QSPICE: محاكي لدارات الطاقة

برنامج QSPICE عبارة عن محاكي إشارة تناظرية ومختلطة يتميز بسرعة محاكاة عالية ودقة وموثوقية. يتكون البرنامج من عدة برامج قابلة للتنفيذ لاكتساب الأنماط والمحاكاة وعرض شكل الموجة والمعالجة اللاحقة. بشكل عام ، يستدعي البرنامج الرئيسي QUX.exe الملفات التنفيذية الأخرى حسب الحاجة. يتم توزيع QSPICE مجانًا وهي قيد التطوير المستمر.

محاكي قوي وسهل الاستخدام

تم تصميم QSPICE ليكون سهل الاستخدام ، حيث يقدم مجموعة واسعة من الميزات لمحاكاة الدوائر الإلكترونية. يدعم البرنامج محاكاة الدوائر التناظرية والرقمية والمختلطة ومحاكاة ترددات الراديو ودوائر الطاقة. واحدة من الميزات الرئيسية لـ QSPICE هي واجهة المستخدم البديهية للغاية. يقدم البرنامج عرض دائرة رسومية ، مما يسمح للمستخدمين بإنشاء الدوائر وتحريرها بسهولة. بالإضافة إلى ذلك ، يقدم QSPICE مجموعة واسعة من أدوات التحليل ، بما في ذلك تحليل التيار المستمر والتيار المتردد والتحليل العابر والضوضاء. QSPICE قابل للتخصيص بدرجة كبيرة أيضًا. يمكن للمستخدمين إنشاء نماذج المكونات الإلكترونية الخاصة بهم ودمجها في البرنامج.

المكتبة المكونة

يتم تجميع المكونات الإلكترونية لجهاز المحاكاة في العديد من الفئات ، ويمكن الوصول إليها من قائمة قابلة للتوسيع بشكل هرمي. في الوقت الحالي ، تتضمن القائمة العناصر التالية ، ولكن سيتم إضافة المزيد قريبًا:

• الرموز المضمنة (الأجهزة الأصلية)
• سلوكية
• قورفو

باستخدام الاختصارات (على سبيل المثال ، مجموعة من مفتاح واحد أو أكثر على لوحة المفاتيح) ، من الممكن ، من ناحية أخرى ، إضافة العناصر الأساسية في مخطط الأسلاك.

05.18.2023

05.17.2023

05.15.2023

قائمة الاختصارات كما يلي:

• يرسم W اتصالاً.
• يرسم G أرضية الدائرة (يتم اقتراح ثلاثة رموز مختلفة مع الضغط المستمر على نفس المفتاح).
• N يضع اسم اتصال (NET Name).
• T يضع توجيه سبايس.
• Ctrl + A يرسم قوسًا بيانيًا.
• يرسم Ctrl + B مستطيلًا بيانيًا.
• Ctrl + L يرسم خطًا بيانيًا.
• Ctrl + 3 يرسم مثلثًا بيانيًا.

يُنصح بمعرفة مجموعات هذه المفاتيح جيدًا ، حيث يتم استخدامها كثيرًا عند إنشاء المخططات الكهربائية. محرر مخطط الأسلاك قابل للتخصيص ، ومن الممكن تغيير لون الخلفية وسمك الاتصالات ، وعرض شبكة الرسم ، والأهم من ذلك ، نسخ مخطط الأسلاك إلى الحافظة كمستند رسومي. محرر QSPICE هو أحد المحرر القلائل الذي يسمح بتدوير المكونات الإلكترونية بزاوية 45 درجة. كما هو موضح في الشكل 1 ، يمنح البرنامج القدرة على تدوير أي مكون بزاوية نصف زاوية قائمة. هذه القدرة مفيدة بشكل خاص عند رسم مقومات جسر الصمام الثنائي أو مخططات مماثلة.

مثال محاكاة

يتضمن المثال التالي محاكاة نظام موقوت ، والذي ينشط حمل الطاقة بعد ثوانٍ قليلة من تشغيله. يتم تحقيق التوقيت من خلال الشحن التدريجي لمكثف إلكتروليتي من خلال المقاوم. عندما تصل الإمكانات الكهربائية في نهاياتها إلى عتبة معينة ، فإنها تؤدي إلى توصيل SiC FET (متوفر في المكتبة) ، مما يؤدي إلى تنشيط الحمل بشكل فعال. يوضح الشكل 2 مخطط الدائرة للنموذج الأولي.

يتكون من المكونات الإلكترونية التالية:

• V1: مولد جهد 12 فولت مثالي
• R1: 1-kΩ المقاوم
• C2: مكثف كهربائيا 1500 درجة فهرنهايت
• M1: UF3C065030 SiC FET
• R2: 3-Ω المقاوم الذي يمثل الحمل المقاوم للنظام

جهاز UF3C065030 ، المتوفر في مكتبة QSPICE ، هو N-channel SiC FET مع الخصائص الكهربائية التالية:

• الخامس_DSS: 650 فولت
• أقصى تيار مستمر: حتى 85 أ
• الخامس_ع جهد القيادة: 12 فولت
• ص_{DS (تشغيل)}: 35 متر مكعب
• سعة الإدخال: 1500 بيكو فاراد
• أقصى تبديد للطاقة: 441 واط في عبوة TO-220-3

العقدة التي يتم سحب الجهد الصاعد منها (بين R1 و C2) ، تسمى “Out” ، تقوم بتشغيل بوابة SiC FET مباشرة. في البداية ، يكون الأخير مفتوحًا ، ولكن عندما يصل جهد البوابة إلى قيمة معينة ، فإنه يتحول على الفور إلى حالة التشغيل ويغلق الدائرة. بهذه الطريقة ، يقوم جهد التغذية بتشغيل الحمل وتشغيله.

يرافق المخطط توجيهان هامان من SPICE:

• .tran 3: هذا التوجيه يحدد محاكاة عابرة.
• .IC v (خارج) = 0: يضبط هذا التوجيه العقدة “Out” على القيمة الأولية 0 V ، وينفذ ، في الواقع ، حالة المكثف المفرغ في بداية المحاكاة.

بالضغط على المفتاح F5 ، تبدأ المحاكاة على الفور. يكفي النقر فوق عقدة في مخطط الدائرة أو أحد المكونات للحصول على قيم الجهد والتيار. في الشكل 3 ، يمكنك رؤية الرسم البياني العابر للجهد المتزايد على مكثف التحليل الكهربائي (يساوي جهد بوابة FET) ، يتم التعامل معه بواسطة ثابت الوقت والتيار المتدفق على الحمل.

من المثير للاهتمام ملاحظة بعض الجوانب المهمة للمحاكاة:

• يتم تنشيط الحمل بعد 850 مللي ثانية من بداية المحاكاة ، وفقًا لخصائص SiC FET.
• تبلغ مدة النظام الخطي لـ SiC FET حوالي 120 مللي ثانية ، حيث يبدد الجهاز معظم الطاقة.
• يرسم الحمل حوالي 4 أ.

يوضح الرسم البياني في الجزء السفلي من الشكل 3 طاقة الذروة أثناء التبديل. نظرًا لأن هذه الفترة قصيرة للغاية (حوالي عُشر الثانية) ، فإن SiC FET لا يواجه أي تسخين غير طبيعي.

يعمل برنامج المحاكاة باستخدام لغة SPICE. لذلك ، يمكن أيضًا عرض قائمة الشبكة الخاصة بمخطط الدائرة ، كما هو موضح أدناه:

* C: \ المستخدمون \ calim \ التنزيلات \ aaa.qsch
V1 N01 0 12V
R1 خارج N01 1 كيلو
C2 خارج 0 1500 فائق التوهج
M1 N02 خارج 0 0 UF3C065030 NMOS
R2 N01 N02 3
.tran 3
.IC v (خارج) = 0
.lib NCASCODE.txt
.نهاية

محاكاة المرجع أمبير

يجعل QSPICE من السهل محاكاة مضخم التشغيل غير المقلوب (op amp) ، وهو أحد أكثر الدوائر شيوعًا المستخدمة في الإلكترونيات. تعتمد هذه الدائرة على جهاز أمبير ، وهو مكون إلكتروني يضخم إشارة الإدخال. في الدائرة غير المقلوبة ، يتم تطبيق إشارة الإدخال على المدخلات غير المقلوبة لمكبر الصوت ، بينما يتم تطبيق التغذية المرتدة السلبية على الإدخال المقلوب. تضمن التغذية الراجعة السلبية أن إشارة الخرج المضخمة هي نسخة طبق الأصل من إشارة الإدخال ولكن بسعة أعلى. يستخدم مضخم الصوت غير المقلوب على نطاق واسع في تطبيقات تضخيم الإشارة ، مثل مكبرات الصوت وتطبيقات التحكم الآلي.

يوضح الشكل 4 المخطط العام لمكبر المرجع غير المقلوب ، جنبًا إلى جنب مع الرسم البياني لإشارة الإدخال والإخراج. مصدر الجهد المتناوب الجيبي (V1) له ذروة جهد 15 مللي فولت عند 1 كيلو هرتز. يغذي مصدر الجهد الموجب 3-V (V2) الشبكة الموجبة للدائرة ، بينما يغذي مصدر الجهد 3-V (V3) الشبكة السلبية لجهاز المرجع. المرجع أمبير عام ومثالي (A1) ، ويشكل خرجه (OUT) شبكة تفاعل مع إدخال مقلوب لكسب ثابت عند 10. تستمر المحاكاة العابرة 3 مللي ثانية ، وبعدها الرسوم البيانية للجهد عند مدخلات ومخرجات يتم عرض الدائرة. كما يمكن رؤيته ، فإن إشارة الخرج v (out) لها سعة 10 × تلك الخاصة بإشارة الإدخال v (in) وهي في الطور تمامًا.

جهاز محاكاة QSPICE قوي وموثوق وسهل الاستخدام. يمكن أيضًا إنشاء رموز ومكونات جديدة معها. كما هو الحال مع جميع أجهزة المحاكاة الإلكترونية ، يجب على المستخدم معرفة لغة SPICE على الأقل لاستخدام البرنامج بشكل كامل. ميزة رائعة هي إمكانية إضافة صور بيانية في مخطط الدائرة ، وهو خيار لا يوجد غالبًا في برامج المحاكاة الإلكترونية الأخرى. يحتوي البرنامج على وثائق ممتازة يمكن الرجوع إليها محليًا وليس على الإنترنت.

يمكنك الاشتراك في الإصدار التجريبي من QSPICE ، والذي سيتم طرحه في يوليو من هنا.

Maurizio Di Paolo Emilio حاصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء ومهندس اتصالات. عمل في العديد من المشاريع الدولية في مجال أبحاث موجات الجاذبية ، وتصميم نظام التعويض الحراري (TCS) وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها ، وفي مشاريع أخرى حول الحزم الميكروية للأشعة السينية بالتعاون مع جامعة كولومبيا ، وأنظمة الجهد العالي وتقنيات الفضاء. للاتصالات والتحكم في المحركات مع ESA / INFN. تم تطبيق TCS على تجربتي Virgo و LIGO ، التي اكتشفت موجات الجاذبية لأول مرة وحصلت على جائزة نوبل في عام 2017. منذ عام 2007 ، كان مراجعًا للمنشورات العلمية للأكاديميين مثل مجلة Microelectronics Journal ومجلات IEEE. علاوة على ذلك ، فقد تعاون مع شركات صناعة إلكترونية مختلفة والعديد من المدونات والمجلات الإيطالية والإنجليزية ، مثل Electronics World و Elektor و Mouser و Automazione Industriale و Electronic Design و All About Circuits و Fare Elettronica و Elettronica Oggi و PCB Magazine ، كاتب / محرر تقني متخصص في عدة مواضيع في الإلكترونيات والتكنولوجيا. من عام 2015 إلى عام 2018 ، كان رئيس تحرير Firmware و Elettronica Open Source ، وهما مدونات ومجلات تقنية لصناعة الإلكترونيات. شارك في العديد من المؤتمرات كمتحدث في الكلمات الأساسية لموضوعات مختلفة مثل الأشعة السينية وتقنيات الفضاء وإمدادات الطاقة. يستمتع موريزيو بكتابة وإخبار القصص حول إلكترونيات الطاقة وأشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة العريضة والسيارات وإنترنت الأشياء والمدمجة والطاقة والحوسبة الكمومية. ماوريتسيو هو محرر محتوى في AspenCore منذ عام 2019. وهو حاليًا رئيس تحرير Power Electronics News و EEWeb ومراسلًا لـ EE Times. وهو مضيف برنامج PowerUP ، وهو بودكاست حول إلكترونيات الطاقة ، ومروج ومنظم مؤتمر PowerUP الافتراضي ، وهو قمة يتحدث فيها المتحدثون الرائعون كل عام عن اتجاهات تصميم إلكترونيات الطاقة. علاوة على ذلك ، فقد ساهم في عدد من المقالات التقنية والعلمية بالإضافة إلى عدد من كتب Springer حول حصاد الطاقة وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها.