Oprogramowanie do symulacji obwodów elektronicznych QSPICE każdego dnia zyskuje coraz większą popularność wśród inżynierów, jak i hobbystów ze względu na swoją skuteczność oraz łatwość użytkowania. Wśród wielu jego pozytywnych cech jest także możliwość integracji z systemami zakupowymi online celem zaopatrzenia się w niezbędne komponenty elektroniczne. Dzięki temu projektanci mogą zamawiać i nabywać różne elementy do realizacji swoich projektów bezpośrednio. To znaczy bez zmiany oprogramowania i bez konieczności przeprowadzania żmudnych poszukiwań komponentów na wielu stronach internetowych. Zobaczmy, jak to zrobić.
Wyobraźmy sobie projektowanie obwodu, symulowanie jego zachowania, a następnie, za pomocą jednego kliknięcia, zamawianie wszystkich niezbędnych do jego budowy części, bezpośrednio od dostawcy. To jest rzeczywistość z oprogramowaniem QSPICE. Ta ważna możliwość niewątpliwie rewolucjonizuje proces projektowania i prototypowania, sprawiając, że staje się on szybszy i wydajniejszy. Pomysł jest bardzo prosty i polega na połączeniu oprogramowania QSPICE z systemem zakupowym online dla elementów elektronicznych. Dzięki identyfikacji komponentów niezbędnych do stworzenia obwodu w jednym oprogramowaniu, proces projektowania staje się wygodniejszy, ponieważ można zamawiać części bezpośrednio od dostawcy internetowego za pomocą prostego kliknięcia. Procesy projektowania są zauważalnie szybsze, więc oszczędzamy czas poświęcony na poszukiwanie i ręczne zakupy. Eliminuje to także ryzyko błędów w zamówieniu oraz — co bardzo istotne — cała procedura, od zakupów do planowania, jest zarządzana w ramach jednego oprogramowania. Są to liczne korzyści, które poprawiają doświadczenie z projektowania elektronicznego, jakie oferuje QSPICE.
Praktyczny przykład
Najlepszym sposobem, aby zrozumieć tę funkcję, jest jej rzeczywiste przetestowanie na nieskomplikowanym schemacie elektrycznym. Zacznijmy od stworzenia prostego przykładu obwodu zasilania dotyczącego opóźnionego włączania żarówki żarowej, reprezentowanego na schemacie przez opornik. Dzięki odpowiednim środkom ostrożności możliwe jest kontrolowanie dużych obciążeń mocy, pod warunkiem, że wszystkie krytyczne części obwodu elektrycznego są odpowiednio dobrane. Rysunek 1 przedstawia schemat, składający się z następujących komponentów elektronicznych:
V1: źródło napięcia 25 V, używane do aktywowania przewodzenia tranzystora MOSFET.
R1: opornik 10K, stosowany do dostarczania małego prądu do elektrolitycznego kondensatora C1 dla jego powolnego ładowania. Modyfikacja tej wartości zmienia stałą czasową układu i, co za tym idzie, parametry czasowe zadziałania zabezpieczenia. Im wyższa wartość tego opornika, tym dłużej trwa wyzwalanie obciążenia.
C1: kondensator elektrolityczny 4700 µF, wykorzystywany do gromadzenia energii. Stanowi on w rzeczywistości zaprogramowany timer do wyzwalania elektronicznego przełącznika. W tym przypadku, również, modyfikacja tej wartości zmienia stałą czasową i, co za tym idzie, parametry czasowania. Im wyższa wartość, tym dłużej trwa wyzwalanie obciążenia.
M1: model tranzystora MOSFET z węglika krzemu — UF3C065030B3 od Qorvo obecny w bibliotece QSPICE.
R2: opornik mocy 56 ohm, tutaj jako obciążenie. Może to być lampa, grzałka lub nawet silnik.
Schemat pokazuje niektóre dyrektywy SPICE, które kontrolują realizację i pomiar parametrów modelu. W szczególności:
* .tran 15,0,100u: ustawia symulację na symulację przejściową o czasie trwania 15 sekund.
* .ic v(charge)=0: zmusza oprogramowanie do ustawienia węzła: „charge” na początkowe napięcie 0 V, co implementuje warunek, w którym elektrolityczny kondensator jest początkowo rozładowany. Dzięki temu symulacja może być rozpoczęta na dowolnym poziomie napięcia początkowego.
* .plot (v(vcc)-v(drain))*i(r2),v(drain)*i(R2): wyświetla na wykresie oscylogramu moc rozpraszaną przez obciążenie i tranzystor MOSFET, zgodnie ze wzorem P=V*I.
* .plot i(r2): wyświetla na wykresie prąd płynący przez obciążenie.
* .plot v(charge),v(drain): obrazuje na wykresie napięcie na kondensatorze elektrolitycznym, który używany jest jako timer. Dyrektywa ta wyświetla też napięcie na drenie tranzystora MOSFET.
Tranzystor MOSFET wykorzystywany w tym projekcie wykonano z węglika krzemu (SiC); jest częścią biblioteki QSPICE i jest produkowany przez Qorvo. Posiada on następujące charakterystyki elektryczne i, jak zobaczymy później w artykule, może być łatwo zakupiony online za pomocą kilku prostych zabiegów:
* Model: UF3C065030B3 SiC;
* Rds(ON): 27 mΩ;
* Napięcie dren-źródło: 650 V;
* Napięcie bramka-źródło: od -25 V do +25 V;
* Ciągły prąd drenu: do 65 A;
* Prąd drenu impulsowy: do 230 A;
* Rozpraszanie mocy: do 242 W;
* Maksymalna temperatura złącza: 175°C;
* Rezystancja termiczna, złącze-obudowa: 0.48 °C/W.
Podczas wykonywania symulacji (ale także w rzeczywistym równoważniku obwodu) początkowe napięcie na kondensatorze C1, w chwili T=0, wynosi 0 woltów. Źródło napięcia V1 o wartości 25 woltów stopniowo ładuje kondensator przez rezystor ograniczający z czasem wynikającym ze stałej RC, równej 47. Gdy napięcie na kondensatorze, (które jest takie samo jak na bramce MOSFET-a) osiąga pewną wartość progową (w przykładzie dotyczącym użytego komponentu jest to około 6 V), MOSFET wchodzi w stan przewodzenia i aktywuje obciążenie, które pozostaje zasilane przez nieokreślony czas, aż do momentu ponownego rozładowania kondensatora elektrolitycznego w wyniku zewnętrznego zdarzenia. Badany obwód nie rozładowuje go automatycznie. Operację tę można wykonać za pomocą przycisku normalnie otwartego połączonego równolegle z kondensatorem. Zawsze jednak zaleca się podłączenie niewielkiego rezystora (np. 10 Ω) szeregowo z przyciskiem, aby uniknąć iskrzenia podczas rozładowywania go, przez np. zwarcie.
Wykres prądu (na górze): pokazuje trend prądu płynącego przez obciążenie R2 (zielony) oraz kanał DS tranzystora MOSFET. W pierwszych 12 sekundach nie ma przepływu prądu, a obciążenie jest wyłączone, ale po tym czasie aktywuje się praktycznie w ciągu sekundy. Przełączanie nie jest nagłe, ale prąd zmienia się w obliczu wzrastającego napięcia, z nieliniowymi komponentami.
Wykres mocy (w środku): przedstawia moc rozpraszaną przez obciążenie (czerwony) i przez tranzystor MOSFET (zielony). Moc obciążenia osiąga ponad 40 W, gdy jest ono aktywne. W czasie gdy moc tranzystora MOSFET jest zawsze bardzo niska, z wyjątkiem kilku momentów jego aktywacji, w ramach których można zaobserwować niewielką stratę podczas przełączania.
Wykres napięcia (na dole): pokazuje napięcie obecne na drenie tranzystora MOSFET względem masy (niebieski), które zmienia się w zależności od regionu pracy M1. I, przede wszystkim, stopniowo rosnące napięcie na kondensatorze elektrolitycznym, początkowo 0 V (czerwony), zawsze w porównaniu z masą. Trend tego ostatniego napięcia nie jest liniowy, ale podąża za trendem filtru RC z napięciem stałym podłączonym do wejścia. Jak widać, przełączanie tranzystora MOSFET, połączone z aktywacją obciążenia, następuje, gdy napięcie na kondensatorze osiąga około 6 V.
Przejdźmy teraz do części komercyjnej projektu, czyli do zakupu użytych w schemacie komponentów elektronicznych. Nie wszystkie elementy obwodu trzeba zamawiać online, ponieważ te z nich, które są niezwykle powszechne, można również znaleźć w lokalnych sklepach. Aby złożyć zamówienie online, wystarczy kliknąć prawym przyciskiem myszy na interesującym nas komponencie i wybrać pozycję: „Kup teraz od Mouser”, jak pokazano na rysunku 3. W odniesieniu do tego schematu elektrycznego, jedynym elementem, w który można zaopatrzyć się online, jest tranzystor MOSFET SiC UF3C065030B3. Dla innych menu kontekstowe nie wyświetla tej funkcji.
Rys.3. Zamówienie i zakup dokonuje się poprzez naciśnięcie prawego przycisku myszy na elemencie elektronicznym.
Po wybraniu zamówienia domyślna przeglądarka wyświetli stronę dostawcy (Mouser) z wybraną częścią. W tym momencie można określić ilość produktów i na bieżąco obserwować kwotę do zapłaty. Kontynuując, uzyskujemy dostęp do strony potwierdzenia, do której naturalnie wymagane są odpowiednie dane. Jednak można także nabyć elementy bez posiadania konta na stronie. Finalizując zamówienie, przechodzimy do sekcji płatności.
Które elementy można kupić online
Jak wspomniano wcześniej, nie wszystkie komponenty elektroniczne w oprogramowaniu można zamówić online. Naturalnie, elementy ogólne, które nie posiadają konkretnego numeru modelu oraz źródła napięcia czy prądu, są wyłączone z tej operacji. Jednak można stosować kilka prostych zasad, aby niemal wszystkie inne części były możliwe do zakupu. W przypadku diod, na przykład, wystarczy kliknąć prawym przyciskiem myszy i przejść do funkcji: „przewodnik wyboru”, aby uzyskać dostęp do komercyjnie dostępnych opcji z listy, która zawiera model, producenta, maksymalne obsługiwane napięcie i maksymalny prąd. Łącząc model z elementem ogólnym, można zaopatrzyć się w niego online za pomocą opisanego wcześniej procederu. Dlatego możliwe jest zamówienie zwykłej diody 1N4007 lub Zenera MM3Z2V7T1G i dodanie jej do koszyka. Ten sam sposób pracy można zastosować do tranzystorów JFET kanału N lub P, do tranzystorów mocy kanału N JFET i oczywiście do wszystkich innych elementów, które są częścią biblioteki Qorvo.
Podsumowanie
Integracja QSPICE z systemem zakupów online komponentów elektronicznych jest bez wątpienia ewolucją w świecie symulatorów elektronicznych. Korzyści w zakresie efektywności, szybkości, kosztów, precyzji i łatwości użycia są dość oczywiste i pozwalają na zmianę sposobu projektowania oraz budowy obwodów elektronicznych.
Źródło: https://www.powerelectronicsnews.com/qspice-ordering-and-purchasing-electronic-components-online-part-9/
Wyobraźmy sobie projektowanie obwodu, symulowanie jego zachowania, a następnie, za pomocą jednego kliknięcia, zamawianie wszystkich niezbędnych do jego budowy części, bezpośrednio od dostawcy. To jest rzeczywistość z oprogramowaniem QSPICE. Ta ważna możliwość niewątpliwie rewolucjonizuje proces projektowania i prototypowania, sprawiając, że staje się on szybszy i wydajniejszy. Pomysł jest bardzo prosty i polega na połączeniu oprogramowania QSPICE z systemem zakupowym online dla elementów elektronicznych. Dzięki identyfikacji komponentów niezbędnych do stworzenia obwodu w jednym oprogramowaniu, proces projektowania staje się wygodniejszy, ponieważ można zamawiać części bezpośrednio od dostawcy internetowego za pomocą prostego kliknięcia. Procesy projektowania są zauważalnie szybsze, więc oszczędzamy czas poświęcony na poszukiwanie i ręczne zakupy. Eliminuje to także ryzyko błędów w zamówieniu oraz — co bardzo istotne — cała procedura, od zakupów do planowania, jest zarządzana w ramach jednego oprogramowania. Są to liczne korzyści, które poprawiają doświadczenie z projektowania elektronicznego, jakie oferuje QSPICE.
Praktyczny przykład
Najlepszym sposobem, aby zrozumieć tę funkcję, jest jej rzeczywiste przetestowanie na nieskomplikowanym schemacie elektrycznym. Zacznijmy od stworzenia prostego przykładu obwodu zasilania dotyczącego opóźnionego włączania żarówki żarowej, reprezentowanego na schemacie przez opornik. Dzięki odpowiednim środkom ostrożności możliwe jest kontrolowanie dużych obciążeń mocy, pod warunkiem, że wszystkie krytyczne części obwodu elektrycznego są odpowiednio dobrane. Rysunek 1 przedstawia schemat, składający się z następujących komponentów elektronicznych:
V1: źródło napięcia 25 V, używane do aktywowania przewodzenia tranzystora MOSFET.
R1: opornik 10K, stosowany do dostarczania małego prądu do elektrolitycznego kondensatora C1 dla jego powolnego ładowania. Modyfikacja tej wartości zmienia stałą czasową układu i, co za tym idzie, parametry czasowe zadziałania zabezpieczenia. Im wyższa wartość tego opornika, tym dłużej trwa wyzwalanie obciążenia.
C1: kondensator elektrolityczny 4700 µF, wykorzystywany do gromadzenia energii. Stanowi on w rzeczywistości zaprogramowany timer do wyzwalania elektronicznego przełącznika. W tym przypadku, również, modyfikacja tej wartości zmienia stałą czasową i, co za tym idzie, parametry czasowania. Im wyższa wartość, tym dłużej trwa wyzwalanie obciążenia.
M1: model tranzystora MOSFET z węglika krzemu — UF3C065030B3 od Qorvo obecny w bibliotece QSPICE.
R2: opornik mocy 56 ohm, tutaj jako obciążenie. Może to być lampa, grzałka lub nawet silnik.
Schemat pokazuje niektóre dyrektywy SPICE, które kontrolują realizację i pomiar parametrów modelu. W szczególności:
* .tran 15,0,100u: ustawia symulację na symulację przejściową o czasie trwania 15 sekund.
* .ic v(charge)=0: zmusza oprogramowanie do ustawienia węzła: „charge” na początkowe napięcie 0 V, co implementuje warunek, w którym elektrolityczny kondensator jest początkowo rozładowany. Dzięki temu symulacja może być rozpoczęta na dowolnym poziomie napięcia początkowego.
* .plot (v(vcc)-v(drain))*i(r2),v(drain)*i(R2): wyświetla na wykresie oscylogramu moc rozpraszaną przez obciążenie i tranzystor MOSFET, zgodnie ze wzorem P=V*I.
* .plot i(r2): wyświetla na wykresie prąd płynący przez obciążenie.
* .plot v(charge),v(drain): obrazuje na wykresie napięcie na kondensatorze elektrolitycznym, który używany jest jako timer. Dyrektywa ta wyświetla też napięcie na drenie tranzystora MOSFET.
Tranzystor MOSFET wykorzystywany w tym projekcie wykonano z węglika krzemu (SiC); jest częścią biblioteki QSPICE i jest produkowany przez Qorvo. Posiada on następujące charakterystyki elektryczne i, jak zobaczymy później w artykule, może być łatwo zakupiony online za pomocą kilku prostych zabiegów:
* Model: UF3C065030B3 SiC;
* Rds(ON): 27 mΩ;
* Napięcie dren-źródło: 650 V;
* Napięcie bramka-źródło: od -25 V do +25 V;
* Ciągły prąd drenu: do 65 A;
* Prąd drenu impulsowy: do 230 A;
* Rozpraszanie mocy: do 242 W;
* Maksymalna temperatura złącza: 175°C;
* Rezystancja termiczna, złącze-obudowa: 0.48 °C/W.
Podczas wykonywania symulacji (ale także w rzeczywistym równoważniku obwodu) początkowe napięcie na kondensatorze C1, w chwili T=0, wynosi 0 woltów. Źródło napięcia V1 o wartości 25 woltów stopniowo ładuje kondensator przez rezystor ograniczający z czasem wynikającym ze stałej RC, równej 47. Gdy napięcie na kondensatorze, (które jest takie samo jak na bramce MOSFET-a) osiąga pewną wartość progową (w przykładzie dotyczącym użytego komponentu jest to około 6 V), MOSFET wchodzi w stan przewodzenia i aktywuje obciążenie, które pozostaje zasilane przez nieokreślony czas, aż do momentu ponownego rozładowania kondensatora elektrolitycznego w wyniku zewnętrznego zdarzenia. Badany obwód nie rozładowuje go automatycznie. Operację tę można wykonać za pomocą przycisku normalnie otwartego połączonego równolegle z kondensatorem. Zawsze jednak zaleca się podłączenie niewielkiego rezystora (np. 10 Ω) szeregowo z przyciskiem, aby uniknąć iskrzenia podczas rozładowywania go, przez np. zwarcie.
Wykres prądu (na górze): pokazuje trend prądu płynącego przez obciążenie R2 (zielony) oraz kanał DS tranzystora MOSFET. W pierwszych 12 sekundach nie ma przepływu prądu, a obciążenie jest wyłączone, ale po tym czasie aktywuje się praktycznie w ciągu sekundy. Przełączanie nie jest nagłe, ale prąd zmienia się w obliczu wzrastającego napięcia, z nieliniowymi komponentami.
Wykres mocy (w środku): przedstawia moc rozpraszaną przez obciążenie (czerwony) i przez tranzystor MOSFET (zielony). Moc obciążenia osiąga ponad 40 W, gdy jest ono aktywne. W czasie gdy moc tranzystora MOSFET jest zawsze bardzo niska, z wyjątkiem kilku momentów jego aktywacji, w ramach których można zaobserwować niewielką stratę podczas przełączania.
Wykres napięcia (na dole): pokazuje napięcie obecne na drenie tranzystora MOSFET względem masy (niebieski), które zmienia się w zależności od regionu pracy M1. I, przede wszystkim, stopniowo rosnące napięcie na kondensatorze elektrolitycznym, początkowo 0 V (czerwony), zawsze w porównaniu z masą. Trend tego ostatniego napięcia nie jest liniowy, ale podąża za trendem filtru RC z napięciem stałym podłączonym do wejścia. Jak widać, przełączanie tranzystora MOSFET, połączone z aktywacją obciążenia, następuje, gdy napięcie na kondensatorze osiąga około 6 V.
Przejdźmy teraz do części komercyjnej projektu, czyli do zakupu użytych w schemacie komponentów elektronicznych. Nie wszystkie elementy obwodu trzeba zamawiać online, ponieważ te z nich, które są niezwykle powszechne, można również znaleźć w lokalnych sklepach. Aby złożyć zamówienie online, wystarczy kliknąć prawym przyciskiem myszy na interesującym nas komponencie i wybrać pozycję: „Kup teraz od Mouser”, jak pokazano na rysunku 3. W odniesieniu do tego schematu elektrycznego, jedynym elementem, w który można zaopatrzyć się online, jest tranzystor MOSFET SiC UF3C065030B3. Dla innych menu kontekstowe nie wyświetla tej funkcji.
Rys.3. Zamówienie i zakup dokonuje się poprzez naciśnięcie prawego przycisku myszy na elemencie elektronicznym.
Po wybraniu zamówienia domyślna przeglądarka wyświetli stronę dostawcy (Mouser) z wybraną częścią. W tym momencie można określić ilość produktów i na bieżąco obserwować kwotę do zapłaty. Kontynuując, uzyskujemy dostęp do strony potwierdzenia, do której naturalnie wymagane są odpowiednie dane. Jednak można także nabyć elementy bez posiadania konta na stronie. Finalizując zamówienie, przechodzimy do sekcji płatności.
Które elementy można kupić online
Jak wspomniano wcześniej, nie wszystkie komponenty elektroniczne w oprogramowaniu można zamówić online. Naturalnie, elementy ogólne, które nie posiadają konkretnego numeru modelu oraz źródła napięcia czy prądu, są wyłączone z tej operacji. Jednak można stosować kilka prostych zasad, aby niemal wszystkie inne części były możliwe do zakupu. W przypadku diod, na przykład, wystarczy kliknąć prawym przyciskiem myszy i przejść do funkcji: „przewodnik wyboru”, aby uzyskać dostęp do komercyjnie dostępnych opcji z listy, która zawiera model, producenta, maksymalne obsługiwane napięcie i maksymalny prąd. Łącząc model z elementem ogólnym, można zaopatrzyć się w niego online za pomocą opisanego wcześniej procederu. Dlatego możliwe jest zamówienie zwykłej diody 1N4007 lub Zenera MM3Z2V7T1G i dodanie jej do koszyka. Ten sam sposób pracy można zastosować do tranzystorów JFET kanału N lub P, do tranzystorów mocy kanału N JFET i oczywiście do wszystkich innych elementów, które są częścią biblioteki Qorvo.
Podsumowanie
Integracja QSPICE z systemem zakupów online komponentów elektronicznych jest bez wątpienia ewolucją w świecie symulatorów elektronicznych. Korzyści w zakresie efektywności, szybkości, kosztów, precyzji i łatwości użycia są dość oczywiste i pozwalają na zmianę sposobu projektowania oraz budowy obwodów elektronicznych.
Źródło: https://www.powerelectronicsnews.com/qspice-ordering-and-purchasing-electronic-components-online-part-9/
Fajne? Ranking DIY
