假定已建立全新非線性元件SPICE模型–包括各種電壓變量和自熱效應(yīng)。模型以直流電源仿真方式模擬元件真實特性1。然而，在長時間交流電源瞬態(tài)仿真過程中，您會注意到，完成的時間相當(dāng)長。有毅力的工程師耐心等待。但是，10分鐘或更長時間之后，就開始堅持不住了。更糟糕的是，界面彈出圖1所示的信息讓人無法繼續(xù)等待。

圖 1

分析：時間步過??；時間=0.141773，時間步=1.25029e-016：節(jié)點 “u2：：6”故障

這時，您會嘗試一些可能的解決辦法2，3，但無濟于事，計算時間似乎只會增加，準(zhǔn)確性也不復(fù)存在。有時，您必須面對模型重啟的現(xiàn)實。

現(xiàn)在，很容易說明重啟是超級英雄大片中比SPICE模型更重要的角色。我的建議：重新思考模型并加以簡化。實際操作中，將盡可能多的特征組成連續(xù)推導(dǎo)的行為源。這樣，可以增加新的令人興奮的特征，鼓勵用戶進一步認(rèn)真觀察思考。

本文介紹上述過程結(jié)束時，新的Vishay PTC浪涌限流器模型得出的結(jié)果。

原始PTC模型 （https://www.vishay.com/doc？29184） 建立在以下等效電路 （圖2） 基礎(chǔ)上，該電路用于物理描述PTC與并聯(lián)電壓的依賴性關(guān)系：

圖 2

這個電路適用以下方程式：

方程 （1） 至 （3） 是定義元件的電學(xué)定律

方程 （4） 是元件熱平衡。

代入詳細數(shù)據(jù)將方程 （1） 至 （4） 轉(zhuǎn)換成典型E、G和H SPICE源電路，否則我們必須處理11個彼此相互作用的行為源。

簡化之后，模型描述減少到兩個方程式：

新模型不包含方程 （1） 的VDR物理參數(shù)，方程 （5） 純擬合函數(shù)F根據(jù)實驗測量值確定，如圖3所示4。

圖 3

低于脈沖電壓最小PTC電阻

這個重啟模型的新符號如圖4所示，與參考文獻2中發(fā)布的模型相反。新特點是一個引腳指明PTC （T5節(jié)點） 內(nèi)部溫度，我們希望這對設(shè)計師非常有用。

這個溫度節(jié)點不是懸而不決，LTspice符號編輯器可進行量化操作，包括構(gòu)建一個小的內(nèi)部溫度計顯示測量的元件溫度。

圖 4

下一個問題：簡化模型是否與原有模型一樣有效評估基本屬性？ 為此，我們需要在相同仿真條件下對比兩種模型。

在第一個瞬態(tài)仿真中 （圖4），我們以非常低和非常高的電壓，在PTCEL13R501RBE兩端施加非熱脈沖電壓，用SPICE錯誤日志文件計算并顯示圖2瞬時電阻與溫度的關(guān)系。

所得曲線與同一仿真，但采用典型模型進行的相同測量進行比較，精確復(fù)制物理測量結(jié)果。

圖 5

PTCEL 13 500 ? （LTspice測量值） （0V和700V 脈沖電壓） 的電阻特性

rptc典型模型 （0V）? ? ? rptc典型模型 （700 V 脈沖電壓）

重啟模型 （0V）? ? ? ? 重啟模型700 V 脈沖電壓

現(xiàn)在，如圖5所示，當(dāng)重啟和正態(tài)模型整個溫度范圍內(nèi)，0 V條件下所得電阻相同時，它們僅在700 V脈沖條件下一致 （橙色和紅色曲線），只要溫度不超170 °C。這種不便恰好對于PTC保護并不重要；設(shè)計人員主要關(guān)心低于、介于或高于開關(guān)溫度，即140 °C出現(xiàn)的情況。高于這個溫度，PTC電阻上升到非常高的阻值，電路電流快速下降，PTC溫度不可能進一步增加。所有結(jié)果在170 °C以上重現(xiàn)，很容易視為情況不錯，但不是必不可少的性能。

現(xiàn)在，我們來驗證這些模型交流電源瞬態(tài)仿真效果，我們的新模型可在合理時間內(nèi)完成。

下一個仿真中，我們采用完整的SMPS穩(wěn)壓平滑電路，290 ?負載施加440 V峰值電壓。我們可以將開關(guān)設(shè)置為電容充電達到95%電壓振幅時PTC失效。重啟模型運行速度比前一模型快20倍，幾秒鐘之后即可給出結(jié)果 （仿真速度為200 ms / s，實際時間為1秒，因此每次仿真5秒鐘之后即可給出結(jié)果）。PTC （± 30 %） 和DC鏈路電容器 （± 20 %） 采用蒙特卡羅公差。仿真進行十次。

圖 6

我們顯示兩個PTC的溫度變化 （圖7），電容器周邊電路電壓上升 （圖8），以及阻性負載電流 （圖9）。

圖 7

V（t2b）*1 °C/1V? ? ? ? 1 °C/1V*C（t1）

圖 8

圖 9

如7所示，電容充電需要0.25秒到0.5秒，PTC溫度上升到70 °C到90 °C （低于開關(guān)溫度）。當(dāng)電壓達到440 V的95 % 時 （圖8），開關(guān)閉合，電流加至負載 （圖9）。

我們現(xiàn)在可以按下所有紅色按鈕，用圖6相同的電路模擬4.7 mF大電容充電并顯示電路行為。很短時間之后，兩個PTC開關(guān)高于160 °C （圖10），但不超過170 °C （我們新的模型有效限制）。有點令人驚訝的是，當(dāng)PTC溫度下降時 （圖10），似乎飽和的電容繼續(xù)充電 （圖11）。25秒至1分多鐘負載接通電流。

圖 10

V（t2b）*1 °C/1V? ? ? ? ? 1 °C/1V*V（t1）

圖 11

現(xiàn)在，我們用8個PTC組成的電路網(wǎng)絡(luò)演示曲線圖形 （圖12）。 平滑電容短接，以產(chǎn)生PTC切換的巨大電流。

圖 12

圖13顯示八個PTC中每一個的溫度變化 （注意，極為有限的情況下初始環(huán)境溫度選擇70 °C）。

一半元件0.7秒后，溫度達到165 °C左右切換。這與預(yù)想是完全一樣的。如果咨詢PTC電氣工程技術(shù)人員，他們會告訴您，每個PTC網(wǎng)絡(luò)分支中的一個元件切換，這是最高值的元件。與這個開關(guān)部分串聯(lián)的元件溫度下降。

圖 13

1 °C/1V*V（t3b）? ? V（t4）*1 °C/1V? ? V（t4b）*1 °C/1V? ? V（t2）*1 °C/1V? ?V（t3）*1 °C/1V? ? V（t1b）*1°C/1V? ??V（t2b）*1 °C/1V? ? 1 °C/1V*V（t1）

總之，經(jīng)過簡化的重啟模型不僅證實了PTC技術(shù)專家所說的情況，而且使我們能夠非?？焖俚亟o出預(yù)測結(jié)果。

不必盯著屏幕看幾個小時，不用浪費時間，仿真過程中不會出錯，這是準(zhǔn)備實驗的理想方法。

與往常一樣，本文所示模型和仿真電路可在以下網(wǎng)址獲取 edesign.ntc@vishay.com.

參考資料：

1.Simulation Notes for SPICE Modelling PTCTL， PTCCL， and PTCEL， https://www.vishay.com/doc？29180

2.https://electronics.stackexchange.com/questions/262663/how-to-trace-down-why-ltspice-simulation-is-slow

3.https://www.analog.com/en/technical-articles/ltspice-speed-up-your-simulations.html#

4.PTCEL data sheet https://www.vishay.com/doc？29165