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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LTspice Geschwindigkeit


Autor: Der Simulant (Gast)
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Hi,
ich simuliere gerade mit LTspice eine Komparatorschaltung... nur leider 
ist die Simulation schnarch langsam :(
mein rechner hat zwar eine echte 4Core CPU doch ob ich 1 Threat oder 4 
angebe interessiert den nicht. Selbst nach ~20min sind erst 25µs meiner 
100ms Simulation abgeschlossen. von der komplexität würde ich sagen ist 
das ganze eher mittel bis gering...

Gibt es dort Optimierungsmöglichkeiten?

: Verschoben durch Admin
Autor: Michael M. (Gast)
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Der Simulant schrieb:
> Gibt es dort Optimierungsmöglichkeiten?
dort also...
daher die passende antwort: wahrscheinlich.

Autor: Floh (Gast)
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Wie wärs mit der Datei?
Dann kann man feststellen obs bei anderen funktioniert.
Ansonsten, wie sehen die Einstellungen aus? (minimal Timestep,...)

Autor: Der Simulant (Gast)
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Hi,

also hier erst mal ein Screenshot der Schaltung. Ich denke die 
Verwendung muss nicht näher erklärt werden ;)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Der Simulant schrieb:
> Ich denke die Verwendung muss nicht näher erklärt werden ;)

Die angepeilte Verwendung ist halbwegs klar: Du willst wohl einen
konstanten Strom von 350mA durch eine LED schicken. Aber die Art und
Weise, wie du das realisieren willst, wirft doch einige Rätsel auf:

Soll der Strom schaltend oder linear geregelt werden?

Für schaltend spricht:
- das Wort SWITCH in der Mitte des Schaltplans
- die Verwendung eines Komparators
- die Spule

Für linear spricht:
- das Fehlen einer definierten Hysterese am Komparator
- das Fehlern einer Freilaufdiode für die Spule

Ok, wahrscheinlich willst du schalten. Aber welche Schaltfrequenz
erwartest du denn in etwa? Wenn das Ding überhaupt definiert schwingt,
düfte die Frequenz ziemlich hoch liegen, was einer sehr großen Anzahl
von Perioden innerhalb der 10ms Simulationszeit entspricht. Entsprechend
fein wird Spice die Zeitschritte wählen, was eben etwas Rechenzeit
kostet.

Hinzu kommen die negativen Spannungsspitzen an der Source des Mosfet.
Für diese extrem steilen Spannungsanstiege muss Spice die Zeitauflösung
noch feiner machen, und das braucht eben noch mehr Rechenzeit.

Würde Spice auch die Zerstörung von Bauteilen simulieren, bestünde die
Chance, dass sich der Mosfet bald verabschiedet, so dass sich ein
Gleichgewicht einstellt, das die Simulationsgeschwindigkeit deutlich
ansteigen lässt ;-)

Wie sehen denn die Simulationsergebnisse der ersten 25µs aus? Daraus
lässt sich sicher schon ablesen, dass die Schaltung fehlerhaft ist und
gar nicht weiter simuliert zu werden braucht.

Hast du dir die Schaltung selbst ausgedacht? Such doch mal im Netz nach
Alternativvorschlägen. Es gibt auch fertige Schaltregler-ICs, die genau
für solche LED-Konstantstromquellen optimiert sind.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Mach mal einen zip-file vom Schaltplan und was sonst noch dazugehört 
(Symbole, Modelle). Dann bekommst du die Schaltung in der Turboversion 
zurück.

Autor: Stephan (Gast)
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Der Simulant schrieb:
> nur leider
> ist die Simulation schnarch langsam :(

Liegt sehr oft an zu idealen Bauelementen. Sprich fehlende parasitäre 
Eigenschaften. Auch manches Modell ist schlecht.

Da produziert man auch mal Spannungsspitzen im kV-Bereich bei 
Anstiegszeiten von ns, die so nicht ansatzweise real sind.

Autor: Der Simulant (Gast)
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@Yalu

Du hast natürlich recht! Es soll ein getakteter regler sein - nur habe 
ich die Schottky vergessen schandeübermich
Aber die Simulation der ersten "Swingungen" zeigte ein eigentlich gutes 
Ergebnis!

Aber ich denke, es wäre wirklich besser, eher eine Hysterese einzubauen 
(so wie hier 
http://www.led-treiber.de/html/getaktete_treiber.h...) 
mein Problem bei dieser lösung ist nur leider, das ich höhere Spannungen 
(20V - 30V) am eingang habe. Sprich ich muss einen Spannungsregler 
unterbringen (NE/TLC555 können nur 16V ab meine ich) und einen Treiber 
für den FET (vermutlich eine PUSH-PULL Stufe) :-(


@Helmut S.
Wie würde diese "optimierung" aussehen? Es gibt es also noch 
Einstellungsoptimierungen?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Der Simulant schrieb:
> @Helmut S.
>
> Wie würde diese "optimierung" aussehen? Es gibt es also noch
>
> Einstellungsoptimierungen?

Das hängt von der Schaltung ab.
Da fängt man mit den Toleranz-Settings an.
Alternate Solver
Modelle verbessern (weg von ideal oder hin zu ideal)
Zusatzkapazitäten einfügen (mit der Gießkanne(cshunt) oder gezielt)

Ich hatte dir ja schon mal angeboten da reinzuschauen.
Dafür müsstest du mal deinen Schaltplan(.asc) und die Modelle in einen 
zip-file packen und anhängen.

Autor: Der Simulant (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe noch etwas rumgespielt. Und ja, die Simulation läuft jetzt 
wesentlich schneller (nach wechsel des FETS)!

Jetzt habe ich eine neue Variante - mal mit einem N-Fet aufgebaut - und 
da habe ich ein kleines Verständnissproblem!
Der Komperator hat ja einen "open collector" Ausgang. wenn ich den jetzt 
per Pullup auf 24V (wie in dem angehängtem Schaltbild) ziehe, wieso 
messe ich dann am Gate des FETS nur etwas unter 3V?
Wieso ist das so? Nicht das ich das will, aber es verwundert mich doch 
schon!

Vielen Dank

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Bei 3V Gatespannung leitet der Mosfet schon so gut, dass die 350mA am
Ausgang locker erreicht werden. Dies veranlasst den Komparator, wieder
auf low zu gehen, lange bevor die maximale Gatespannung von 24V erreicht
ist.

Autor: Der Simulant (Gast)
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das hieße aber, das der FET warscheinlich deutlicher warm werden würde, 
da er nicht voll durchgesteuert wird, oder?
Kann man das optimieren?

Autor: Leonardo W. (krangel)
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Hi,

klärt mal bitte einen ahnungslosen Hobbyelektroniker auf was das für 
eine (Schalt??)Topologie ist.


Ahnungslose Grüße Leo

Autor: Der Simulant (Gast)
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Das soll ein low side buck constant current supply sein ;)
Wieso fragst du?

Autor: Leonardo W. (krangel)
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Hi,

ich frage weil ich die Funktion der Schaltung nicht verstehe. Oszilliert 
die Schaltung in der Simu?

Leo

Autor: Der Simulant (Gast)
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Naja eigentlich vergleicht sie die Referenzspannung mit der Spannung 
über dem Shunt und schwingt dann entsprechen um. Also eher ein 
Zweipunktregler - weil eigentlich kennt sie nur zugroß oder zuklein oder 
analog dazu an bzw aus ;)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Mir fällt gerade auf: Wo greifst du denn den Strom für's Feedback ab?

In dem Moment, wo der Mosfet ausgeschaltet wird, fällt an R1 keine
Spannung mehr ab, was den Komparator veranlasst, den Mosfet sofort
wieder einzuschalten. So kann keine vernünftige Regelung erfolgen.

Autor: Leonardo W. (krangel)
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Hi,

versuch es mal so

Grüße leo

Autor: Stephan (Gast)
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Yalu X. schrieb:
> Mir fällt gerade auf: Wo greifst du denn den Strom für's Feedback ab?
>
> In dem Moment, wo der Mosfet ausgeschaltet wird, fällt an R1 keine
> Spannung mehr ab, was den Komparator veranlasst, den Mosfet sofort
> wieder einzuschalten. So kann keine vernünftige Regelung erfolgen.

Richtig. Der Plan von 14:37 ist ein Linearregler. Der - wie so oft - 
evtl. schwingt ;)

Autor: Der Simulant (Gast)
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@Yalu X.
Naja, ist halt ein "nicht lückender" Betrieb ;)

@Leonardo W.
Coole Lösung ;)
Muss ich mir mal heute Abend genauer ansehen.
Da du das ganze ja schon in Spice drinne hast... wie "simuliert" es sich 
den so?

Autor: Leonardo W. (krangel)
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Hi,

es simuliert halt, ich bin aber nicht so der große "Simulant". Habe 
schon Schaltungen simuliert die ich vor Jahren aufgebaut habe die real 
sicher laufen und in der Simulation nur Datenmüll produzieren. Spice ist 
überspitzt ein Computerspiel für Elektroniker. duck und wech.

Grüße Leo

Autor: Leonardo W. (krangel)
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Hier zum weiter spielen.

Grüße Leo

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Leonardo W. schrieb:
> Hi,
> ...
> Spice ist überspitzt ein Computerspiel für Elektroniker. d
> Grüße Leo

Aber nur bei Leuten auf die der folgende Spruch passt.

"Denn sie wissen nicht was sie tun."

Autor: Leonardo W. (krangel)
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So ist es großer Meister.

Grüße Leo

Autor: Der Simulant (Gast)
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Toll sind jetzt noch deine Modelle für die Simulationen ;)

Autor: Leonardo W. (krangel)
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Hi,

ich habe die gleichen Modelle verwendet, die du auch hast, sind alles 
Standartbauteile.

Grüße Leo

Autor: Der Simulant (Gast)
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@Leonardo W.

Ich hab jetzt mal deine Schaltung "simuliert".
Was mir an dieser Variante nicht gefällt ist, das sie erst so nach ca. 
15ms anfängt zu schwingen(!!!) und bis dahin einen irsinnig hohen Strom 
fließen lässt der die LEDs zerschießen würde.

Auch wenn meine Schaltung nicht der Weißheitsletzterschluss sein sollte, 
so regelt sie doch sofort!

Autor: Leonardo W. (krangel)
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Hi,

die Schaltung darfst du auch selber verbessern und anpassen.

Mahlzeit Leo

Autor: joergkunze (Gast)
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Hi,

sag mal, warum nimmst Du eigentlich keinen fertigen PWM-Controller? Der 
ist doch genau für so eine Anwedung da. Es gibt sogar welche, die sind 
billiger als Komparator und Referenz zusammen.

Und wenn Du es gern bequem hättest, kannst Du sogar ein kleines 
Schaltreglerchen von LT nehmen. Die sind zwar erfahrungsgemäß relativ 
teuer, dafür aber bereits in LTSpice integriert.

Schöne Grüße,
Jörg.

Autor: Der Simulant (Gast)
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@Leonardo W.

Okay, so langsam gefällt mir deine Variante!!!
Aber irgendwie bekomme ich es nicht hin, den ausgangsstrom anzupassen :(

Autor: Der Simulant (Gast)
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@joergkunze

aja? Welcher den? Auch mit der geringen beschaltung?

Autor: Leonardo W. (krangel)
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Hi,

wie wäre es mit der Evolutionstechnik?

Ein Wert zufällig verändern -> simulieren -> ist das Ergebnis besser den 
Wert beibehalten und wieder ein Zufallsbauteil zufällig verändern usw.

War das Ergebnis schlechter, wieder zu vorherigen Wert und wieder von 
vorne.

Viel Spaß beim spülen Leo

Autor: Der Simulant (Gast)
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Das versuche ich ja gerade... mit mäßigem erfolg :(

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Bei Leonardos Schaltung sitzt der Shunt an der richtigen Stelle, nämlich
in dem Zweig, der auch die Spule und die LEDs enthält. Der LM339 wird
allerdings eingangsspannungsmäßig etwas hart am Limit (VCC-1,5V) betrie-
ben. Ändert man den Spannungsteiler aus R4 und R5, um den Strom zu redu-
zieren, wird dieses Limit überschritten. Ein Komparator mit Rail-to-
Rail-Eingängen wäre hier geschickter.

Der LM339 hat noch einen weiteren Nachteil: Der Ausgangsstrom ist bei 
Low
zwar relativ hoch (Open Collector), wird aber bei High durch den Pullup
R2 stark begrenzt. Besser wäre ein Komparator mit Push-Pull-Ausgang.

Um das Eingangsspannungsproblem zu beseitigen, habe ich die Schaltung
einfach auf den Kopf gestellt. Dazu muss der N- durch einen P-Mosfet
ersetzt werden.

Um den High-Ausgangsstrom zu vergrößern, habe ich noch den NPN-Transis-
tor Q1 nachgeschaltet.

Wie ich schon oben geschrieben habe, sollte der Komparator eine leichte
Hysterese erhalten. Ohne diese wird die Schaltfrequenz nur durch die
Schaltzeiten des LM339 in Verbindung mit dem nachgeschalteten Mosfet
begrenzt. Der LM339 ist dadurch ständig am Schalten, ohne zwischen zwei
Schaltvorgängen für eine definierte Zeitdauer im High- oder Low-Zustand
zu verharren. Dadurch entstehen unnötig hohe Schaltverluste. Mit R5 und
R3 wird eine Hysterese eingeführt, die bewirkt, dass der Komparator
immer erst nach einer gewissen Stromänderung umschaltet. Die Stromände-
rungsgeschwindigkeit hängt von L1 ab, so dass die Schaltfrequenz im
Wesentlichen durch R3, R5 und L1 festgelegt wird.

Die Hysterese darf allerdings auch nicht zu groß werden, da sie bei
gegebenem R4 den Stromripple bestimmt. Um trotzdem die Schaltfrequenz
auf ein dem LM339 angepasstes Maß zu reduzieren, muss L1 vergrößert
werden.

Die Schaltung mit diesen Änderunge hängt an. Die grüne Kurve stellt den
LED-Strom, die blaue die Gate-Spannung (gegen GND gemessen) dar.

Die Schaltung ist zwar einfach, hat aber doch überall ihre Haken und
Ösen. Nicht umsonst sind integrierte Schaltregler intern meist etwas
anders aufgebaut ;-)

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