【導讀】LTspice 是一款功能強大、簡(jiǎn)單易用且免費的 SPICE 仿真工具，在業(yè)界得到廣泛應用。列出了用于電源電路設計的 LTspice 的典型用例，并提供了 LTspice 使用的實(shí)用技巧。模擬器的這種解釋可以幫助工程師避免大量的手動(dòng)計算并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。
LTspice 是一款功能強大、簡(jiǎn)單易用且免費的 SPICE 仿真工具，在業(yè)界得到廣泛應用。列出了用于電源電路設計的 LTspice 的典型用例，并提供了 LTspice 使用的實(shí)用技巧。模擬器的這種解釋可以幫助工程師避免大量的手動(dòng)計算并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。
電源電路設計流程
電源電路設計通常是一項繁瑣的工作，涉及以下步驟：
1. 寫(xiě)下關(guān)鍵規格（電壓范圍、溫度范圍、最大電流、保護電路、變化的負載條件、最大尺寸等）。
2. 選擇系統或電路的基礎架構。
3. 預測系統每個(gè)部分所需的參數。
4. 找到最適合所選架構的組件。
5. 設計原理圖。
6. 預測設計電路的工作條件并檢查它們是否滿(mǎn)足關(guān)鍵規格。
7. 建立一個(gè)原型。
8. 測試原型并確認已達到預測參數并滿(mǎn)足關(guān)鍵規格。
9. 如果不滿(mǎn)足關(guān)鍵規格，請進(jìn)行所需的更正（從第四步重新開(kāi)始）。
第四到第八步可能特別耗時(shí)。有時(shí)項目沒(méi)有按預期進(jìn)行，開(kāi)發(fā)時(shí)間延長(cháng)，設計師可能會(huì )被迫盡快完成項目。
當測試原型（第 8 步）的結果與第 6 步預測的結果不同時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生這種不良情況。這經(jīng)常發(fā)生，因為無(wú)法根據數據表參數計算準確的性能。
這就是現代模擬電路設計（和電源電路設計）廣泛使用仿真工具的原因，這些工具可以根據組件、電源、噪聲源等的互連模型預測系統行為。這些工具可以產(chǎn)生非常接近于用原型觀(guān)察到的結果。
LTspice是功能強大且廣泛使用的SPICE 仿真應用程序。它由 Analog Devices（最初由 Linear Technology）免費提供。
注意：要下載本文提供的仿真文件，讀者必須安裝LTSpice。
圖1。 LTspice 可以從這里免費下載。示例仿真文件可以從本文后面和本文末尾提供的仿真技巧中下載。
為什么要使用 LTspice 進(jìn)行電源電路設計？
從單組件仿真到完整系統仿真，LTspice 的靈活性使其可以用于各種仿真。
對于電源電路設計，LTspice 可以幫助：
加速設計和驗證：可以在幾秒鐘或幾分鐘內模擬電路，避免大量手動(dòng)計算，因此可以快速迭代試錯過(guò)程，直到達到所需的結果。
比較組件：更改組件并啟動(dòng)新模擬是一項簡(jiǎn)單的任務(wù)，而在真實(shí)原型上執行相同操作則需要一些時(shí)間。通過(guò)模擬選擇正確的組件可以提供很大的好處。
在不冒損壞風(fēng)險的情況下檢查電路：測試電源電路時(shí)可能會(huì )發(fā)生損壞，維修可能非常耗時(shí)。在原型測試之前模擬電路可以在任何損壞之前突出問(wèn)題。
易于測量：將電壓或電流探頭放入電路仿真中并查看波形非常容易且即時(shí)，而在實(shí)際電路中則不然。
模擬理想條件：理論想法和實(shí)際實(shí)現之間的不同結果可能會(huì )令人困惑。通過(guò) LTSpice 模擬器，可以使用理想元件（即理想二極管、無(wú)損耗電感器等）驗證電路并檢查其在理想條件下的工作情況。
上面的列表可以擴展，因為使用像 LTspice 這樣的模擬工具有很多原因。
現在我們將討論使用 LTspice 進(jìn)行電源電路設計的實(shí)用技巧。
提示 1. 如何生成效率報告
使用時(shí)域分析（.TRAN 指令），對于單輸入/單輸出電路，它可以自動(dòng)生成效率報告。該報告以表格的形式出現，其中包含：電路每個(gè)組件的輸入功率、輸出功率、效率計算、電流和功率。
在啟動(dòng)瞬態(tài)仿真之后，一旦電路達到穩態(tài)條件，就會(huì )計算參數。
圖 2。
以下是生成效率報告的步驟：
1. 繪制包含單個(gè)電壓源（假定為輸入）和稱(chēng)為 Rload 的負載（假定為負載）的原理圖。
2. 右鍵單擊“.TRAN”指令并選擇“如果檢測到穩定狀態(tài)則停止模擬” ?！?“steady”參數出現在“.TRAN”指令中。
3. 運行模擬。
4. 從菜單欄中單擊查看 > 效率報告 > 在示意圖中顯示。該報告將出現在原理圖中。
從此模擬文件夾下載示例效率報告模擬文件，并使用LTspice運行它。
技巧 2. 如何模擬變化的負載
電源電路通常承受不同的負載，因此檢查電路的不同負載條件非常重要。
在 LTspice 中，這是通過(guò)使用“.STEP”指令完成的，該指令將自動(dòng)重新啟動(dòng)模擬，同時(shí)每次更改全局變量的值。如果此變量與負載電流相關(guān)聯(lián)，則針對不同的負載值重復仿真。
圖 3。
下面是模擬上述電路中變化負載的步驟：
將電流源作為負載 (I1) 并將其值設置為 {Iload}。當前的值是一個(gè)可以改變的全局變量，而不是一個(gè)固定的數值。
添加“.STEP”指令，如圖3所示。它將使模擬器重復模擬，同時(shí)每次將可變負載從0.25更改為1，步長(cháng)為0.25。換句話(huà)說(shuō)，模擬將在 0.25A、0.5A、0.75A、1A 的輸出負載下執行。
運行模擬。
將電壓探頭放在一個(gè)節點(diǎn)上（即輸出電壓）。繪圖窗格將為每個(gè)模擬步驟顯示具有不同顏色的電壓波形，在這種情況下，這意味著(zhù)每個(gè)負載值。
從這個(gè)模擬文件文件夾下載一個(gè)示例變負載模擬文件，并使用LTspice運行它。
技巧 3. 如何自動(dòng)計算參數
在模擬電路時(shí)，您可能需要計算重要參數，例如輸入功率或輸出功率。LTspice 可以通過(guò)自動(dòng)執行這些計算為您節省一些時(shí)間。
當執行多個(gè)模擬步驟時(shí)，此功能特別有用，因為模擬器將自動(dòng)計算每個(gè)模擬步驟所需的參數。
圖 4。
在上面的模擬中，我們添加了三個(gè)“.MEAS”指令來(lái)自動(dòng)計算：
●pin : 輸入功率作為輸入電壓和電流的乘積；
●pout : 作為輸出電壓和電流的乘積獲得的輸出功率；
●eff：根據定義為 pout/pin 比率計算的效率。
在仿真運行結束時(shí)，按CTRL+L打開(kāi)仿真日志，其中包含計算出的參數，如圖 5 所示。
圖 5。
在日志中，LTspice 計算了每個(gè)模擬步驟的三個(gè)參數。這種技術(shù)可以為設計師節省大量時(shí)間。
請注意，在步驟 3 中，負載電流為 1A，計算值與技巧 1 中生成的效率報告中已經(jīng)提供的值相同。
從這個(gè)仿真文件夾下載一個(gè)帶有參數計算的示例仿真文件， 并使用LTspice運行它。
技巧 4. 繪制每次模擬運行的計算參數
在自動(dòng)計算參數后，繪制它們以檢查它們如何隨著(zhù)每個(gè)模擬步驟而變化是很有用的。此功能的典型用途是繪制開(kāi)關(guān)轉換器在不同負載值下的模擬效率。
圖 6。
如何使用模擬和提示 4 的結果生成效率與負載電流圖。
●在存在計算數據的錯誤日志中右鍵單擊。
●選擇“ Plot .step'ed .meas data ”，將打開(kāi)一個(gè)空白圖。
●右鍵單擊空白圖并選擇“添加跟蹤”（或使用 CTRL+A）。
●選擇eff作為參數，將生成上圖所示的圖。
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