С целью многократного ускорения вычислительных операций, уменьшения трудозатрат на макетирование устройств и экономических потерь на сгоревшие в результате макетирования компоненты многие разработчики пользуются симуляторами электрических цепей, такими как Micro-Cap, Switcher CAD и др. Такой подход к проектированию аппаратуры обладает рядом важнейших достоинств, а симуляторы являются ценными помощниками, однако для анализа некоторых цепей симуляторы не годятся.
Micro-Cap
В настоящее время очень большой популярностью у разработчиков радиоустройств пользуется разработанный в конце 1970-х годов алгоритм SPICE, аббревиатура которого означает “Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis”.
SPICE
Он хорош для анализа низкочастотных цепей любой мощности и практически любой сложности и среднечастотных цепей малой мощности, однако данный алгоритм не учитывает температуры нагрева, геометрию токоведущих шин и компонентов, потери на скин-эффект, краевой эффект, эффект близости, глубину проникновения тока в толщу проводника, потери на гистерезис в магнитопроводах индуктивных компонентов, потери на токи Фуко, на вихревые токи в проводах обмоток и многое другое. По этой причине для анализа высокочастотных цепей, да к тому же если анализируемое силовое устройство работает в импульсном режиме, алгоритм SPICE совершенно неприемлем. Например, с помощью SPICE даже не стоит пытаться проанализировать силовой каскад импульсного источника питания с частотой преобразования 5 МГц, поскольку результаты в общем случае совершенно не будут соответствовать истинным. Участились случаи, когда разработчики пытаются проанализировать такие цепи в указанном симуляторе, получают ложные результаты расчета, и после изготовления оказывается, что устройство неработоспособно, а дорогостоящие компоненты в момент включения вышли из строя. Тогда разработчик садится вновь за тот же симулятор и ищет свою ошибку в исходных данных, не задумываясь, что использует симулятор не по назначению.
При использовании любого симулятора следует представлять его возможности и учитывать требования к точности анализа. Так, например, крупные фирмы-изготовители ферритовых изделий разработали и выложили в свободное пользование специализированные программы, учитывающие эффекты, наиболее остро проявляющиеся на высокой частоте. Такие программы позволяют с многократно более высокой точностью, чем универсальные симуляторы, рассчитывать каскады с индуктивными компонентами. Недостатком таких программ является возможность выбора в исходных данных только ферромагнитных изделий, выпускаемых фирмой-производителем программного обеспечения.
Для расчета любого индуктивного компонента или каскада с этим компонентом, необходимо знать магнитную проницаемость, индукцию, удельные потери, а также габаритные размеры магнитопровода. Удельные потери в материале магнитопровода можно найти в справочнике, габаритные размеры можно измерить линейкой или тоже найти в справочнике. Трудность может возникнуть только с магнитной проницаемостью и индукцией насыщения, поскольку эти параметры почти всегда наиболее сильно отличаются от справочных сведений. Ввиду этого можно рекомендовать задавать данные параметры, используя существенный запас относительно справочных данных, если это позволяет точность расчета, или измерять их.
В том случае, если магнитопровод трансформатора выполнен из отечественного феррита, и он должен функционировать на частотах 30.. 100 кГц при протекании через обмотки трансформатора импульсных токов, можно рекомендовать задаться величиной индукции не более 0,625 от величины индукции насыщения. Для импортных ферритов можно ограничиться меньшим запасом.
