Cómo calcular la eficiencia de un circuito con la ayuda de LTspice

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Tenga en cuenta que esta no es una pregunta para la crítica del circuito (y se pueden decir muchas cosas sobre este circuito), pero este circuito es solo la base para la discusión de otros puntos.

Aquí está (un PWM basado en NE555 que maneja un dólar): (El archivo .asc puede ser encontrado aquí )

Quiero medir la eficiencia de tales convertidores y circuitos similares, junto con la contribución de las piezas individuales a la potencia disipada (para identificar los componentes que podrían optimizarse para disipar menos).

Ahora para medir la eficiencia, simplemente debería hacer \ $ \ eta = \ frac {P_ \ mathrm {out}} {P_ \ mathrm {in}} \ $. Y para DC y cargas simples, es bastante fácil calcular la potencia disipada como \ $ P = V_ \ mathrm {drop} \ cdot {} I \ $. Para una onda sinusoidal y una carga óhmica, tampoco es difícil, parece que haces \ $ P = rms (V_ \ mathrm {drop}) \ cdot {} rms (I) \ $ o cuando tienes una herramienta como LTspice puede hacer que se dibuje \ $ V_ \ mathrm {drop} \ cdot {} I \ $ para obtener pasos de tiempo suficientemente pequeños y luego tomar el promedio de estos.

¿Pero qué hacemos para formas de onda más complejas / inusuales? Tomemos, por ejemplo, el diagrama de LTspices de \ $ V_ \ mathrm {drop} \ cdot {} I \ $ para L1:

Aunquenosorprendeporelhechodequelacaídadevoltajeseinviertesobrelainductancia,ladisipaciónnegativarepresentadadelapotenciameconfunde.Asíqueestomellevaalaprimerapreguntareal:

  

¿QuésignificaestePodernegativo,intuitivamente,ycómoserelacionaconlapotenciadisipadaenelcalor(esdecir,cómousarlaparacalcularesapotencia)?

Ahoraestecircuitotieneunpocodeondulaciónenlacarga(diodo+resistenciajuntos)peroesonodeberíaafectarelcálculode\$P_\mathrm{out}\$.Peroahoraveamoslagráficadeloquequierocalcular\$P_\mathrm{in}\$from:

Esto no está cerca de una curva sinusoidal, por lo que mi pregunta es:

  

¿Tomar el promedio de esta gráfica (y similar) (suponiendo que el tamaño de los pasos sea suficientemente pequeño) sigue siendo una buena aproximación de la energía total dispuesta (calor)?

Para completar, aquí está la salida de las declaraciones .measure :

avwin: AVG(-v(in)*i(b1))=1.74212 FROM 0.002 TO 0.009
avx=0.007 FROM 0.002 TO 0.009
avwout: AVG(v(inductor_diode,diode_resistor)*i(d1)+v(diode_resistor)*i(r2))=1.27344 FROM 0.002 TO 0.009
avdloss: AVG( v(from_mosfet)*i(d4))=-0.0478017 FROM 0.002 TO 0.009
avlloss: AVG(v(from_mosfet,inductor_diode)*i(l1))=0.0946656 FROM 0.002 TO 0.009
avlloss_a: AVG(abs(v(from_mosfet,inductor_diode)*i(l1)))=1.14626 FROM 0.002 TO 0.009
avcloss: AVG(v(inductor_diode)*i(c1))=0.00312184 FROM 0.002 TO 0.009
aveff: (avwout/avwin)*100=73.0969
xloss: avwin - avdloss - avlloss - avcloss - avwout=0.418698

Esto indicaría una eficiencia de ~ 73% que parece razonable, pero teniendo en cuenta las pérdidas individuales, no tengo ni idea, ya que todas tienen gráficos con valores negativos, y según la pregunta anterior, estoy confundido sobre cómo interpretarlos o úsalos para calcular el calor disipado.

    
pregunta PlasmaHH

2 respuestas

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Está realizando la mayoría de esas mediciones correctamente, en particular, la potencia de entrada y salida se ve bien, pero tiene errores de signos para la disipación en ciertos componentes. Debe tener cuidado con la manera en que LTspice considera la corriente al pasar el mouse sobre el componente. Por ejemplo, para el diodo de swiching D4 lo tienes de la manera incorrecta; LTspice mide el aumento de la corriente, por lo que el cálculo de la disipación debería invertir el signo de esta corriente o el signo de la tensión. De esa forma obtendría una disipación promedio (correcta) positiva en el diodo en lugar de:

  

avdloss: AVG (v (from_mosfet) * i (d4)) = - 0.0477985 DE 0.002 A 0.009

Para obtener un desglose completo, también debería ver las pérdidas de [cambio] a través del MOSFET, lo que no parece hacer, y quizás también el par de BJT del controlador.

La disipación de energía a corto plazo para el transistor o diodo puede ser negativa Debido a que estos componentes tienen capacidades que hacen Lo importante en el cambio de aplicaciones ... pero si el promedio El poder durante un largo período es negativo, probablemente tienes el signo equivocado En realidad, una forma de verificar la forma en que deben es hacer clic con el botón secundario en un componente . Esto traza su poder con la correcta. signos que utilizan convención de signos pasivos [PSC].

Porejemplo,acontinuaciónseencuentrasudiodoD4,pulsandolateclaalt;automáticamentetieneunsigno"-" porque la forma en que la corriente está orientada en relación con el potencial de voltaje no cero. Aunque en la frecuencia de conmutación, la potencia oscila en ambos sentidos (¡tiempo de recuperación inverso!), en promedio, durante un período más largo, el poder a través de él es claramente positivo (disipativo) con el PSC.

También puede hacer que LTspice se integre y / o promueva directamente desde el visor de forma de onda, pero haga clic con el botón ctrl en el nombre de la forma de onda . Si hace zoom en la forma de onda antes de hacer clic con la tecla Ctrl, solo la obtendrá durante el intervalo visible. Esto es para tu diodo:

Alhacerlomismo(enelmismointervalo)paraelMOSFET,obtengo263.58mW.ParaQ1obtengo1.0816mW,paraQ21.0047mW,etc.InclusopuedoobtenerloparaelNE555como45.49mW.YMMVquétanprecisoesesteúltimo.

Obviamente,estoesalgotediosodehaceramanoparatodosloscomponentes.Lamentablemente,LTspicenolepermiteusarsufuncióndeinformedeeficienciaincorporada,exceptocuandoutilizalospropioscontroladoressmpsdeLT...Sospechoqueestosedebeprincipalmenteaqueladeterminacióndelestadoestacionario,queesunrequisitoprevioparaeseinforme,parecenecesitarespecialLasperillasenelmodelodeespecificacióndelcontrolador...¡LTspicenisiquierapuededarsecuentadequeuncircuitosimplehechodeunafuentedevoltajeenserieconunafuentedecorrientetieneunestadoestable!Estodespuésdeponertodaslasetiquetasrecomendadas(cargar)yasísucesivamente.

También,heusadoelmétodoplot-power-then-average-from-graphparaobtenerelpodertotaldeentradaysalida(nuevamentede2.1msa10ms);Obtuveunpromediode1.7385Wyunpromediode1.275Wdeestamanera,queesun73.33%deeficiencia,porloqueconfirmarsusresultadosdeMEASaeserespecto.

Comounapruebadecordura,comparélaspérdidasdepotenciamedidascomounadiferenciaentreloscomponentesindividualesylosdeentradaysalida,yseverifica.

Entonces,sí,puedehaceresteinformedeeficiencia/averíaparaloscontroladoressmpssinLTenLTspice...perorequiereunpocomásdetrabajo.Ah,yencasodequealgúntranseúntesepregunteporlasgrandespérdidasenL1:

(La tapa C1 tiene un ESR ultra bajo)

    
respondido por el Fizz
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Su suministro es una batería y cualquiera que sea la forma de la corriente tomada de la fuente, es la corriente promedio que le indica (junto con la tensión de la fuente) qué es el circuito de consumo de energía. Por lo tanto, alimente el suministro a través de una resistencia pequeña y un condensador grande y trace el consumo de corriente transitoria antes de la resistencia (debería ser bastante suave). Utilice las matemáticas que LTSpice probablemente permita para producir un nuevo gráfico transitorio que sea voltaje x corriente.

Esto te da una potencia promedio en el circuito.

Probablemente también encontrará que LTSpice permite que el voltaje a través de un componente se multiplique por la corriente a través del componente y realmente calcula la potencia.

    
respondido por el Andy aka

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