假定已建立全新非线性元件SPICE模型–包括各种电压变量和自热效应。模型以直流电源仿真方式模拟元件真实特性1。然而,在长时间交流电源瞬态仿真过程中,您会注意到,完成的时间相当长。有毅力的工程师耐心等待。但是,10分钟或更长时间之后,就开始坚持不住了。更糟糕的是,界面弹出图1所示的信息让人无法继续等待。 图 1 分析:时间步过小;时间=0.141773,时间步=1.25029e-016:节点 “u2::6”故障 这时,您会尝试一些可能的解决办法2,3,但无济于事,计算时间似乎只会增加,准确性也不复存在。有时,您必须面对模型重启的现实。 现在,很容易说明重启是超级英雄大片中比SPICE模型更重要的角色。我的建议:重新思考模型并加以简化。实际操作中,将尽可能多的特征组成连续推导的行为源。这样,可以增加新的令人兴奋的特征,鼓励用户进一步认真观察思考。 本文介绍上述过程结束时,新的Vishay PTC浪涌限流器模型得出的结果。 原始PTC模型 (https://www.vishay.com/doc?29184) 建立在以下等效电路 (图2) 基础上,该电路用于物理描述PTC与并联电压的依赖性关系: 图 2 这个电路适用以下方程式: 方程 (1) 至 (3) 是定义元件的电学定律 方程 (4) 是元件热平衡。 代入详细数据将方程 (1) 至 (4) 转换成典型E、G和H SPICE源电路,否则我们必须处理11个彼此相互作用的行为源。 简化之后,模型描述减少到两个方程式: 新模型不包含方程 (1) 的VDR物理参数,方程 (5) 纯拟合函数F根据实验测量值确定,如图3所示4。 图 3 低于脉冲电压最小PTC电阻 这个重启模型的新符号如图4所示,与参考文献2中发布的模型相反。新特点是一个引脚指明PTC (T5节点) 内部温度,我们希望这对设计师非常有用。 这个温度节点不是悬而不决,LTspice符号编辑器可进行量化操作,包括构建一个小的内部温度计显示测量的元件温度。 图 4 下一个问题:简化模型是否与原有模型一样有效评估基本属性? 为此,我们需要在相同仿真条件下对比两种模型。 在第一个瞬态仿真中 (图4),我们以非常低和非常高的电压,在PTCEL13R501RBE两端施加非热脉冲电压,用SPICE错误日志文件计算并显示图2瞬时电阻与温度的关系。 所得曲线与同一仿真,但采用典型模型进行的相同测量进行比较,精确复制物理测量结果。 图 5 PTCEL 13 500 Ω (LTspice测量值) (0V和700V 脉冲电压) 的电阻特性 rptc典型模型 (0V) rptc典型模型 (700 V 脉冲电压) 重启模型 (0V) 重启模型700 V 脉冲电压 现在,如图5所示,当重启和正态模型整个温度范围内,0 V条件下所得电阻相同时,它们仅在700 V脉冲条件下一致 (橙色和红色曲线),只要温度不超170 °C。这种不便恰好对于PTC保护并不重要;设计人员主要关心低于、介于或高于开关温度,即140 °C出现的情况。高于这个温度,PTC电阻上升到非常高的阻值,电路电流快速下降,PTC温度不可能进一步增加。所有结果在170 °C以上重现,很容易视为情况不错,但不是必不可少的性能。 现在,我们来验证这些模型交流电源瞬态仿真效果,我们的新模型可在合理时间内完成。 下一个仿真中,我们采用完整的SMPS稳压平滑电路,290 Ω负载施加440 V峰值电压。我们可以将开关设置为电容充电达到95%电压振幅时PTC失效。重启模型运行速度比前一模型快20倍,几秒钟之后即可给出结果 (仿真速度为200 ms / s,实际时间为1秒,因此每次仿真5秒钟之后即可给出结果)。PTC (± 30 %) 和DC链路电容器 (± 20 %) 采用蒙特卡罗公差。仿真进行十次。 图 6 我们显示两个PTC的温度变化 (图7),电容器周边电路电压上升 (图8),以及阻性负载电流 (图9)。 图 7 V(t2b)*1 °C/1V 1 °C/1V*C(t1) 图 8 图 9 如7所示,电容充电需要0.25秒到0.5秒,PTC温度上升到70 °C到90 °C (低于开关温度)。当电压达到440 V的95 % 时 (图8),开关闭合,电流加至负载 (图9)。 我们现在可以按下所有红色按钮,用图6相同的电路模拟4.7 mF大电容充电并显示电路行为。很短时间之后,两个PTC开关高于160 °C (图10),但不超过170 °C (我们新的模型有效限制)。有点令人惊讶的是,当PTC温度下降时 (图10),似乎饱和的电容继续充电 (图11)。25秒至1分多钟负载接通电流。 图 10 V(t2b)*1 °C/1V 1 °C/1V*V(t1) 图 11 现在,我们用8个PTC组成的电路网络演示曲线图形 (图12)。 平滑电容短接,以产生PTC切换的巨大电流。 图 12 图13显示八个PTC中每一个的温度变化 (注意,极为有限的情况下初始环境温度选择70 °C)。 一半元件0.7秒后,温度达到165 °C左右切换。这与预想是完全一样的。如果咨询PTC电气工程技术人员,他们会告诉您,每个PTC网络分支中的一个元件切换,这是最高值的元件。与这个开关部分串联的元件温度下降。 图 13 1 °C/1V*V(t3b) V(t4)*1 °C/1V V(t4b)*1 °C/1V V(t2)*1 °C/1V V(t3)*1 °C/1V V(t1b)*1°C/1V V(t2b)*1 °C/1V 1 °C/1V*V(t1) 总之,经过简化的重启模型不仅证实了PTC技术专家所说的情况,而且使我们能够非常快速地给出预测结果。 不必盯着屏幕看几个小时,不用浪费时间,仿真过程中不会出错,这是准备实验的理想方法。 与往常一样,本文所示模型和仿真电路可在以下网址获取 [email protected]. 参考资料: 1.SimulaTIon Notes for SPICE Modelling PTCTL, PTCCL, and PTCEL, https://www.vishay.com/doc?29180 2.https://electronics.stackexchange.com/quesTIons/262663/how-to-trace-down-why-ltspice-simulaTIon-is-slow 3.https://www.analog.com/en/technical-arTIcles/ltspice-speed-up-your-simulations.html# 4.PTCEL data sheet https://www.vishay.com/doc?29165 (责任编辑:admin) |