仿真神器LTspice的电路设计技巧

• 写下关键规格 (电压范围、温度范围、最大电流、保护电路、变化的负载条件、最大尺寸等)。
• 选择系统或电路的基本体系结构。
• 预测系统各部分所需的参数。
• 找到最适合所选体系结构的组件。
• 设计原理图。
• 预测设计电路的工作条件，并检查它们是否符合关键规格。
• 建立一个原型。
• 测试原型并确认已达到预测参数并满足关键规格。
• 如果不符合关键规格，请进行所需的更正 (从步骤4重新开始)。

图1.

为何使用LTspice进行电源电路设计？

从单组件仿真到全系统仿真，LTspice的灵活性使其可以用于各种仿真。

对于电源电路设计，LTspice可以帮助:

• 加速设计和验证: 在几秒钟或几分钟内就可以模拟电路，避免大量的手动计算，因此可以快速迭代反复试验过程，直到达到所需的结果。

• 比较组件: 更改组件并启动新的模拟是一项简单的任务，而在真实的原型上进行相同的操作则需要一些时间。通过仿真选择正确的组件可以带来很大的好处。

• 在没有损坏风险的情况下检查电路: 在测试电源电路时可能会发生损坏，并且维修可能非常耗时。在原型测试之前模拟电路可以在任何损坏之前突出问题。

• 易于测量: 在电路仿真中放置电压或电流探头并查看波形既容易又直接，而在现实电路中却不这样做。

• 模拟理想条件: 理论思想和现实世界实现之间的不同结果可能会令人困惑。借助LTSpice模拟器，可以使用理想的组件 (即理想二极管，无损耗电感器等)，并检查其在理想条件下的工作方式。

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• 上面的列表可以扩展，因为使用LTspice等仿真工具有很多原因。

• 现在，我们将讨论使用LTspice进行电源电路设计的实用技巧。

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技巧1.如何生成效率报告

使用时域分析 (.TRAN指令)，对于单输入/单输出电路，它可以自动生成 效率报告 。该报告以表格的形式出现，其中包含: 输入功率、输出功率、效率计算、电流和电路每个组件的功率。

启动后 瞬态仿真 ,一旦电路达到稳态条件，就会计算参数。

图2。

以下是生成 效率报告的步骤:

• 绘制原理图，包括一个电压源（假设为输入）和一个名为 Rload 的负载（假设为负载）。
• 右键单击 “.TRAN“ 指令，然后选择”如果检测到稳态，则停止模拟”。“steady” 参数显示在 “.TRAN“指令。
• 运行模拟。
• 从菜单栏中，单击 View > Efficiency Report > Show in Schematic。报告将出现在原理图中。

技巧2.如何模拟变化的负载

电源电路通常承受不同的负载，因此检查不同负载条件下的电路非常重要。

在LTspice中，这是通过使用 “.STEP” 指令来完成的，该指令将自动重新启动仿真，同时每次更改全局变量的值。如果该变量与负载电流相关联，则针对不同的负载值重复模拟。

图3.

下面是模拟上述电路中负载变化的步骤：

• 将电流源作为负载 （I1） 并将其值设置为 {Iload}。current 的值是一个可以更改的全局变量，而不是一个固定的数值。

• 添加 “.STEP“指令，如图 3 所示。它将使模拟器重复模拟，同时每次以 0.25 的步长将可变负载从 0.25 更改为 1。换句话说，将在 0.25A、0.5A、0.75A、1A 的输出负载下进行模拟。

• 运行模拟。

• 将电压探头放在一个节点（即输出电压）上。绘图窗格将为每个仿真步骤显示具有不同颜色的电压波形，在本例中为每个负载值。

技巧3.如何自动计算参数

在模拟电路时，可能需要计算输入功率或输出功率等重要参数。LTspice可以通过自动执行这些计算为您节省一些时间。

当执行多个仿真步骤时，该特征可能特别有用，因为仿真器将自动计算每个仿真步骤的请求参数。

图4。

在上面的模拟中，我们添加了三个 “.MEAS” 指令来自动计算:

• pin：输入功率是输入电压和 电流的乘积;

• pout：输出功率为输出电压和电流的乘积;

• EFF：根据定义计算为 POUT/PIN 比率的效率。

在模拟运行结束时，按 CTRL + L 打开包含计算参数的仿真日志，如图5所示。

图5。

在日志中，LTspice为每个仿真步骤计算了三个参数。这种技术可以为设计师节省大量时间。

注意，在步骤3中，对于负载电流1A，计算的值与在tip1中生成的效率报告中已经提供的值相同。

技巧4..绘制每次模拟运行的计算参数

在自动计算参数之后，绘制它们以检查它们如何随着每个模拟步骤而变化可能是有用的。该特征的典型用途是绘制针对不同负载值的开关转换器的仿真效率。