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103Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
1.- La Simulacin en el Proceso de Diseo2.- El Programa de Simulacin y su Entorno3.- El Proceso de Simulacin4.- Descripcin del Circuito5.- Anlisis de los Resultados de Simulacin6.- Especificacin de la Simulacin:
Tipos de Anlisis Posibles7.- Ejecucin de la Simulacin: Opciones8.- Libreras de Elementos y Atributos9.- Aspectos prcticos10.- Simulacin de Sistemas de Potencia
NDICE DE LA PRESENTACIN
104Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Qu podemos simular?
1.- Elementos ya existentes en LibrerasAsignamos valores a atributos modificables
2.- Elementos que nosotros generamosGenerar o Editar SmboloModificar ModeloGenerar Modelo/Asociar subcircuito
Libreras Smbolos(.olb)
Libreras Modelos(.lib)
Libreras de Elementos: Smbolos + Modelos
105Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Comportamiento Elctrico de los elementos: MODELOS y SUBCIRCUITOSTipos de Modelos (ecuaciones bsicas de partida):Ejemplo:
GASFET() CORE() NPN()CAP() IND() PNP()D() NMOS() LPNP()NJF() PMOS() RES()PJF() ISWITCH() VSWITCH()
Cada funcin tiene varios parmetros identificados con unos nombres determinados (47 en MOSFET)
Modelos
106Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Modelo de un elemento=
Empleo de un Tipo de Modelo (anteriores)+
Asignacin de valores a los parmetros
.MODEL D_MIO D(CJO=0.001fF IS=1E-6)
Los Modelos se definen en libreras .lib y seasignan a los smbolos como un atributo ms
Nombre del modeloSe puede usar como atributo
Tipo de modeloEcuacin empleada
Parmetros asignadosNo es preciso todos, resto por defecto
Modelos (II)
107Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Son MACRO-MODELOS: conjunto de elementos (simples u otros subcircuitos) conectados entre s, con nodos externos de conexin.
Otra manera de describir comportamiento elctrico
LM7815IN OUT
GND
Subcircuitos
108Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Se definen en .lib y su nombre se emplea como atributo de modelo de un elemento
Llamada desde elemento
X [nodos_necesarios*] [opcionales*] [nombre subc.]+[PARAMS: parametro=valor*]
Definicin en .lib
Nodos, parmetrosfunciones y modelos aqu
son locales
Subcircuitos (II)
.SUBCKT [nodo*] [OPTIONAL: nodo=valor*] +[PARAMS: parametro=valor*]
ComponentesModelosSubcircuitos
.ENDS
109Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Ejemplo de definicin: (en Opamp.lib).SUBCKT LM7815C Input Output Groundx1 Input Output Ground x_LM78XX +PARAMS:Av_feedback=550, R1_Value=3060.ENDS
Ventana de atributosdel elemento
Subcircuitos (III)
110Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Resistencias R: valor (puede ser
111Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Lneas de Transmisin T (sin prdidas): impedancia caract.(Z0) y retardo (TD) o frecuencia (f) y longitud de onda (NL) TLOSSY (con prdidas): longitud (LEN), R, L, G y C por unidad de longitud
Transformadores sin ncleo real XFRM_LINEAR (2 devanados): coupling y valor de inductancias L1 y L2 K_LINEAR (hasta 6 devanados): coupling y referencia de bobinas, no valor. En el esquema deben aparecer las bobinas con su inductancia
Elementos de Libreras Existentes: Pasivos (II)
Librera Analog
112Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Transformadores con ncleo real(modelo de Jiles-Atherton para ncleos)
XFRM_NONLINEAR (2 devanados): coupling y nmero de vueltas (no valor de inductancias) KBREAK (de 1 hasta 6 dev.): coupling y referencias en las bobinas, valor=vueltas. Se puede editar o asignar un modelo de ncleo.
En la librera MAGNETIC.OLB existen smbolos para modelos de ncleos reales (Philips)
Se puede especificar un solo devanado y simular una bobina con ncleo real
Se pueden ver las variables B y H en el material
Elementos de Libreras Existentes: Pasivos (III)
Librera Breakout
113Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Para alimentacin, estmulos y medidaLibreras Source.olb y Sourcestm.olb:
VDC/IDC: slo DC VAC/IAC: anlisis AC VEXP/IEXP: exponencial (en t) VPULSE/IPULSE: pulsatoria VPWL/IPWL: definida por puntos VPWL_ENH/IPWL_ENH: por puntos y peridica VPWL_F_RE_N_TIMES/IPWL_F_RE_N_TIMES: por puntos, se repite N veces, desde fichero VPWL_F_RE_FOREVER/IPWL_F_RE_FOREVER: por puntos, peridica, desde fichero
Libreras Existentes: Fuentes Indep. de V e I
Librera Source
114Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Para alimentacin, estmulos y medidaLibreras Source.olb y Sourcestm.olb:
VPWL_FILE/IPWL_FILE: por puntos desde fichero VPWL_RE_N_TIMES/IPWL_RE_N_TIMES: por puntos, se repite N veces VPWL_RE_FOREVER/IPWL_RE_FOREVER: por puntos, peridica VSFFM/ISFFM: modulada en frecuencia VSIN/ISIN: senoidal VSTIM/ISTIM: mediante editor de estmulos
Libreras Existentes: Fuentes Indep. de V e I
Libreras Source Sourcestm
115Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Fuentes bsicas con relacin lineal y polinmica E: de tensin controlada por tensin (EPOLY) F: de corriente controlada por corriente (FPOLY) G: de corriente controlada por tensin (GPOLY) H: de tensin controlada por corriente (HPOLY)
Fuentes dependientes de dos entradas ESUM/GSUM: V/I suma de tensiones de entrada EMULT/GMULT: V/I producto de tensiones de entrada
Libreras Existentes: Fuentes Controladas
Librera Analog
Librera ABM
116Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Fuentes de propsito general: dependencia de cualquier expresin de V/I en el circuito
E/GVALUE: relacin instantnea, especificar expresin puede intervenir el tiempo (time)
E/GTABLE: se evala una expresin y ese es valor de entrada a tabla de puntos que define la V I de salida
E/GLAPLACE: relacin salida/expresin con transformada de Laplace
E/GFREQ: relacin salida/expresin por una tabla que define comportamiento en frecuencia
Libreras Existentes: Fuentes Controladas (II)
Librera ABM
117Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Bloques de Sistemas de Control(slo un pin en E y S, tensiones referidas a masa)Simulacin de SISTEMAS FSICOS con un diagrama de bloques dado (ABM.olbModelos de Comportamiento Analgico)
ABM, ABM1, ABM2, ABM3: relacin instantnea, con 0,1, 2 3 entradas (salida tensin) ABM/I, ABM1/I, ABM2/I, ABM3/I: rel. instantnea, con 0,1,2 3 entradas (salida corriente) TABLE: tabla de relacin instantnea FTABLE: tabla de relacin en dominio de frecuencia LAPLACE: relacin con transformada de Laplace
Libreras Existentes: Fuentes Controladas (III)
Librera ABM
118Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Bloques de Sistemas de Control (continuacin)Operadores
CONST: constante SUM: suma MULT: multiplicacin de dos entradas GAIN: multiplicacin por una constante DIFF: diferencia de dos tensiones
Limitadores LIMIT: recorta la entrada que salga de rango GLIMIT: multiplicacin por cte. y recorte SOFTLIM: recorte suavizado segn funcin
Filtros de Chebyshev LOPASS: paso bajo HIPASS: paso alto BANDPASS: paso banda BANDREJ: rechazo banda
Libreras Existentes: Fuentes Controladas (IV)
Librera ABM
119Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Bloques de Sistemas de Control (continuacin)Operadores diferenciales
INTEG: integracin de la entradaDIFFER: derivada de la entrada
Funciones matemticasABS: mdulo SQRT: raz cuadradaPWR: entrada|potencia| PWRS: entradapotenciaLOG: log. base e LOG10: log.decimalEXP: eentrada SIN: senoCOS: coseno TAN: tangenteATAN: arcotangente
Libreras Existentes: Fuentes Controladas (V)
Librera ABM
120Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Abiertos o cerrados dependiendo de V o I
SBREAK: controlado por tensin de entrada: Si mayor de VON cerrado y R=RON Si menor de VOFF abierto y R=ROFF
WBREAK: controlado por corriente circulante por la entrada.
Si mayor de ION cerrado y R=RON Si menor de IOFF abierto y R=ROFF
Todos esos valores son parmetros del modelo quese deben asignar. Si no, se dan valores por defecto
Libreras Existentes: Interruptores Controlados
Librera Breakout
121Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
DIODOS: por referenciaDIODE.OLB, EDIODE.OLB,...
TRANSISTORES BIPOLARES: por referenciaBIPOLAR.OLB, EBIPOLAR.OLB, PWRBJT.OLB,...
TRANSISTORES FET DE UNIN: por referenciaJFET.OLB, JJFET.OLB,...
TRANSISTORES MOSFET: por referenciaPWRMOS.OLB, JPWRMOS.OLB, NE_MOS.OLB,...
Libreras Existentes: Semiconductores
122Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Ampl.Operacionales y Comparadores:ADV_LIN.OLB, ANLG_DEV.OLB, BURR_BRN.OLB...
Optoacopladores:OPTO.OLB, EBIPOLAR.OLB, PWRBJT.OLB,...
Reguladores lineales: OPAMP.OLB,...
Sensores de efecto Hall:FWBELL.OLB
Multiplicadores Analgicos:ANLG_DEV.OLB
Matrices de Transistores:ELANTEC.OLB, HARRIS.OLB,...
Libreras Existentes: Otros Semiconductores
123Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Librera FILTSUB.OLB Filtros Activos y PasivosLibrera MIX_MISC.OLB Rels: BOUNCE, NO_BOUNCE, RELAY_SPDT,...Librera ANL_MISC.OLB Impedancia/Admitancia controlada por tensin:
ZX: impedancia controladaYX: admitancia controlada
Interruptores de una transicin:SW_TCLOSE: cierran en un instante t dadoSW_TOPEN: abren en un instante t dado
C.I. de uso comn: 555
Libreras Existentes: variados
124Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Cmo Generar Nuevos Elementos
COMPONENTES Y SMBOLOS
- Editor de Librerasde Smbolos (PartsEditor)
MODELOS-Editor de Modelos (incluye Parts)
-Generacin grficade subcircuitos
Y si no est el elemento que necesito?
125Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Utilidad interesante en el grupo de programasde OrCAD.
Permite trabajar con libreras de modelos (.lib)
Escribir modelos, subcircuitos, aadir parmetros
Extraer parmetros del modelo Spice a partir de las caractersticas de catlogo del elemento (Utilidad Parts de versiones anteriores)
Crear automticamente una librera de smbolos (.olb) a partir de una librera de modelos (.lib)
Comprobar las curvas de un modelo
El Editor de ModelosModeled.exe
126Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Globalmente: para el elemento en cualquier esquema si se accede directamente desde el Editor de Smbolos (Modeled.exe)
Generando modelos: El Editor de Modelos
Modeled.exe
Permite cambiar el modelo de un componente
Localmente: slo para el elemento de ese esquemasi se accede desde el Capture: Edit -> Pspice Model
Incluye la posibilidad de:- Cambiar, copiar, y borrar modelos- Editar el modelo con un editor de texto- Extraer los parmetros de las curvas caractersticas y visualizar dichas caractersticas - Crear libreras de smbolos
127Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Si entramos desde el Editor de Esquemas- Se hace una copia del modelo en una librera local cuyo nombre es nombre_del_proyecto.lib- Si esa librera no existe, se crea automticamente- Esa librera se configurar automticamente en los Perfiles de simulacin como local (Simulation Settings -> Libraries)
Generando Modelos: El Editor de Modelos (II)
MODELOS DESCRIPCIN O CURVAS DEL MODELO
-AKO (A Kind Of) son modelos generados a partir de otros cambiando algn parmetro
128Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Generacin automtica de modelo:Model -> New. Seleccionar el tipo de componente y ajustar curvas. View -> Normal/Model Text cambia la vista de curvas a modelo
Generando Modelos: El Editor de Modelos (III)
CURVAS DEL MODELO
PARMETROS DEL MODELO
129Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
No es aconsejable cambiar los modelos de las libreras originales.
Pero, qu hago si no tengo el elemento?.
SUGERENCIAS
Generando Modelos: El Editor de Modelos (IV)
a).- Utilizar smbolos con modelos abiertos (limpios)como los de breakout.olb
b).- Generar libreras de smbolos propias con nuevos nombres
130Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Idea: convertir un esquema con entradas y salidas en una definicin de subcircuito (.SUBCKT.....) que se puede incluir en una librera .lib
Pasos:1.- Editar el subcircuito2.- Colocar puertos de interfaz (Hierarchical Ports), y asignarles nombres diferentes3.- Salvar el fichero del esquema4.- Desde el Project Manager, seleccionar el esquema con el subcircuito5.- Ejecutar Tools > Create Netlist
Generar nuevos elementos mediante Subcircuitos
131Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Pasos (continuacin):6.- Seleccionar la pestaa Pspice7.- Marcar la casilla Create SubCircuit Format Netlist8.- Asignar el nombre de la librera en que se guardar el subcircuito (.lib)
Generar nuevos elementos mediante Subcircuitos (II)
9.- Si se desea, se puede retocar el circuito desde el editor de modelos, aadiendo parmetros, por ejemplo
132Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Se sita el subcircuito definido en una libreraaccesible (.lib) o como fichero de inclusin (.inc)
El nombre del subcircuito ya puede ser usado comomodelo para un nuevo smbolo
Se puede retocar la definicin de subcircuitomediante un editor de texto o el propio editor de modelos
Uso de Subcircuitos
133Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Qu podemos hacer?
Crear y/o modificar Componentes y smbolosDibujar el componente Editar nombre y nmero de pines
Aadir y definir atributosDefinir otros atributos no relacionadoscon la simulacin como el encapsulado
Se puede lanzar:- Abriendo un fichero .olb- Desde el Project Manager: File -> New/Open -> Library- Desde Capture: Seleccionar elemento: Edit -> Part
Generando Componentes (Parts): Part Editor
134Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Componente o smbolo en el editorEl Editor de Componentes (II)
Nombre librera:Nombre elemento
Smbolo: dibujo del elemento
Pines de conexin
PartProperties
Cuerpo (Body Outline)
135Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
El Editor de Componentes (III)Creacin de un nuevo componente/ smbolo:
Botn derecho
Part: componente Smbolo: masa, ports,etc
NombreReferenciaEncapsulado
Partes por CI
Tipo
Permite enlazar modelos
Alias (otros nombres)
136Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Pasos a seguir:1.- Ajustar el tamao del cuerpo (rea de dibujo)2.- Dibujar el cuerpo del componente: Place-> (Formas grficas)4.- Situar los pines Place->Pin o Pin Array5.- Definir los atributos del elemento (Properties): Options->PartProperties
Por defecto, aparecen: Name (nombre del componente), Part Reference (referencia), Value (valor), y otros relacionados con los pines y la implementacinImportante: El atributo PSpiceTemplate es una plantilla de sustitucin en la netlist, que enlaza con otros atributos de acuerdo con unas reglas, permitiendo el enlace con el simuladorY, finalmente:6.- Guardar los cambios (File -> Save)
El Editor de Componentes (IV)
137Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Conjunto de nombres y valores asignados a unsmbolo de una librera.-Asociados a Pspice-Asociados a otras utilidades, p.e. encapsulados
ATRIBUTO CLAVE PSPICE: PspiceTemplate
Atributos de un Elemento (User Properties)
138Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
- PSpiceTemplate define la lnea que aparece en la lista de conexiones (Netlist) que precisa Pspice para ejecutar la simulacin
- Enlaza el resto de atributos del elemento para que aparezcan en el fichero .net de manera que puedan ser interpretados por PSpice
- La plantilla depende del tipo de elemento, es muy importante respetar la sintxis adecuada. La letra inicial de la lnea identifica el elemento
- Aparecen: referencia, nodos, valores, nombres de modelos, cond.iniciales, funciones,...
Atributo PSpiceTemplate (Plantilla de Pspice)
139Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Caracteres especiales que preceden a los atributos
"@", "?", "#", "&, "~ y normas de sustitucin y enlace@ se sustituye por y error si no hay identificador de atributo
o si no hay un valor asignado.& se sustituye por si est definido?s...s se sustituye por el texto entre s...s si est definido#s...s idem pero elimina el resto de TEMPLATE si est indefinido~s...s se sustituye por el texto entre s...s si est indefinido
Atributo PSpiceTemplate (II)
140Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
los condicionales anteriores pueden tener su alternativa (else)
?s..ss..s se sustituye por el texto entre s...s si est definido, si no se sustituye por la segunda parte~s...s se sustituye por el texto entre s...s si est indefinido, si no por el segundo texto
NOTA: s es cualquier carcter no regular (distinto de alfanumricos, $ y _ )
Atributo PSpiceTemplate (II)
141Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Caracteres especiales:
^ sustitucin por el camino jerrquico del dispositivo se enlazan con _ (underscore)
/n nueva lnea
% precede a los pines del componente, deben tener el mismo nombre que el asignado en el editor de smbolos
Atributo PSpiceTemplate (III)
142Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Pasivos
Resistencia (R)R [] Condensador (C)C [nombre modelo] [IC=]Bobina (L)L [nombre modelo] [IC=]
Declaracin de Dispositivos: Plantillas
143Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Pasivos
Lnea de Transmisin (T)T
+Transformador (K), sin modelo de ncleoK L
145Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Fuentes Controladas
De Tensin controlada (E)E
Formas de modelar el comportamiento analgico adicionales son: VALUE, TABLE, LAPLACE, FREQ, y CHEBYSHEVDe Corriente controlada (G)F
Formas de modelar el comportamiento analgico adicionales son: VALUE, TABLE, LAPLACE, FREQ, y CHEBYSHEV
Declaracin de Dispositivos: Plantillas (III)
146Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Interruptores Controlados
Por Tensin (S)S
Por Corriente (W)W
Declaracin de Dispositivos: Plantillas (IV)
147Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Semiconductores
Diodo (D)D [valor del rea]JFET (J)J [valor del rea]MOSFET (M)M
+[Parmetros del modelo comn]Transistor Bipolar (Q)Q+[Sustrato][Valor de area]
SubcircuitosX [nodos] [PARAMS:]
Declaracin de Dispositivos: Plantillas (V)
148Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
1.- Se abre una librera de smbolos existente File > Open(aparecen todos los elementos)
o se crea una nueva librera de smbolosFile > New
2.- Se puede tomar un smbolo existente como partida > doble click y editarlo o crear uno nuevo: New part
Entramos en el Editor de Smbolos
Resumen: cmo crear un Modelo con Plantilla Pspice (PSpiceTemplate)
149Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Se le asigna modelo Pspice (PSpice Model) y nombre de modelo
3.- Se deben adjuntar propiedades de modeloActivar Attach ImplementationPara acceder ms tarde: Options > Package properties
OJO!Nombre
de modeloSpice
Resumen: cmo crear un Modelo con Plantilla Pspice (PSpiceTemplate)
150Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
4.- Se abre ventana de definicin de propiedades (Options -> Part Properties)
5.- Salvar el elemento y cerrar el Editor
Resumen: cmo crear un Modelo con Plantilla Pspice (PSpiceTemplate)
Se definen los atributosque se deseen. PSpiceTemplate enlaza con el resto con los caracteres y normas conocidas
151Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Punto de partida: un modelo o subcircuito contenido en una librera de smbolos (.lib, .inc,.mod, etc)
Generar directamente un componente para un modelo o subcircuito
Abrir el editor de modelos
Seleccionar File -> Create Capture PartsSeleccionar la librera origen y la librera (.olb) destino en la que guardar los componentes creados
152Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
1.- La Simulacin en el Proceso de Diseo2.- El Programa de Simulacin y su Entorno3.- El Proceso de Simulacin4.- Descripcin del Circuito5.- Anlisis de los Resultados de Simulacin6.- Especificacin de la Simulacin:
Tipos de Anlisis Posibles7.- Ejecucin de la Simulacin: Opciones8.- Libreras de Elementos y Atributos9.- Aspectos prcticos10.- Simulacin de Sistemas de Potencia
NDICE DE LA PRESENTACIN
153Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
- Mayores problemas al principio de la simulacin: slo se conoce un punto de convergencia (bias point).Si se usan condiciones iniciales puede que no haya convergencia al principio
- No emplear grandes valores de C y L
- Los tiempos de conmutacin no deben ser nulos variaciones bruscas que obligan a reducir el time step.Es aconsejable introducir snubbers R-C o capacidades parsitas en paralelo con diodos, SCRs, interruptores,...
- Emplear valores pequeos (pero no nulos) para tiempos de subida y bajada en fuentes tipo pulsatorio
Problemas de Convergencia: Consejos prcticos
154Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
- Para bobinas, situar una resistencia en paralelo para limitar su ancho de banda (sino infinito) y comportamiento en alta frecuencia. Picos en interruptores de conmutacin elevados. (Resistencia serie sirve para reflejar prdidas en DC pero no limita ancho de banda)
- Para C, situar una resistencia en serie por similar motivo
- Situar R grande en paralelo con elementos que dan problemas de convergencia (pistas del fichero .out: These voltages failed to converge...)- Aumentar tolerancias de clculos: ABSTOL=1u, GMIN=1u, ITL1=400, ITL4=100 RELTOL=1%=0.01
Intento 1Intento 2
Problemas de Convergencia: Consejos prcticos (II)
155Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Se puede configurar el Post-procesador grfico, mediante los perfiles de simulacin:
Control de la Simulacin: Salidas y Resultados
- Cundo y cmo arranca (Probe)- Qu datos se almacenan en el fichero .dat- En qu formato se almacenan dichos datos
Situa marcadores en los puntos que interese del circuito (antes o despus de ejecutar la simulacin)
Pspice -> Markers
156Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Se pueden volcar resultados al fichero (.out)Pseudocomponentes en Special.olb:
IPRINT: tabla de valores de corrienteIPLOT:tabla y representa grficamente i con *VPLOT1:tabla y representa tensin en un puntoVPLOT2: tabla y representa tensin entre 2 puntosVPRINT1: tabla de tensiones en un punto VPRINT2: tabla de tensiones entre 2 puntosWATCH1: muestra resultados y para simulacin sivariable sale de rango
Control de Simulacin: Salidas y Resultados (II)
157Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Llamada al Simulador, acciones:- Verificacin de Reglas Elctricas (ERC)- Generacin de la Netlist- Generacin del Conjunto de Ficheros del Circuito- Ejecucin, ventana de estado de simulacin Pspice- Activacin de Pspice A/D Probe, si estaba as configurado
Desde Capture: Pspice -> Run
Desde fuera de Capture:1.-Seleccionar y activar programa Pspice A/D2.-Activar ventana File/Open y seleccionar un fichero .cir o .sim
Ejecucin de la Simulacin
158Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Ejecucin por lotes de varias simulaciones:
-Reuniendo varias descripciones de circuitos en un solo fichero de extensin .cir (es de texto). Cada circuito se inicia con una lnea de comentario y finaliza con una lnea .END
-Mediante la cola de simulacin (Simulation Queue), accesible en Pspice A/D en View -> Simulation Queue, y especificando varios ficheros de circuito (.cir o.sim)
Ejecucin de la Simulacin (II)
- Se ejecutan secuencialmente y se van generando los ficheros de resultados (.dat)
Permite un control completo de los ficheros a simular.
159Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
1.- La Simulacin en el Proceso de Diseo2.- El Programa de Simulacin y su Entorno3.- El Proceso de Simulacin4.- Descripcin del Circuito5.- Anlisis de los Resultados de Simulacin6.- Especificacin de la Simulacin:
Tipos de Anlisis Posibles7.- Ejecucin de la Simulacin: Opciones8.- Libreras de Elementos y Atributos9.- Aspectos prcticos10.- Simulacin de Sistemas de Potencia
NDICE DE LA PRESENTACIN
160Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Empleo de Modelos Promediados para convertidores conmutados
Diseo de lazos de regulacin para convertidores conmutados
Libreras de Elementos de Potencia
10.-Simulacin de Sistemas Electrnicos de Potencia
161Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Objetivos:
Identificar un bloque comn no lineal en los convertidores conmutados
Representar ese bloque por medio de un transformador ideal promediado ciclo a ciclo
Sustituir en las simulaciones el bloque no lineal por el transformador ideal
Modelos Promediados para convertidores conmutados
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Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Ventajas de los modelos promediados:
Tiempos de simulacin muy inferiores
El sistema es ahora lineal, se puede obtener la respuesta dinmica y se puede realizar el anlisis en el dominio de la frecuencia, para el diseo de la realimentacin p.e.
Pspice puede simular convertidores conmutados con modelos reales
Modelos Promediados para conv.conmutados (II)
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MCC (modo de conduccin continuo) = Interruptor de 2 posiciones
Buck
Boost
Buck/boost
Modelos Promediados: Bloque comn no lineal
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A un lado tensin (vvp)y a otro corriente (icp)con evolucin continua
vvp
ivp
vcp
icp
Arriba en ON, abajo en OFF Funcin q(t): q=1 arribaq=0 abajo
(t)q(t)(t)i(t)vq(t)(t)v
cpvp
vpcp
i==
Var.dependientes Var.independientes
vvp
icp
Modelo Promediado (I)
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Promediemos +== Tttk kk dttqTdtq )(1)(Valor del duty en intervalo k
La frecuencia de variacin de la salida es mucho menor que la frecuencia de conmutacin (1 2 rdenes de magnitud)
)(tddk )()()(
)()(
titdti
Vintdtv
cpvp
cp
==
Deduccin geomtrica
Adems hay igualdad de potencias de entrada y salida
Modelo Promediado (II)
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Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
A qu responde entonces el modelo?:Es un transformador ideal de relacin 1/d(t)
vvp vcp
icpivp
1:d(t)Cmo est implementado en Pspice?
Tensin Corriente
ComnDuty
Modelo Promediado (III)
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Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Ahora Interruptor de 3 posiciones:
vvp
ivp
vcp
icpTrans.: on diodo: offTrans.: off diodo: onTrans.: off diodo: off
Nuevo modelo con ms fuentes dependientes de v e i en el circuito
NOTA:Debemos conocer a priori en qu situacin vamos a encontrarnosaunque en gran seal podra pasar por transitorios de ambosExiste modelo con condicionales que permite trabajar en ambas situaciones en funcin de las condiciones internas que se den en el circuito
Modelo Promediado: Modo de Conduccin discontinuo
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Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Librera SWIT_RAV.OLB: Smbolos con modelos promediado para CCM, DCM con control modo tensin o modo corriente (subcircuitos en .lib)Libreras PE_LIB.OLB (prof. Ned Mohan) para OrCAD 9.0
Ejemplo: VMLSCCMmodo tensin y CCM
Parmetros a asignar:
RMPHITE: altura de rampadel diente de sierra de comp.
VALLEYV: valor inicial del dientede sierra
Control duty
Terminalde disp.activo
Terminalde disp.pasivo
Comn
Modelos Promediados
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Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Simulacin completa
Con modelo promediado
Modelos Promediados para conv.conmutados
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Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Pasos:
Linealizar el sistema por medio de modelos promediados en torno al punto de trabajo
Disear el regulador usando la teora de control para sistemas lineales
Comprobar la respuesta del sistema con simulaciones
Diseo de lazos de regulacin para convertidores conmutados
171Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Amplificadorde Error
Gc(s)
Mod. PWM1/Vr
Et. de Potenciay CargaGvd(s)
Diseo?
+
-
^drefoV ,
^ ^oV
^cV
Nos fijamos en la funcin de transferencia en cadena abierta
Gabierta(s)=Gc(s)*Gvd(s)*1/Vr
No hay que deducirla matemticamente
Cmo debe ser para que la cadena abierta sea la adecuadacon las especificaciones
Diseo de Lazos de Regulacin (III)
172Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Criterios frecuenciales para cadena abierta:
Polo en el origen para error nulo en permanente
Frecuencia de corte a 0 dB por debajo de 0.1 veces la frecuencia de conmutacin(A mayor ancho de banda ms rapidez pero mayorsusceptibilidad al ruido)
Margen de fase entre 45 y 60(A mayor margen de fase menor sobreoscilacinen la salida ante escalones)
Diseo de Lazos de Regulacin (IV)
173Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Pasos a dar con PSpice:1.- Representar la funcin de transferencia de la etapade potencia, en pto.de trabajo y con variacin en dutyde pequea seal
Nivel parafijar pto.defuncionamiento
Diseo de Lazos de Regulacin (V)
174Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
2.- Elegir la funcin de transferencia del regulador ycalcular valores, luego incluirla en la cadena abiertaverificando que cumple especificaciones
F.deT. del regulador
Valores del regulador
Pasos a dar con Pspice (II):
175Simulacin DIEECS-Universidad de Oviedo
Simulacin, Modelado y Compatibilidad Electromagnticade Sistemas Elctricos y Electrnicos de Potencia
Librera PE_LIB.OLB: Primera aproximacin con elementos tericos
Diodos, interruptores controlados y SCRs
Transformadores
Convertidores CC/CC aislados
Controladores
Librera para Sistemas de Potencia