到目前为止,我们所学到的知识使我们能够模拟大多数设计。本 LTspice 教程深入探讨了使用 LTspice ® 进行的电路分析。
图 1 显示了具有 80mOhms 电阻负载的 LTC3878 外部 FET 降压转换器的夹具。可在此处下载:LTC3878 降压转换器【文末资料可下载参考】
图1
运行仿真显示输出稳定在 1.2V。右键单击绘图窗格并选择添加绘图窗格。在原理图窗口中按住 ALT 键并左键单击电阻器 Rload。这将在绘图窗口中绘制瞬时功率耗散,如图 2 所示,单位为 y 轴。
图2
如果它出现在不正确的绘图窗格中,请左键单击绘图图标并将其拖到正确的窗格中。
在绘图窗口中,按住 CTRL 键并左键单击绘图图标(图 2 上方圆圈处),可显示平均功耗的详细信息,在绘图的时间跨度上取平均值。选择绘图的一部分会放大波形,然后重复按 CTRL 左键单击会显示该波形子部分的平均功率。
LTspice 教程 3:生成效率报告
要生成效率报告,请从菜单栏中选择 Simulate -> Edit Simulation cmd 并选择“如果检测到稳定状态则停止模拟”。重新运行模拟。然后点击查看 -> 效率报告 -> 在原理图上显示。效率报告将出现在原理图上,如图 3 所示。
注意:效率报告只能在只有一个电压源(假定为输入)和一个电流源或称为 Rload 的负载(假定为负载)时生成。
图3
重复上述步骤将从原理图中删除效率报告。
返回模拟 -> 编辑模拟 cmd 并取消选中“如果检测到稳定状态则停止模拟”框也是值得的
LTspice 教程 3:使用数学函数计算效率
没有理由不能使用 LTspice 中的数学函数来检查效率,这确实是衡量多输出系统效率的有效方法。
行为电压源根据数学函数给出输出电压。如果我们设置一个行为电压源以产生等于输入电压和输入电流的乘积的电压,我们就可以绘制输入功率随时间的变化图。同样,我们可以设置行为电压源以产生等于每个转换器输出功率的电压。然后,我们可以设置一个行为电压源,以产生一个等于输出功率与输入功率之比的电压,然后为我们提供实时效率数据。
考虑图 3a 中的电路。这是一个简单的电路,由两个由 10V 输入驱动的 5V 线性稳压器组成,每个稳压器提供 10mA 的负载电流。B1 是一个行为电压源,其输出电压等于 Vin * Iin。B5 和 B2 产生的电压(P1 和 P2)等于每个稳压器的输出功率。B3 输出的电压等于函数 (100*(P1+P2)/Pin) - 换句话说就是效率。
设置行为电压源可能很棘手。最好先构建主电路,运行仿真,探测所需的电压和电流,然后查看 LTspice 对每个电压图的调用。行为组件需要与这些绘图名称相对应。
图 3a 的电路可以在这里下载: 动作电压源【文末资料可下载参考】
图3a
LTspice 教程 3:模拟瞬态负载
我们现在将通过开关向输出添加瞬态负载。单击“元器件”图标并选择“sw”并将开关放置在原理图上。添加额外的负载组件,如图 4 所示,包括一个 PULSE 电压源,它以 1.7ms 的持续时间从 0V 转换到 5V,持续时间为 1ms,以控制开关。
图4
现在需要定义开关。定义开关的最佳方式是进入帮助文件(按<F1>)并搜索“开关”,然后选择电压控制开关。这将打开如图 5 所示的对话框
图5
突出显示以“.model”开头的行并复制它。返回原理图编辑器,按 Spice Directive 按钮并将文本粘贴为 Spice 指令。将 Spice 指令更改为:
.model MySwitch SW(Ron=1m Roff=1Meg Vt=1)
用 1mOhm 的导通电阻、1MOhm 的关断电阻和 1V 的阈值电压来表征开关。我们不需要其他特征。
将文本放置在原理图上的任意位置。
要将开关与我们刚刚定义的 .model 相关联,请右键单击原理图窗口中的开关符号。在Value字段中输入MySwitch,将.model定义与开关关联,如图6所示
图6
运行模拟。通过额外电阻器的输出电压和电流应如图 7 所示。
图7
现在已经用理想元件进行了上述模拟。在测量输出电容器 C2 的有效串联电阻 (ESR) 的影响之前,这通常是可以接受的。该电路设计用于支持 15A 负载,因此大电流浪涌将从电感器流向输出电容器,并且 C2 中的任何 ESR 都会表现为输出电压上的纹波。对于 1.2V 输出,此纹波很容易违反输出规范。
右键单击电容器 C2 会显示电容器的参数表。我们可以输入我们选择的 ESR(钽电容器的典型 ESR 约为 0.5Ohms),或者我们可以按下 Select Capacitor 按钮来选择 LTspice 中的库电容器之一。LTspice 包含许多被动和主动组件的库,可以通过右键单击所选组件并浏览库来选择这些库。
以 0.5 欧姆的 ESR 运行仿真显示了对输出电压的影响。
图8
右键单击大多数无源元件允许我们添加寄生元件或从已存储在 LTspice 中的元件表中进行选择。设计注意事项,如果 ESR 有问题,增加几个并联电容器会降低有效 ESR。使用 6x100uF 电容器进行仿真,每个电容器的 ESR 为 0.5Ohms,将纹波从 329mV 降低到 170mV。
以同样的方式,我们可以向电容器添加寄生 ESR,也可以向电感器添加串联电阻,只需右键单击电感器并在串联电阻框中输入一个值即可。
很容易忘记电路中包含哪些寄生元件,因此按 <CTRL> <ALT><SHIFT> H 在原理图上突出显示哪些元件具有寄生元件。按 <F9> 撤消。
我们现在将着眼于模拟基于变压器的设计。下载图 9 中的电路: LTC3872 反激式转换器【文末资料可下载参考】
图9
这个缺失的变压器可以由 2 个电感器以及耦合电感器的 SPICE 指令组成。
在初级插入一个 50uH 的电感器,在次级插入一个 2uH 的电感器。要将两个电感器制成变压器,我们需要告诉 LTspice 它们通过互感 K 连接。使用.op按钮插入 SPICE 指令 并插入文本
K1 L1 L2 1
这会在值为 1 的电感器 L1 和 L2 之间产生互感 K1(它们具有完美耦合)。
您会注意到这些点已添加到变压器中。确保它们具有适用于反激变压器的正确极性。将初级电感值更改为 50uH,将次级电感值更改为 2uH。
你现在应该有一个类似于图 10 的电路
图10
值得注意的是,变压器上的电感比等于匝数比的平方。因此,上述变压器的电感比为 25:1,匝数比为 5:1。
此外,如果将 n 个具有相同值且缠绕在同一磁芯上的电感串联放置,则组合电感为 n 2 x 单个电感值。
如果变压器数据表指定了漏电感,则可以将其建模为附加初级电感器,但该电感器未包含在详细说明互感的 SPICE 指令中。因此,该漏电感中的任何能量在回扫周期期间都不会耦合到次级绕组中,并且本身表现为振铃。