Исследование устройств преобразовательной техники на кондуктивную помехоэмиссию с использованием LTSpice

№ 3’2013
PDF версия
В предыдущей части был обоснован выбор программного обеспечения LTSpice фирмы Linear Technology для адекватного моделирования кондуктивной помехоэмиссии. Данная статья посвящена моделированию кондуктивной помехоэмиссии в одноключевых преобразователях напряжения. Показано влияние паразитных параметров активных элементов схемы на достоверность расчетов уровня помехоэмиссии электронных устройств, обосновывается необходимость использования более полных схем замещения активных элементов (с учетом реактивных параметров).

Продолжение. Начало в №1’2013

В данной работе, посвященной исследованию влияния используемых схем замещения элементов силовой структуры на результаты моделирования в частотной области, в качестве критерия адекватности моделирования используется сопоставление результатов моделирования с результатами испытаний натурного макета преобразователя с аналогичными параметрами.

Объектом исследования выбран непосредственный повышающий преобразователь напряжения (рис. 1). Принцип его работы заключается в том, что при открытом транзисторе VT1 происходит накопление энергии в дросселе L1. При этом нагрузка питается энергией, ранее накопленной в конденсаторе С1. При закрытом транзисторе энергия, накопленная в L1, передается на заряд конденсатора и нагрузку через диод VD1.

 Схема преобразователя

Рис. 1. Схема преобразователя

В моделирующем программном обеспечении LTSpice возможно использовать разнообразные схемы замещения элементов за счет задания реальных и нулевых параметров в перечне параметров схемы замещения элемента. При этом задание частичных параметров схемы позволяет получить различные схемы замещения.

Существуют различные схемы замещения MOSFET. На рис. 2 приведены наиболее распространенные в литературе варианты [1–3].

Варианты схемы замещения MOSFET

Рис. 2. Варианты схемы замещения MOSFET

При моделировании силового преобразователя в LTSpice по умолчанию используется похожая схема замещения MOSFET с параметрами, приведенными в табл. 1 (ряд параметров изначально нулевые). Аналогично в таблице 2 приведены параметры, учитываемые в LTSpice для сопротивлений, индуктивностей, конденсаторов и силовых диодов.

Таблица 1. Параметры MOSFET

Обозначение

Название параметра

Rg

Омическое сопротивление затвора

Rs

Омическое сопротивление истока

Rd

Омическое сопротивление стока

Vto

Пороговое напряжение

Kp

Крутизна

Cgdmax

Емкость затвор–сток максимальная

Cgdmin

Емкость затвор–сток минимальная

Cgs

Емкость затвор–исток

Cds

Емкость сток–исток

Cjo

Емкость перехода внутреннего диода

a

Нелинейность параметра Cgdmin/Cgdmax

Is

Обратный ток

Rb

Объемное омическое сопротивление

N

Коэффициент эмиссии внутреннего диода

tt

Время восстановления внутреннего диода

Eg

Энергия активации внутреннего диода

Vds

Напряжение сток–исток

Ron

Омическое сопротивление в открытом состоянии

Qg

Суммарный заряд

Таблица 2. Параметры электронных компонентов схемы

Обозначение

Название параметра

R

Сопротивление резистора

LR

Индуктивность резистора

CR

Емкость резистора

С

Емкость конденсатора

Lc

Последовательная индуктивность конденсатора

Rc

Последовательное сопротивление конденсатора

Cc

Параллельная емкость конденсатора

Rcp

Параллельное сопротивление конденсатора

L

Индуктивность дросселя

Cl

Параллельная емкость индуктивности

Rl

Последовательное сопротивление индуктивности

Rlp

Параллельное сопротивление индуктивности

Ccm

Синфазная емкость

Is

Ток насыщения диода

Rs

Омическое сопротивление диода

N

Коэффициент эмиссии диода

Eg

Энергия активации диода

Xti

Температурный коэффициент

BV

Обратное напряжение пробоя диода

IBV

Ток напряжения пробоя

Cak

Емкость перехода катод — анод

Vj

Напряжение диода в открытом состоянии

M

Классификационный коэффициент диода

tt

Время восстановления диода

Iavg

Средний ток через диод

Vpk

Максимальное напряжение

Как видно, список параметров электронных компонентов довольно объемный, однако это не может гарантировать точности моделирования в частотной области, так как большинство параметров по умолчанию нулевые, хотя для временной области этих параметров более чем достаточно. Это подтверждается экспериментальными данными, приведенными на рис. 3–5. На рис. 5 приведены расчетная спектрограмма кондуктивных помех исследуемого преобразователя при использовании базовых схем замещения и спектрограмма, полученная при экспериментальном исследовании аналогичного преобразователя в соответствии с методиками ГОСТ; на рис. 3, 4 показаны расчетные и экспериментальные временные характеристики тока дросселя исследуемого преобразователя. Действующие и мгновенные значения тока дросселя отличаются не более чем на 10%, что является допустимым для инженерных расчетов, а полученный спектр помех расходится более чем на 50 дБ по отношению к экспериментальным данным и совпадает лишь в небольшом диапазоне частот 300 кГц…1 МГц.

Осциллограмма тока дросселя (модель)

Рис. 3. Осциллограмма тока дросселя (модель)

Осциллограмма тока дросселя (макет)

Рис. 4. Осциллограмма тока дросселя (макет)

Сравнительная спектрограмма кондуктивных помех

Рис. 5. Сравнительная спектрограмма кондуктивных помех

Согласно ГОСТ, для исключения влияния реактивных параметров источника электропитания при проведении экспериментов по электромагнитной эмиссии необходимо согласовывать измерительную цепь приборов с питающей сетью. Для этого в измерительный комплекс вместе с селективным микровольтметром включен так называемый «эквивалент сети» с частотным диапазоном 10 кГц…0 МГц и коэффициентом калибровки 10±2,5 дБ, который решает вышеуказанные задачи. В связи с этим при моделировании также необходимо согласовывать питающую сеть по измерительному импедансу. Для этого в структурную схему модели необходимо вводить эквивалент сети (в соответствии с ГОСТ Р 51318.15-99 и ГОСТ Р 51319-99), который будет задавать измерительный импеданс питающей сети. На рис. 6 приведены схема испытаний и структурная схема эквивалента сети.

Схема измерения с эквивалентом сети

Рис. 6. Схема измерения с эквивалентом сети
(1 — источник питания, 2 — эквивалент сети, 3 — преобразователь,
4 — нагрузка, 5 — селективный микровольтметр, 6 — осциллограф)

Помимо эквивалента сети, было решено добавить параметры эквивалентных схем дросселя, конденсаторов и резистора: LR, CR, Lc, Rc, Rcp, Cl, Rl,Rlp. Результаты расчетов с измененными параметрами приведены на сравнительной спектрограмме (рис. 7).

Сравнительная спектрограмма кондуктивных помех

Рис. 7. Сравнительная спектрограмма кондуктивных помех

Как видно на рисунке, после ввода более полных параметров элементов в модель преобразователя удалось получить совпадение спектра частот 50 кГц…1 МГц. Однако для полноценного сравнения спектров такого диапазона недостаточно, поэтому решено внести синфазные емкости монтажных цепей Ccm. Полученная в результате добавления указанных емкостей расчетная спектрограмма представлена на рис. 8.

Hасчетная спектрограмма кондуктивных помех

Рис. 8. Hасчетная спектрограмма кондуктивных помех

Она позволяет сделать вывод о сходимости результатов в диапазоне 50 кГц…30 МГц с погрешностью в 2–4 дБ, однако есть точка 3 МГц, в которой результат не совпадает на 9 дБ, что объясняется неучтенными резонансными/паразитными контурами соединительных проводов и конструктивными элементами.

На основании проведенных расчетов с помощью программного пакета LTSpice и сопоставления полученных результатов с результатами натурных экспериментов можно сказать, что данный программный продукт и использование полных схем замещения всех элементов цепей позволяют моделировать кондуктивную помехоэмиссию преобразовательных устройств с высокой степенью достоверности. Такой подход позволяет исключить дополнительные затраты, связанные с обеспечением электромагнитной совместимости разрабатываемых устройств.

Сборник материалов по LTSpice

Литература
  1. Power MOSFET — Electrical Characteristics. 2012.
  2. Electrical Engineering 105. Lecture 12. Spring, 1997.
  3. Vrej Barkhordarian. International Rectifier. EI Segundo, Ca. 2011.
  4. Скворцов В., Низаметдинов К. Моделирование кондуктивной помехоэмиссии в питающую сеть преобразователями параметров электрической энергии // Силовая электроника. 2013. № 1.
  5. H. Lee. Exact Simulation of Conducted EMI in Switched Mode Power Supplies. 99IECEC-01-2598.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

hentao pornnporn.com telugu chatting west indies open sex youpornhindi.com first night xxnx maja mallika tamil dirty story xxxfiretube.com teen xxnx xxxxu indianpornsearch.com pooja kumar sex 喉奥性感イラマ痴女 浜崎真緒 javsextube.com 君嶋真由 i love porn sexxxymovs.com mallusexvideos tomcat doujinshi bluhentai.com tiny boobs giant tits history sequel black dog hentai mobhentai.com hentai onee chan jammu blue film indiananalfuck.com indian incest xvideos mugen fc2 javwhores.mobi 巨乳 あげ افلام نيك مترجم cyberpornvideos.com طيذ momteachessex indianxxxonline.com house wife x videos 君嶋真由 freejavonline.mobi クローゼット 寝取られ sexx tamil indianfuckass.com bengali milf mia khalifa hard fuck pelisporno.org newsexstory