1
* Default values used in MD1:
* RS=0 EG=1.11 XTI=3.0 TT=0
* BV=infinite IBV=1mA
.MODEL MD1 D IS=1e-32 N=50
+CJO=2.57133e-09 VJ=1.12149 M=0.9 FC=1e-08
D3 0 5 MD2
* Default values used in MD2:
* EG=1.11 XTI=3.0 TT=0 CJO=0
* BV=infinite IBV=1mA
.MODEL MD2 D IS=1e-10 N=0.400393 RS=3e-06
RL 5 10 1
FI2 7 9 VFI2 -1
VFI2 4 0 0
EV16 10 0 9 7 1
CAP 11 10 2.57133e-09
FI1 7 9 VFI1 -1
VFI1 11 6 0
RCAP 6 10 1
D4 0 6 MD3
* Default values used in MD3:
* EG=1.11 XTI=3.0 TT=0 CJO=0
* RS=0 BV=infinite IBV=1mA
.MODEL MD3 D IS=1e-10 N=0.400393
.ENDS irfbe30

С диодом дело хуже. Поскольку используются в основном "китайцы" без всяких моделей.
Вот, что удалось подобрать в "пару" к вышеназванному транзистору из продукции SGS/Thompson - STTH3R06 (3А, 600В, 35 нс):

CODE

*******************************************************************
* Model name : STTH3R06
* Description : Turbo2 Ultrafast High Voltage Rectifier
* Package type : DO41
*******************************************************************
.MODEL STTH3R06 D
+ IS=8.5465E-6
+ N=3.0516
+ RS=29.400E-3
+ IKF=.13432
+ CJO=74.985E-12
+ M=.43409
+ VJ=.68625
+ ISR=10.010E-21
+ NR=4.9950
+ FC=0.5
+ TT=14.500E-9

По параметром сей диод соответствует большинству из применяемых нынче "китайцев".
По поводу оказии с диодом, о которой я упоминал. На модели может не получиться по ряду причин. В реальности все присутствует и выражается в необоснованном нагреве диода.

[AML]

Я так понял вы хотите три варианта по мощности и три варианта по напряжениям, т.е. всего 9 вариантов ?

Это в идеале.
Если искать специально для меня (и моделирования) - то не надо. В конце-концов я и сам могу это сделать. Тем более, что все равно придется искать их Spice-модели.
Мне интереснее варианты ключа/диода, с которыми кто-то уже сталкивался на практике и знает их особенности (чтобы прокомментировать достоверность результатов моделирования)