SPICE MODEL of Transformer

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 1

スパイスモデル解説

株式会社ビー・テクノロジーhttp://www.bee-tech.com/

2011年3月29日(火曜日)

トランスモデル編

コンセプトキットの位置付け

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 2

コンセプトキットとは

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 3

製品 価格(円) PSpice版 LTspice版ユニポーラステッピングモータ制御回路 42,000 2011年4月初旬 2011年4月中旬

バイポーラステッピングモータ制御回路 42,000 2011年4月初旬 2011年4月中旬

アベレージモデルの降圧コンバータ 84,000 2011年4月中旬 2011年4月下旬

過渡解析モデルの降圧コンバータ 未定 2011年4月中旬 2011年4月下旬

デザインキット

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 4

要望が多いインバータ回路方式を中心に20種類の新製品を開発中。

製品 分野

FCC回路 電源回路

RCC回路 電源回路

低損失リニアレギュレータ 電源回路

高精度リニアレギュレータ 電源回路

D級アンプ アンプ回路

擬似共振電源回路 電源回路

マイクロコントローラ 電源回路

ステッピングモータドライブ回路 モーター制御回路

PWM ICによる電源回路 電源回路

バッテリー回路(リチウムイオン電池) バッテリーアプリケーション回路

バッテリー回路(ニッケル水素電池) バッテリーアプリケーション回路

バッテリー回路(鉛蓄電池) バッテリーアプリケーション回路

DCDCコンバータ 電源回路

DCモータ制御回路 モーター制御回路

トランスのスパイスモデルの種類巻数モデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 5

巻数モデル

TX1

TN33_20_11_2P90

L1_TURNS = 100

L2_TURNS = 100

トランスのスパイスモデルの種類(1)周波数特性モデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 6

コイルの等価回路の考え方(周波数を考慮する)

10-3 100 103 106 109 (Hz)

Impedance vs. Frequency Inductor model

R1L1L1

R1

R1L1C1

L1

10-3 100 103 106 109 (Hz)

Impedance vs. Frequency Inductor model

R1L1 R1L1L1

R1

L1

R1

R1L1C1

R1L1C1

L1L1

注意：動作周波数により、3素子モデルではなく、5素子モデル、ラダー・モデルが採用される事もあります。

トランスのスパイスモデルの種類(1)周波数特性モデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 7

トランスのスパイスモデルの種類(1)周波数特性モデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 8

L110uH

1

2

L210uH

1

2

K K1

COUPLING = 1K_Linear

インダクタンス＋結合係数 周波数モデル＋結合係数

K K1

COUPLING = 1K_Linear

結合係数とは、1次巻き線で発生した磁束が2次巻き線に結合する割合です。デフォルト値は、結合係数=1です。実際には、0.99-0.9999を使用します。

トランスのスパイスモデルの種類(1)周波数特性モデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 9

事例：周波数モデル＋結合係数

トランスのスパイスモデルの種類(1)周波数特性モデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 10

事例：周波数モデル＋結合係数

インピーダンスの測定:Agilent 4294A直列抵抗成分の測定:Agilent 34420A

Agilent 4294AAgilent 34420A

トランスのスパイスモデルの種類(2)周波数特性モデル＋コアモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 11

トランスのスパイスモデルの種類(2)周波数特性モデル＋コアモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 12

トランスのスパイスモデルの種類(2)周波数特性モデル＋コアモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 13

PSpice Model Editor → MAGNETIC CORE

トランスのスパイスモデルの種類(2)周波数特性モデル＋コアモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 14

トランスのスパイスモデルの種類実物製作前段階でのスパイス・モデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 15

PSpice ICAP4

Vin=AC220[V]Vout=AC15[V]

実物製作前段階でのスパイス・モデルPSpice Magnetic Part Editor

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 16

実物製作前段階でのスパイス・モデルPSpice Magnetic Part Editor

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 17

実物製作前段階でのスパイス・モデルPSpice Magnetic Part Editor

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 18

実物製作前段階でのスパイス・モデルPSpice Magnetic Part Editor

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 19

実物製作前段階でのスパイス・モデルPSpice Magnetic Part Editor

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 20

実物製作前段階でのスパイス・モデルPSpice Magnetic Part Editor

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 21

実物製作前段階でのスパイス・モデルPSpice Magnetic Part Editor

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 22

実物製作前段階でのスパイス・モデルICAP4 Magnetic Designer

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 23

実物製作前段階でのスパイス・モデルICAP4 Magnetic Designer

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 24

実物製作前段階でのスパイス・モデルICAP4 Magnetic Designer

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 25

実物製作前段階でのスパイス・モデルICAP4 Magnetic Designer

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 26

*SRC=Untitled;Untitled;Transformers;;Fair-Rite, 26mm x 16mm (56--261621)*SYM=Untitled.SUBCKT Untitled 1 2 3 4*Copyright(c) Intusoft 2000. All rights reserved, redistribution prohibited.*Fair-Rite, Pot Core Ferrite, 78_25200K_25C, 26mm x 16mm (56--261621)*exempt 25826 8856 -85109** ** ** **Rdc1 N41 N61 0.5380Lmag N41 2 46.69mRcore N41 2 96.29kRac1 N61 1 0.6304Lac1 N61 1 6.020u** ** ** **L12 N41 in2 222.1uEfwd2 N82 4 in2 2 68.49mVsens2 N82 N42Ffbk2 in2 2 Vsens2 68.49mRdc2 N42 N62 5.378mRac2 N62 3 16.20mLac2 N62 3 154.7n.ENDS

*$* Generated by Magnetic Parts Editor on Sun Mar 27 08:03:08 2011.subckt test V_IN1 V_IN2+ V_OUT11 V_OUT12+ PARAMS: Np=59 RSp=1.26 LIp=1.66283e-005+ Ns1=5 RSs1=0.00970593 Gap = 0L_LP NLP V_IN2 {Np} R_RP NRP NLP {RSp} L_Leak V_IN1 NRP {LIp} L_LS1 NLS1 V_OUT12 {Ns1} R_RS1 NLS1 V_OUT11 {RSs1} K_K2 L_LP L_LS1 1.0 core_model_K1.model core_model_K1 AKO:core_model CORE (GAP={Gap}).model core_model CORE (LEVEL = 3 OD = 4.01 ID = 0 AREA = 0.454 GAP = 0 Br = 1100 Bm = 5000 Hc = 0.175 ).ends test*$

PSpice

ICAP4

スパイス・モデル応用

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 27

結合係数を使ったモデリング

センサー関連■差動トランス

コイル■ワイヤレス給電のコイル

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 28

Number : PT4Manufacturer : OXFORD ELECTRICAL PRODUCTS

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 29

C8

41.9823p

Source

A

0

L3

6.3514m

OUT2

IN

L1

6.36421m

Pulse Transformer

V41

TD = 0

TF = 5nPW = 0.05mPER = 0.1m

V1 = -0.8

TR = 5n

V2 = 0.8

RL

50

C7

10u

0

E1

V(A,0)EVALUE

OUT+OUT-

IN+IN-

C5

42.0223p

0

R1

41.8751k0

OUT1

R10

100G

C144.449p

K K1

COUPLING = 0.999K_Linear

L1 = L3L2 = L1

L6 10.4542uH

C4

17.3536p

R13

1u

R2 3.42909k

C3

44.4466p

C216.3685p

R8

38.9312k

R12

30

パルストランスの等価回路図

周波数特性モデルを採用しているモデリング可能な周波数帯域は、100Hz～100MHz

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 30

C8

41.9823p

R8

38.9312k

C216.3685p

R1

41.8751k

K K1

COUPLING = 0.999K_Linear

L1 = L3L2 = L1

R2 3.42909k

C3

44.4466p

C4

17.3536p

C5

42.0223p

L6 10.4542uH

C144.449p

Leakage Inductance

L1

6.36421m

L3

6.3514m

Pulse Transformer

100Hz～100MHz

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 31

C8

41.9823p

R8

38.9312k

C216.3685p

R1

41.8751k

K K1

COUPLING = 0.999K_Linear

L1 = L3L2 = L1

R2 3.42909k

C3

44.4466p

Inductance : pin Ps & pin Pf

Pf

C4

17.3536p

C5

42.0223p

L6 10.4542uH

C144.449p

Ps Ss

L1

6.36421m

L3

6.3514m

Pulse Transformer

Sf

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 32

C8

41.9823p

R8

38.9312k

C216.3685p

R1

41.8751k

K K1

COUPLING = 0.999K_Linear

L1 = L3L2 = L1

R2 3.42909k

C3

44.4466p

Inductance : pin Ss & pin Sf

Pf

C4

17.3536p

C5

42.0223p

L6 10.4542uH

C144.449p

Ps Ss

L1

6.36421m

L3

6.3514m

Pulse Transformer

Sf

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 33

1kHzにおける過渡解析

VIN

VOUT1

VOUT1-VOUT2

C7

10u

OUT2

Pulse TransformerC4

17.3536p

C8

41.9823pC3

44.4466p

A

R1

41.8751k0

0

C5

42.0223p

0

C216.3685p

R10

100G

RL

50

L3

6.3514m

R2 3.42909k

V41

TD = 0

TF = 5nPW = 0.5mPER = 1m

V1 = -0.8

TR = 5n

V2 = 0.8 R12

15

K K1

COUPLING = 0.999K_Linear

L1 = L3L2 = L1

0

R8

38.9312k

Source

R13

1u

E1

V(A,0)EVALUE

OUT+OUT-

IN+IN-

IN

C144.449p

L1

6.36421m

OUT1

L6 10.4542uH

Ch1-Ch2

Input

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 34

VIN

VOUT1

VOUT1-VOUT2Ch1-Ch2

Input

IN

R10

100G

L1

6.36421m

C3

44.4466p

C7

10u

R13

1u

Pulse TransformerR2 3.42909k

C5

42.0223p

0

R8

38.9312k

0Source

R12

30

L6 10.4542uH

OUT2

E1

V(A,0)EVALUE

OUT+OUT-

IN+IN-

A0

C144.449p

K K1

COUPLING = 0.999K_Linear

L1 = L3L2 = L1

OUT1

C8

41.9823p

0

L3

6.3514m

R1

41.8751kRL

50V41

TD = 0

TF = 5nPW = 0.05mPER = 0.1m

V1 = -0.8

TR = 5n

V2 = 0.8

C216.3685p

C4

17.3536p

10kHzにおける過渡解析

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 35

VIN

VOUT1

VOUT1-VOUT2 Ch1-Ch2

Input

R10

100G

C4

17.3536pC216.3685p

R1

41.8751kC7

3n

C8

41.9823p

0Source

A

L1

6.36421m

C5

42.0223p RL

50

R4

1u

0

( V(%IN1)+V(%IN2) )

L3

6.3514m

C144.449p

R8

38.9312k

IN

V41

TD = 0

TF = 5nPW = 5uPER = 10u

V1 = -0.8

TR = 5n

V2 = 0.8

L6 10.4542uH

0

K K1

COUPLING = 0.999K_Linear

L1 = L3L2 = L1

OUT2

OUT1

R12

15

R31G

0

E1

V(A,0)EVALUE

OUT+OUT-

IN+IN-

R2 3.42909k Pulse Transformer

C3

44.4466p

100kHzにおける過渡解析

パルストランスのスパイスモデル

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 36

VIN

VOUT1

VOUT1-VOUT2 Ch1-Ch2

Input

R2 3.42909k

OUT2

C3

44.4466p

C216.3685p

0

R10

100G

C4

17.3536p

0

( V(%IN1)+V(%IN2) ) OUT1

R31G

L3

6.3514m

C7

8n

C144.449p

R12

15

C8

41.9823p0 R8

38.9312k

L6 10.4542uH

Pulse Transformer

A

R1

41.8751k

L1

6.36421m

IN

RL

50

0

K K1

COUPLING = 0.999K_Linear

L1 = L3L2 = L1

V41

TD = 0

TF = 5nPW = 0.5uPER = 1u

V1 = -0.8

TR = 5n

V2 = 0.8

R4

1u

C5

42.0223p

E1

V(A,0)EVALUE

OUT+OUT-

IN+IN-

Source

1MHzにおける過渡解析

リーケージ・インピーダンスの測定に関する調査事項

Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011 37

結果はブログ、デバイスモデリング研究所にて報告していきます。デバイスモデリング研究所のURLは下記のとおりです。http://beetech-icyk.blogspot.com/

Bee Technologies Group

お問合わせ先)info@bee-tech.com

【本社】株式会社ビー・テクノロジー〒105-0012 東京都港区芝大門二丁目2番7号 7セントラルビル4階代表電話: 03-5401-3851設立日:2002年9月10日資本金:8,830万円【子会社】Bee Technologies Corporation (アメリカ)Siam Bee Technologies Co.,Ltd. (タイランド)

本ドキュメントは予告なき変更をする場合がございます。ご了承下さい。また、本文中に登場する製品及びサービスの名称は全て関係各社または個人の各国における商標または登録商標です。本原稿に関するお問い合わせは、当社にご連絡下さい。

38Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011