maisvendoo 25 сен в 22:43

SPICE-модели: Просто о сложном. Часть 3. Силовые выпрямительные диоды

Средний

13 мин

3.3K

Электроника для начинающихПроизводство и разработка электроники * Программирование * Open source * CAD/CAM *

Туториал

+15

Комментарии 18

Prohard 26 сен в 06:36

Насколько я знаю, для отечественных производителей компонентов создание spice-моделей для своей продукции проблемой не является - они просто ее не делают. Наверное от того, что практически все изделия скопированы с западных, для которых есть модели. Это один путь. Второй это написать руководство по написанию модели по даташиту, или, как у нас пишут, по этикетке. Этот вариант у Вас работает, дело за корпусами, верно?

TimurZhoraev 26 сен в 08:10

Раньше были обычные справочники для основных параметров, которые определяют скажем так основное назначение. Особенно про транзисторы из разряда КТ315 или МП42Б. Давались только минимальная бета, ёмкости, обратный ток, температурное сопротивление кристалл-корпус/корпус-среда и другая мелочёвка. Из этого уже можно было построить малосигнальную или нелинейную модель для расчётов "вручную". Из предельных характеристик также, напряжение пробоя, максимальное напряжение база-эмиттер обратное косвенно вытягиваются остальные параметры. Вообщем фактически воссоздать характеристики по их кусочно-линейным аппроксимациям.

TimurZhoraev 26 сен в 07:46

Лучше исключить Is сразу же, используя предел $\lim_{V\to-\infty}{Is} (e^{q \cdot V/(n \cdot k \cdot T)}-1) =-Is$ , так как действительно чувствительность к прямой ветке слишком высокая и использовать его как параметр.

Ещё бы дополнительно сравнить температурные зависимости ВАХ, особенно для расчётов тепловых потерь, увеличивающихся с ростом температуры. В даташитах обычно приводят для -40, 25 и 85/105/125). В принципе можно параметр неидеальности n вынести в числитель как $N=n^{-1}$ и можно будет использовать линейный МНК.

Также можно использовать аналитическое решение для МНК с уравнением прямой, раз уж используется Maple/Maxima. Аппроксимацию сделал сразу для "ступеньки" функции ВАХ в общем виде, используя точку Vce0.

Как-то строил для транзистора получается примерно следующее

А для анализа характеристик обратного восстановления - включить в ЭДС небольшие катушки (процентов 5-10, обычно равные напряжению к.з. трансформатора/сети. $L=U_{кз}/(2\pi f_0 I_{ном})$ ), чтобы они создавали угол коммутации $\gamma$ .

Также, по заряду обратного восстановления можно ориентировочно вписать в параметр ёмкость диода $С=Q_{rr}/V$ . Помимо этого конечно есть ещё эффект варикапа но для силовых диодов это не актуально.

maisvendoo 26 сен в 10:54

Спасибо, буду разбираться дальше

TimurZhoraev 26 сен в 15:00

Также, не задавайте в моделях параметры из разряда фемтофарад $C=10^{-14}$ , наногенри, тераомы и др, что частенько приводит к singular matrix error, или к зависаниям на коммутациях. И шаг счёта для лучшей сходимости и устойчивости решения по порядку величины равной минимальной постоянной времени схемы, как раз определяемой этими параметрами вроде $RC, 1/\sqrt{LC}$ итд, иными словами, обусловленность системы. Деление практически на 0 делает большую величину, из-за нелинейной разрядной сетки даже для double сумма с большим числом есть само число. Адаптивный шаг счёта, определяемый этими постоянными времени и LC-контурами приводит к уточнению reltol на уровне сотен МГц для схемы в 50 Гц при каждой коммутации.

aloika 26 сен в 10:03

Интересно, а тиристоры там есть готовые? Если есть, то как организовать им систему управления? Чтобы смоделировать управляемый выпрямитель, инвертор.

maisvendoo 26 сен в 10:41

В Qucs-S есть модели тиристоров, в отличие от LTspice, где приходилось качать сторонние библиотеки. И таки да, вот вам управляемый выпрямитель

Вот ведомый сетью инвертор

А вот однофазный автономный инвертор тока, на тиристорах. В LTspice я не мог построить такую модель, а в Qucs-S - получилось

К сожалению там нет мощных тиристоров, но я надеюсь исправить эту ситуацию, хотя бы в тех рамках, в каких мне это доступно

vv_kuznetsov 27 сен в 05:38

В библиотеке есть макромодель симистора от ST, которая называется TriacGeneric и некоторые тиристоры. Там используется сложная схема замещения из нескольких транзисторов, диодов и управляемых источников. В самом Ngspice, как и в большинстве других реализаций SPICE, тиристоров нет. Они описываются макромоделью.

VT100 26 сен в 18:36

Если ещё не наталкивались на такое антикварное руководство по составлению моделей - посмотрите. Диоды - со стр. 93:
Definitive Handbook of Transistor Modeling

vv_kuznetsov 27 сен в 06:04

Благодарю! Книга пригодится.

VT100 27 сен в 07:02

Авторы. Например: "Technical paper describing the operation of the IGBT subcircuit".

vv_kuznetsov 27 сен в 05:35

Так что любая подобная библиотека, содержащая карточки моделей, должна предваряться директивой .lib и оканчиваться директивой .end.

Странные вещи узнаю про свою программу. Директива .lib никогда не требовалась. В документации всё указано правильно. Причина ошибки в чём-то другом. Я сейчас вашу библиотеку с карточками моделей из статьи сохранил в файл cir, удалил директивы .lib и .end, а потом запустил конвертер. Всё успешно отработало. Может ли у вас конвертер сконвертировать вот этот файл https://gist.github.com/ra3xdh/634098c9597dcc1b73c0153027b03bcf У меня всё проходит без ошибок. Возможно у вас где-то в переменную $PATH попал конвертер от QucsStudio или старого Qucs и Qucs-S его подхватывает, так как на скриншотах вижу Windows.

maisvendoo 27 сен в 15:07

Удивительное дело, я тоже убрал .lib и .end и все отработало нормально. Ваш файл тоже конвертировался. В %PATH% ничего от Qucs нету

vv_kuznetsov 28 сен в 19:02

Возможно когда добавляли директиву .lib, то исправили ещё что-то. Ошибка была в другом месте.

maisvendoo 28 сен в 19:10

Не исключено. Возможно я отбивал пробелами операторы присваивания в параметрах, возможно лопухнулся где-то еще. Однако, вот этот текст, что я вставил в статью отказался работать в конвертере, пока я .lib на самый верх не переместил. При этом сами карточки диодов я не правил. Ну, ок, в мистику и чертей я не верю, всему должно быть разумное объяснение, я еще постестирую, всё равно я собираюсь расширить эту библиотеку, добавив туда приборы на которые у меня есть datasheet.

vv_kuznetsov 27 сен в 05:44

Статья интересная. Процедура экстракции моделей обычно обходится стороной. На русском языке источников по экстракции моделей не так много. Для Qucs-S планируется написание специализированной утилиты для экстракции моделей, но когда начнутся работы не могу сказать. Точно не в этом году. См. тут: https://github.com/ra3xdh/qucs_s/wiki/Roadmap#model-extraction

Vladimir_Rapava 28 сен в 19:25

Глупо пенять на неточности в перечнях технических данных (datasheets) от отечественных производителей. У зарубежных производителей тоже не все указывается. Допускается пятикратное отклонение характеристик от типовых.

Точные модели важны на производстве сложных РЭА, так как при определенных условиях математическое моделирование позволяет экономить ресурсы. При определении параметров математической модели тогда используются результаты непосредственных измерений.

В частной практике это больше хобби.

Vladimir_Rapava 28 сен в 19:29

Ещё, при экстракции параметров полупроводниковых приборов можно использовать топологические данные кристалла. Но эту информацию от производителя точно не получишь. Нужно делать реверс-инжиниринг.

Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий