Frage:
Laden eines Kondensators mit einem anderen Kondensator in LTspice
Vivek Subramanian
2018-06-15 08:45:51 UTC
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Ich versuche, das Laden eines Kondensators \ $ C_2 \ $ durch einen anderen \ $ C_1 \ $ mit LTspice zu simulieren. Nach den Ableitungen in diesem Video stellte ich fest, dass am Ende beide Kondensatoren \ $ C_1 \ $ und \ $ C_2 \ $ eine Spannung von \ $ \ frac {C_1 * V_0} haben sollten. {C_1 + C_2} \ $, wobei \ $ V_0 \ $ die Spannung ist, auf die \ $ C_1 \ $ anfänglich geladen wird. Ich habe hier Zahlen beigefügt, die meine Simulation und mein Ergebnis zeigen.

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Zu Beginn liegen \ $ C_1 \ $ und \ $ C_2 \ $ erwartungsgemäß beide bei 0 V. Nach 10 ms, wenn S1 geschlossen ist, wird \ $ C_1 \ $ aufgeladen. Bei einer Zeitkonstante von 1 ms wird \ $ C_1 \ $ erwartungsgemäß in ca. 5 ms vollständig aufgeladen. Nach 20 ms wird S2 wieder geöffnet und \ $ C_2 \ $ behält erwartungsgemäß seine Ladung. (Zu diesem Zeitpunkt hat \ $ C_2 \ $ bereits begonnen, sich leicht aufzuladen, was meinen Erwartungen widerspricht.) Nach 30 ms, wenn S2 geschlossen ist (während S1 noch offen ist), erwarte ich, dass sich \ $ C_2 \ $ währenddessen auflädt \ $ C_1 \ $ entlädt sich, bis sie sich irgendwo in der Mitte treffen. Ich sehe jedoch einen schnellen Spannungsabfall an \ $ C_1 \ $ und einen starken Anstieg und Abfall der Spannung an \ $ C_2 \ $.

Ich bin mir nicht sicher, warum das so ist, aber ich habe einige Modifikationen ausprobiert. Zuerst habe ich einen 1 k-Ohm-Widerstand in Reihe mit C2 hinzugefügt. Die Simulation und die Ergebnisse sind unten gezeigt. Ich bin mir nicht sicher, warum wie oder warum das Schließen von S2 dazu führt, dass sich die Spannung an \ $ C_1 \ $ so schnell ändert (auch das für \ $ C_1 \ $ bis zu 16 V, was weit über der Spannung Vin = 5V bis liegt was der Kondensator geladen wurde) und warum die Simulation abrupt aufhört, die Spannung über \ $ C_2 \ $ bei ungefähr 33 ms anzuzeigen.

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Schließlich habe ich beschlossen, einen Pufferverstärker anstelle eines Widerstands zu verwenden. Die Simulation und die Ergebnisse sind unten gezeigt. Ich kann wieder nicht erklären, warum sich die Spannungen an \ $ C_1 \ $ und \ $ C_2 \ $ so unregelmäßig verhalten.

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Könnte jemand bitte erklären, was verhindert, dass der zweite Kondensator den ersten auflädt?

Gibt es eine Möglichkeit, meine Simulation zu ändern, damit dies funktioniert?

Dies ist eigentlich ein kleiner Teil einer viel größeren Schaltung, die ich zum Arbeiten brauche, daher wäre jede Hilfe sehr dankbar.

Zwei antworten:
Voltage Spike
2018-06-15 10:10:54 UTC
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Ich habe deine zum Arbeiten gebracht, aber ich musste ein paar Dinge ändern:

Ich musste den Zeitschritt des Lösers ändern. Dies könnte ein Problem sein, da der Löser nur einen geringen Widerstand sieht, der einen sehr großen Strom zwischen den Kappen erzeugen würde. Dies ist für den Solver schwierig, da er ein ~ 200-kA-Signal erzeugt.

In gewisser Weise hat die Matrix einen "Dynamikbereich", wenn Sie zu große Signale mit kleinen Signalen eingeben, kann es schwierig sein, die Lösung zu finden. Wenn Sie Gewürze sehen, die ungewöhnlich hoch oder niedrig sind, möchten Sie möglicherweise Parasiten in Ihr Design einfügen (insbesondere physikalische Parasiten wie Kapazitäten und Widerstände von Ebene zu Ebene, die dem Kupfer entsprechen, das durch einen Draht oder eine Spur verläuft). Was Sie hier erstellt haben, sind zwei Superkondensatoren, die durch einen supraleitenden Schalter getrennt sind.

Das erste, was ich versuchte, war ein sehr feiner Zeitschritt, der mit einer anderen Simulation (die ich unten zeigen werde) gut funktionierte. Das zweite, was ich getan habe, war, die Modelle der Schalter zu trennen. Ich denke, dies könnte dazu beitragen, dass die Matrix etwas stabiler ist, falls das Modell nicht kopiert wird.

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Nachdem ich nun geschrieben habe, was ich oben hatte, habe ich auch die Widerstände auf 1e-7 gesenkt (was etwas physikalischer ist), aber was noch wichtiger ist, es werden Ströme und Spannungen erzeugt, die unter dem Abstol und liegen Voltol-Einstellungen für den Solver, die normalerweise bei 1e-12 oder 1e-15 liegen. Ein Widerstand von 1e-15 erreicht die untere Toleranzgrenze für den Löser und kann die Spannung nicht auflösen. Nur den Widerstand zu ändern, löste es auch für mich. (Beachten Sie, dass der Strom ebenfalls abfällt und die Form der Spitze unterschiedlich ist.

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Hier ist eine interessante Möglichkeit, das Laden von Kappe zu Kappe zu simulieren, wenn Sie interessiert sind:

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guter punkt auf dem e-15 schalterwiderstand!
Dies passiert immer wieder, die Leute ignorieren einfach den zugrunde liegenden numerischen Löser, der in einer Programmiersprache aufgebaut ist, die mit einer CPU arbeitet, die sich mit IEEE-Floats befasst.Wenn ich mich nicht irre, wird dies sogar im Handbuch angegeben, um zu vermeiden, dass mehr als 6 Größenordnungen zwischen benachbarten Werten verwendet werden.Entweder dort oder auf ltwiki.org kann ich es jetzt nicht finden.Ehrlich gesagt sollten die Leute abstimmen, nicht abstimmen, es kommt zu oft vor.
In solchen Situationen kann es auch hilfreich sein, numdgt auf einen Wert zu setzen, der hoch genug ist, um double anstelle von float zu erzwingen
Es gibt mehrere Möglichkeiten, um dieses Problem zu lösen, aber es ist schwer zu wissen, was das eigentliche Problem ist, da mehrere Lösungen das Problem lösen. Ich denke, jede Art von Tweeking zum Solver wird Sie weiterbringen. Ich mag diesen numdgt-Tipp wirklicherstaunlich und ich war mir dessen nicht bewusst.
@laptop2d, vielen Dank für Ihre Erklärung.Ich kann Ihre Ergebnisse auf meinem Computer replizieren (indem ich nur den Widerstand auf 1 Ohm ändere).Um sicherzugehen, dass nach dem Schließen von S2 die Spannungen an beiden Kondensatoren fast sofort übereinstimmen, da sie parallel sind und die Zeitkonstante praktisch Null ist, richtig?Steigen die Spannungen an beiden Kondensatoren auch nach dem Öffnen beider Schalter weiter an, da ein Schalter nur durch einen großen Widerstand dargestellt wird (hier 1 M-Ohm)?Wenn ja, ist es in Ordnung, dies auf 1 G-Ohm zu ändern, oder wäre das numerisch instabil?
@aconcernedcitizen, Entschuldigung für den Fehler.Ich folgte einem in diesem Video gezeigten Tutorial (https://youtu.be/3Slw-hUzUws?t=3m30s), in dem der Moderator um 3:30 Uhr die Verwendung von 1E-15 Ohm vorschlägt, wenn Sie einen perfekt geschlossenen Schalter haben möchten.Ich verstehe jetzt, warum das in der Simulation keine gute Idee ist und auch praktisch nicht realistisch.
@VivekSubramanian Sie sollten wissen, dass unvollständige Kontakte selbst im wirklichen Leben Milliohm oder sogar mehr haben können.Wenn Sie nur eine ideale Simulation anstreben, gehen Sie einfach mit einer Differenz von ~ 6 ~ 9 Größenordnungen (z. B. 1 und 1 Meg oder 1 und 1 g oder 1 m oder 1 Meg, ...), es ist mehr als genug.Es erspart Ihnen nur Kopfschmerzen.Und nehmen Sie nicht einfach als selbstverständlich an, was X oder Y sagen, nur weil es sich an einem öffentlichen Ort befindet. Je öffentlicher, desto genauer sollte es sein.
@VivekSubramanian Ja, R = 1e-15 und C = 1e-6, was bedeutet, dass \ $ \ tau \ $ in der Größenordnung von 1e-21 liegen würde.Außerdem ist die Strömung himmelhoch und auch nicht physisch. Beide Dinge sind für den Löser schwierig.
Spehro Pefhany
2018-06-15 09:54:56 UTC
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Ich weiß nicht, was mit Ihrer Simulation nicht stimmt, aber ich habe es versucht (etwas anders - mit zeitgesteuerten Schaltern anstelle der spannungsgesteuerten Schalter) und es hat wie erwartet funktioniert.

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In Ihrer Simulation beginnt sich C2 aufzuladen, da der Ausschaltwiderstand des Schalters 1 M und nicht unendlich beträgt.Das Modellieren von etwas Nichtlinearem wie einem Switch kann zu Problemen führen, die sich jedoch normalerweise als mangelnde Konvergenz herausstellen.

Danke, @Spehro.Für meinen größeren Stromkreis, in den dieser eingebettet ist, muss ich spannungsgesteuerte Schalter verwenden.Haben Sie eine Idee, warum die spannungsgesteuerten Schalter nicht das tun, was die zeitgesteuerten Schalter sind?
Ihr Schaltwiderstand ist zu niedrig, und der Solver kann die Ströme, die Sie versuchen, auf den Zeitskalen, die Sie haben, durch ihn zu drücken, nicht auflösen
Was @laptop2d sagte, ist das erste schwierig, aber es erklärt nicht das zweite, das keine kurzen Zeiten oder hohen Ströme haben sollte.Sie können auch den alternativen Löser ausprobieren, der möglicherweise besser funktioniert.Systemsteuerung-> Gewürz-> Löser.
Eigentlich denke ich, dass der 1E-15 das ganze Problem ist.Mit 1 Ohm funktioniert es perfekt.Ich bin auf ein ähnliches Problem gestoßen, als ich teilweise supraleitende Schaltungen simuliert habe.
Ich muss diese supraleitenden Schaltungen lieben, schade, dass die meisten von uns nicht die Möglichkeit haben, eine davon zu bauen
@laptop2d Fast alles an ihnen ist leider schrecklich teuer.


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