LTspice : Utilisation de sources exponentielles dépendant du temps pour modéliser les transitoires

Lorsque tu travailles avec des écrêteurs de surtension ou des contrôleurs d'échange à chaud, il est parfois nécessaire de simuler le comportement d'un circuit avec une tension ou un courant transitoire spécifié. Ces transitoires sont généralement modélisés à l'aide d'une forme d'onde exponentielle double caractérisée par une tension de crête, un temps de montée (généralement de 10 à 90 %), un temps de descente à 50 % de la tension de crête et une résistance en série.

Forme d'onde exponentielle généralisée

LTspice® comporte une fonction exponentielle double (EXP) qui est idéale pour modéliser les transitoires via une source de tension. Cependant, il n'est pas aussi simple de remplir le paramètre avec tRISE, tAUTOMNE et VPEAK. Au lieu de cela, la fonction EXP utilise des paramètres standard : VINITIAL, VPULSED, Rise Delay, Fall Delay, Raise Tau, et Fall Tau.

Paramètres de la source de tension Exp

Paramètres de la source de tension EXP

Pour les formes d'onde où tCHUTE : tRISE> 50 1 où tCHUTE est définie de 100 % à 50 % et tRISE est définie entre 10% et 90%, tu peux utiliser les conversions suivantes pour les paramètres de la fonction EXP, et sous les propriétés parasites de la source de tension, saisis la résistance série appropriée ou ajoute-la au schéma en tant que composant séparé :

VINITAL = 0
VPULSED = VPEAK - 1.01
Délai de montée = 0 (pour aucun délai)
Tau de montée = tRISE/2.2
Délai de chute = tRISE
Automne Tau = tAUTOMNE - 1.443

Voici un exemple de forme d'onde d'impulsion non répétitive utilisant la fonction EXP avec un temps de montée de 10μs, un temps de descente de 1 000μs, une crête de 600V et une résistance série de 50Ω.

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Exemple de réglages de la source de tension EXP

Exemple de réglages de source de tension EXP pour un temps de montée de 10μs et un temps de descente de 1 000μs, 600V crête

Exemples de sources de tension EXP pour Tfall : Trise > 50 : 1

Exemple de source de tension EXP pour un temps de montée de 10μs et un temps de descente de 1 000μs, 600V de crête

Les formes d'onde ci-dessous montrent les résultats de la source de tension EXP ci-dessus avec un circuit ouvert, VGEN, et serrée avec une pince TVS, VDANS. La dissipation de puissance instantanée (Alt + clic gauche) de la TVS est également indiquée. La deuxième forme d'onde met en évidence la partie du temps de montée.

Forme d'onde résultante pour une source de tension EXP

Forme d'onde résultante pour une source de tension EXP

Détail du temps de montée de la source de tension EXP

Détail du temps de montée de la source de tension EXP

Pour simuler des rafales répétées de transitoires comme dans Electrical Fast Transient, LTspice fournit une syntaxe étendue pour la fonction EXP qui n'est pas documentée et n'est pas disponible dans l'éditeur de composants standard.

EXP(V1 V2 Td1 Tau1 Td2 Tau2 Tpulse Npulse Tburst)

Où Tpulse est la période d'impulsion, Npulse est le nombre d'impulsions par rafale et Tburst est la période de répétition de la rafale. Pour les ajouter à ta fonction EXP existante, modifie la chaîne de texte EXP directement dans ton schéma en cliquant dessus avec le bouton droit de la souris.

L'exemple suivant montre une rafale de 75 transitoires avec une période de 10μs.

EXP(0 1.10 0 1.16n 1n 63.5n 10u 75)

Rafale de transitoires

Rafales de transitoires

En ajoutant Tburst dans l'expression EXP, nous pouvons répéter les "rafales de transitoires" à des intervalles de 300 ms.

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EXP(0 1.10 0 1.16n 1n 63.5n 10u 75 300m)

Rafales répétées de transitoires

Rafales répétées de transitoires

Pour les formes d'onde où tCHUTE : tRISE < 50 : 1, la mise en œuvre d'un front montant et descendant avec une seule fonction EXP est un défi. Essaie plutôt d'utiliser deux sources de tension en série :

  • Une fonction PWL (piece wise linear) pour le front montant où

time1 = 0
valeur1 = 0
temps2 = tRISE (où tRISE est 0%-100%)
valeur2 = VPEAK

  • Une fonction EXP pour le front descendant où

VINITIAL = 0
VPULSED = -VPEAK
Délai de montée = tRISE
Rise Tau = (tCHUTE - tRISE) - 1.443 (front descendant de la forme d'onde)
Délai de chute = 1K (place la deuxième exponentielle au-delà du temps de simulation)

Voici un exemple de configuration d'une forme d'onde d'impulsion non répétitive utilisant les fonctions EXP et PWL avec un temps de montée de 8μs, un temps de descente de 20μs, une crête de 600V et une résistance série de 50Ω.

Exemples de sources de tension EXP et PWL pour Tfall : Trise < 50 : 1

Exemples de sources de tension EXP & PWL pour un temps de montée de 8μs et un temps de descente de 20μs, 600V de crête

Pour plus d'informations sur la fonction EXP et PWL, tu peux consulter le blog LTspice et le fichier d'aide (F1).

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