Modellazione di induttori con LTspice

5 ore fa p Ignacio de Mendizábal Gli induttori sono pilastri tra i componenti elettronici. In questo articolo impareremo come modellare gli induttori utilizzando LTspice, un programma di simulazione di circuiti in cui l'accuratezza delle simulazioni dipende dall'accuratezza dei modelli utilizzati. Qui discuteremo tre diversi modelli di simulazione, iniziando con la complessità più bassa (lineare), discutendo di una via di mezzo (non lineare) e passando alla complessità più alta (il modello CHAN).
Lungo il percorso, tu Imparerò anche alcuni trucchi su LTspice. Gli induttori presentano un limite massimo per l'immagazzinamento di energia magnetica. Quando viene raggiunta la corrente di saturazione, l'induttore perde proprietà magnetiche come la permeabilità.
Quando ciò accade, gli induttori non sono in grado di continuare ad immagazzinare energia. Questa situazione si inverte non appena la corrente circolante nell'induttore si riduce. Questo concetto di saturazione deve essere considerato nei modelli al fine di avere simulazioni accurate per applicazioni come gli alimentatori, dove i componenti magnetici sono fondamentali.
Una particolarità degli induttori è che anche se rimuoviamo la corrente magnetizzante che circola attraverso un induttore, la densità del flusso magnetico associata al materiale del nucleo dell'induttore non diminuisce a zero da sola. Dobbiamo applicare la corrente nella direzione opposta per ripristinare l'induttore in uno stato non magnetizzato. Questo fenomeno si chiama isteresi ed è una delle caratteristiche principali che determinano l'applicazione di un materiale magnetico.
Come dimostrato nella visualizzazione sopra, possiamo vedere che la quantità di flusso presente in un induttore dipende non solo dalla corrente applicata ma anche dallo stato precedente dell'induttore. Idealmente, gli induttori presentano solo induttanza, che viene misurata in henries (H). Nel mondo reale, tuttavia, dobbiamo accontentarci di parassiti che sono sempre presenti nei componenti induttivi.
Poiché questi parassiti rendono il comportamento di un induttore non ideale, non possiamo trascurarli quando simuliamo un induttore. Anche se non passeremo molto tempo in questo articolo a discutere le proprietà magnetiche degli induttori, ecco un elenco di parametri rilevanti che ci aiuteranno a migliorare l'accuratezza del nostro modello quando simuliamo gli induttori in LTspice: L'aggiunta di questi valori in una simulazione ti aiuterà a ottenere risultati più realistici che corrisponderanno più da vicino al comportamento reale di un dato induttore. Un primo modello include tutti i parametri sopra elencati ed esegue una simulazione come avviene in un circuito lineare.
Fortunatamente, non è necessario che aggiungiamo manualmente ogni componente parassita. Per rendere le simulazioni più veloci, LTspice include modelli interni. Se fai clic con il pulsante destro del mouse su un induttore, vedrai la seguente finestra: Ecco un trucco per LTspice! Se non si introduce alcun valore per la resistenza parallela, LTspice includerà un valore predefinito.
Se si desidera disattivare questa opzione, passare dal menu Strumenti e selezionare Pannello di controllo. Da qui, seleziona gli Hacks! scheda, come mostrato di seguito. Ti consigliamo di deselezionare la casella che dice "Fornire un minimo di smorzamento dell'induttore se non viene fornito alcun Rpar". Quando i modelli lineari non sono sufficienti, LTspice fornisce i mezzi per considerare la saturazione dell'induttore. Possiamo definire la funzione che determina il flusso dell'induttore.
Per definire il flusso dell'induttore, dobbiamo modificare la netlist. Questo può essere fatto premendo il tasto "CTRL" e quindi facendo clic con il pulsante destro del mouse su un induttore. Questo farà apparire la seguente finestra: La variabile "x" si riferisce alla corrente dell'induttore.
Possiamo inserire le nostre informazioni nel campo "Valore" e quindi premere il pulsante "OK". Ora, per verificare il nostro input, selezioniamo "Visualizza" nel menu e poi selezioniamo "SPICE Netlist". Questo ci porta all'editor di schemi elettrici.
Nel nostro esempio qui, il nostro circuito simulato è costituito da un induttore in serie con una sorgente di corrente. La tensione attraverso un induttore segue può essere espressa come Quindi, poiché ciò che stiamo rappresentando sono i cambiamenti nella corrente, l'induttanza può essere ottenuta direttamente misurando la tensione dell'induttore (nodo ind). Per chiarezza, tracciamo l'espressione: V (ind) / 1V per rimuovere le unità di tensione.
Non dimenticare di impostare la scala verticale su lineare. Possiamo vedere perché l'induttanza diminuisce in questo modo se ricordiamo che il flusso magnetico dell'induttore è uguale all'induttanza moltiplicata per la corrente. La corrente aumenta a una velocità costante durante la simulazione di 1 secondo, ma, a causa della saturazione, il flusso magnetico non aumenta costantemente. La diminuzione dell'induttanza riflette questo cambiamento nella relazione tra corrente e flusso magnetico. Per ulteriori analisi, possiamo tracciare l'induttanza in funzione della corrente. Aumentiamo la corrente da -3 amp a 3 amp in passi di 0.
01. Questo circuito produce il seguente grafico: Quando progettiamo i nostri magnetici, dobbiamo controllare tutti i parametri degli induttori di cui abbiamo discusso in precedenza. A volte può essere difficile modellarli tutti in LTspice o in qualsiasi altro strumento di simulazione.
C'è un terzo modello disponibile in LTspice, il modello CHAN, creato da John Chan e discusso in un documento di ricerca intitolato "Modello di trasformatore non lineare per la simulazione di circuiti". La precisione di questo modello è stata ampiamente dimostrata e può eseguire la modellizzazione del ciclo di isteresi con solo tre parametri: Inoltre, è necessario aggiungere gli aspetti meccanici dell'induttore: Vediamo cosa succede allo stesso circuito che abbiamo usato prima se includiamo tutti questi parametri. E ora tracciamo l'induttanza in funzione della corrente: Gli induttori sono componenti complessi e critici nell'elettronica.
LTspice consente ai progettisti di semplificare il ciclo di progettazione fornendo metodi rapidi e accurati per simularli. A seconda della complessità del tuo circuito, puoi utilizzare uno dei tre modelli qui presentati. I circuiti in questo articolo sono abbastanza semplici, ma sono un buon punto di partenza per ulteriori analisi.
C'è un compromesso tra velocità e precisione, ma LTspice è generalmente abbastanza veloce, quindi è sempre consigliabile utilizzare il modello più preciso quando possibile..