В LTSpice не могу смоделировать снаббер

[Lexter]

Столкнулся с тем, что в LTSpice не могу смоделировать снаббер. Не совпадает с реальным на макете на порядок.

Выделил кусок схемы отдельно, дошёл до вот такой простейшей. Смысл схемы - посмотреть ток через конденсатор при подключении к импульсному источнику напряжения.

Источник представил в двух видах - генератор собственно импульсный (амплитуда 160 В, частота 30 кГц, фронты 100 нс) и представил меандр по Фурье суммой первых четырёх (синусоидальных, 1, 3, 5 и 7-й) гармоник. Мощность суммы этих гармоник составляет 95% от мощности "полного" меандра. Любые энергетические рассчёты должны совпадать с точность не хуже 5%. Ну пусть 10%. Но не на порядок же! Имею несовпадение в лучшем случае в 5 (ПЯТЬ!) раз.
Модель с суммированием гармоник совпадает с реальностью и с рассчётами "на бумажке" довольно точно. А вот с импульсным - врёт безбожно. Что на полной модели с трансформатором, что на упрощённых, эффект сходный - отличие чуть не на порядок, что энергетически, что по длительностям. В смысле длительности и амплитуды переходных процессов и близко не напоминают реальные в схеме, собранной на макете.

Можно ли что-то "в консерватории" подправить?

Попробовал добавил ещё две гармоники. Стало ещё точнее. А вот если у импульсного фронты например заваливать, то на результат это практически не влияет - ошибка на тот же порядок. Мысль пока только одна: неправильно обсчитываются "углы" перехода фронтов в "полочки". Но как их убрать, чтобы хотя бы попробовать? Или дело вообще в другом?

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[J_Ohm]

9 часов назад, Lexter сказал:

Мощность суммы этих гармоник составляет 95% от мощности "полного" меандра.

Что вы называете "мощностью"? Как ее считаете у каждой в отдельности и суммы?

По моему, принципиальная ошибка здесь - подавать на емкости меандры напряжений. При идеальном меандре получился бы бесконечный ряд гармонических токов одинаковой силы. Если не ошибка деления на ноль.

Изменено 15 октября, 2023 пользователем J_Ohm

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Lexter]

2 часа назад, J_Ohm сказал:

Что вы называете "мощностью"?

Пока вот и не понимаю. Думаю.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[oksana_]

Фронты надо сделать с одинаковой скоростью нарастания - для меандра примерно 2,8 мкс и будет одинаково.

Или гармоник сотни две учесть.

[Vslz]

я не понимаю смысла такого моделирования от слова совсем. В моем понимании, снаббер это RC-цепь, приводящая к ускорению затухания звона на паразитных индуктивностях схемы. Их на схеме ТС не показано, и вообще непонятно, чем занят этот снаббер. Где резистивная составляющая ? Где ключи, приводящие к звону, который надо подавить ?

Соберите в LTSpice кусок вашей реальной схемы, со всеми паразитными параметрами, создайте ему реальные рабочие условия, и если наблюдается звон, подбирайте снаббер под его подавление. Непонятно для чего эти гирлянды источников напряжения...

 

 

Изменено 16 октября, 2023 пользователем Vslz

[Lexter]

6 часов назад, Vslz сказал:

Непонятно для чего эти...

С объяснения этого начинается первый пост.

 

6 часов назад, oksana_ сказал:

Или гармоник сотни две учесть.

Вот в этом-то и затык. Да, в первых 10 гармониках меандра содержится 98% мощности и только 2% - в остальных (следует из классического энергетического спектра меандра, амплитуды гармоник обратно пропорциональны их номеру). Но конденсатор уменьшает амплитуду первых нескольких гармоник и практически не влияет на бесконечный длинный "хвост" остальных. Вот с этим "хвостом" и проблемы. Ожидал, что разница между конечным и бесконечным этим "хвостом" гармоник будет небольшая (всё-таки в сумме всего 2%), но она оказалась большая. Если подать на RC-цепочку меандр, то амплитуда первых гармоник уменьшается, и мощность, выделяемая на резисторе, определяется в основном высшими гармониками. И тут сумма мощностей бесконечного ряда высших гармоник отличается в разы от суммы мощностей конечного ряда гармоник, присущего реальным схемам. Соответственно результат моделирования таких цепей сильно отличается от того, что имеем в реальной схеме. Ошибка слишком большая. Вот пытаюсь разобраться, можно ли с этим что-то сделать.

Пока пришёл к выводу, что моделирование, близкое к реальной схеме, для таких цепей сильно затруднительно именно из-за того, что неизвестно, сколько высших гармоник надо учитывать. Мысль - ограничить число гармоник (ограничить верхнюю частоту моделирования), чтобы было не до бесконечности, а как у реальной схемы. Но сколько это - у реальной схемы? Только "с потолка", да и непонятно, как это можно сделать в LTSpice. Введение в модель паразитных ёмкостей и индуктивностей помогает мало. Задать их можно весьма приблизительно, как место в схеме, так и значение, а малейшее их изменение на результат влияет сильно...

Вот в примере из первого поста, хотя вроде бы действующее значение подаваемого напряжения одинаково, ток через конденсатор отличается в 5 раз. Соответственно мощность, выделяемая на последовательно подключённом резисторе, пропорциональная квадрату тока, будет отличаться в 25 раз. Что я и вижу в модели схемы. Чуть что тронешь - изменяется например от 0,5 до 12 Вт. Такая точность как-то хреновато для выбора резистора. С формой и длительностями переходных процессов та же фигня...
Пока мой вывод - пытаться моделировать снабберные цепи практически бесполезно - точность плюс-минус лапоть. Жду, что кто-то возразит с аргументами и ткнёт, как это делать.

[Алекс-1112]

В 15.10.2023 в 14:59, J_Ohm сказал:

По моему, принципиальная ошибка здесь - подавать на емкости меандры напряжений. При идеальном меандре получился бы бесконечный ряд гармонических токов одинаковой силы.

Вот спектр тока через конденсатор от идеального источника напряжения. Прикиньте, сколько гармоник нужно учитывать. Если у источника напряжения есть внутреннее сопротивление и индуктивность, результат будет несколько другой.

[oksana_]

В 16.10.2023 в 19:39, Lexter сказал:

Пока мой вывод - пытаться моделировать снабберные цепи практически бесполезно - точность плюс-минус лапоть. Жду, что кто-то возразит с аргументами и ткнёт, как это делать.

Как вы уже выяснили, мощность рассеиваемая снаббером зависит от формы импульса.

Поэтому надо добиться точности моделирования фронта и спада. Для этого придётся измерить индуктивность рассеяния трансформатора и подрихтовать модель транзистора до соответствия железному. Сделать это удастся только если реально интересно.

[Lexter]

9 часов назад, oksana_ сказал:

Сделать это удастся только если реально интересно.

Но похоже не в этой жизни и не на Spice-симуляторе.

9 часов назад, oksana_ сказал:

мощность рассеиваемая снаббером зависит от формы импульса.

Угу. А форма импульса - от параметров снаббера. "У попа была собака"...
В общем, придётся действовать по старинке - прикидочно-приблизительный снаббер с кратным запасом, чтобы ключи при первом включении не горели, потом "доработка напильником".
 

9 часов назад, oksana_ сказал:

Для этого придётся измерить индуктивность рассеяния трансформатора

Этот способ тоже очень неточный. И индуктивность рассеяния в реальной схеме отличается от измеренной на трансформаторе прибором, и паразитные ёмкости другие. Наиболее близкий результат даёт способ дополнительной ёмкости:
R-C Snubbing for the Lab.pdf
snubber_power_loss.pdf
 

Но применить его "в лоб" чаще не получится - без снаббера ключи часто просто сразу горят. Пробовал на половинном напряжении питания, но и после такого измерения и рассчёта всё равно приходится подгонять параметры снаббера за несколько итераций, чтобы получить апериодический переходной процесс при приемлемой рассеиваемой мощности. Тоже не очень удобный способ и по трудоёмкости не отличается от тупого подбора. Собственно из-за этого и озадачился моделированием, думал будут более точные результаты. Но тут грабли оказались ещё похлеще...

Изменено 18 октября, 2023 пользователем Lexter

[Vslz]

В 16.10.2023 в 20:39, Lexter сказал:

пытаться моделировать снабберные цепи практически бесполезно - точность плюс-минус лапоть.

вот так моделировать - да, бесполезно, вы сами это подтверждаете.

[protector]

В 15.10.2023 в 05:16, Lexter сказал:

Можно ли что-то "в консерватории" подправить?

А здесь все верно прописано у вас?

[Lexter]

1 час назад, protector сказал:

А здесь все верно прописано у вас?

Да. Тем более что в схеме нет источников DC.

[protector]

3 часа назад, Lexter сказал:

нет источников DC

Я не про это. Там есть параметр Maximum Timestep.

[Lexter]

5 часов назад, protector сказал:

Maximum Timestep

Этот параметр - для повышения точности при рассчётах медленно изменяющихся величин. Чтобы шаги помельче сделать. А тут наоборот, нужен бы Minimum Timestep, а его там нет... Эта ж зараза из прямых углов (которые сам и насчитал) киловольты вытягивает, вот и набегает ошибка. Чтобы их сглаживать, как раз минимальный хорошо бы ограничивать. Но не предусмотрено...

[oksana_]

9 часов назад, Lexter сказал:

 Эта ж зараза из прямых углов (которые сам и насчитал) киловольты вытягивает,

Неправда. Киловольты не из углов, а из фронтов. Чтобы убедиться, достаточно сделать фронт несколько миллисекунд или секунд.

Рассуждения про углы неправомерны, поскольку углы зависят от масштаба по времени.  Растянув график по оси времени, можно самый крутой фронт положить чуть ли не горизонтально.

[Lexter]

4 минуты назад, oksana_ сказал:

Неправда. ... Рассуждения про углы неправомерны,

Ага. А пичок напряжения под 200 кВ там где фронт 100 нс переходит в "полочку" - это прям правомерно-правомерно. Прям во всех ИИП именно так и происходит.

Лучше бы подсказали, как модель к реальности приблизить.

[protector]

6 часов назад, Lexter сказал:

нужен бы Minimum Timestep

Скорее всего если не задан параметр Maximum Timestep, то симулятор считает на свое усмотрение. Задайте сначала где то 1 мкс., а потом уменьшайте.

[oksana_]

Я не моделирую ИИП,  но, когда мне нужна модель трансформатора, я беру трансформатор и измеряю индуктивность рассеяния, какие-то данные по магнитопроводам есть, для начала беру их. Измеряю ток ХХ и добиваюсь в модели такого же тока, корректируя Bs и Hc.  Эквивалентная ёмкость не была нужна, но при необходимости измерю и её и добавлю в модель. Чтобы получить модель транзистора, рою даташиты на однотипные транзисторы, нахожу наиболее полный и добиваюсь от модели соответствия всем цифрам в таблице электрических параметров и графикам. Для этого варьирую соответствующие параметры в модели. Приходилось делать по три модели одного транзистора для моделирования в разных диапазонах токов, т.к. ВАХи в области больших токов/малых напряжений и зависимость fT от Ic для некоторых типов мощных биполярных транзисторов не моделируются известными мне уровнями моделей. Полевики для ИИП не знаю, подсказать не могу, но принцип один: добивайтесь соответствия  модели железу в тестовых схемах из даташита, а может и в собственных тестовых схемах.

 

[Lexter]

@protector , @oksana_ Спасибо.