QSPICE模擬仿真：直接在線訂購(gòu)和購(gòu)買電子元件

QSPICE 電子電路仿真軟件因其有效性和易用性而日益受到工程師和業(yè)余愛(ài)好者的歡迎。該軟件的眾多特點(diǎn)之一是它允許與在線訂購(gòu)系統(tǒng)集成以購(gòu)買電子元件。有了這種可能性，設(shè)計(jì)人員可以直接訂購(gòu)和購(gòu)買用于其圖表的電子元件，而無(wú)需更改軟件，也無(wú)需在各種在線網(wǎng)站上進(jìn)行繁瑣的元件搜索。讓我們看看如何使用它。

介紹

想象一下，設(shè)計(jì)一個(gè)電路，模擬其行為，然后只需單擊一下，即可直接從在線供應(yīng)商處訂購(gòu)構(gòu)建電路所需的所有組件。使用 QSPICE 軟件，這已成為現(xiàn)實(shí)。這一重要可能性無(wú)疑徹底改變了設(shè)計(jì)和原型制作過(guò)程，使其更快、更高效。這個(gè)想法非常簡(jiǎn)單，就是將 QSPICE 軟件與電子元件在線采購(gòu)系統(tǒng)相結(jié)合。通過(guò)在單個(gè)軟件中識(shí)別創(chuàng)建電路所需的組件，設(shè)計(jì)過(guò)程變得非常高效，因?yàn)橹恍鑶螕粢幌拢涂梢灾苯訌脑诰€供應(yīng)商處訂購(gòu)組件。設(shè)計(jì)過(guò)程明顯更快，因此節(jié)省了搜索和手動(dòng)購(gòu)買組件的時(shí)間;直接訂購(gòu)電子元件還可以消除采購(gòu)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，最后但并非最不重要的是，從采購(gòu)到規(guī)劃的整個(gè)過(guò)程都在一個(gè)軟件中進(jìn)行管理。因此，這些都是改善電子設(shè)計(jì)體驗(yàn)的諸多優(yōu)勢(shì)。

一個(gè)實(shí)際的例子

掌握此功能的最佳方法是使用簡(jiǎn)單的電氣測(cè)試圖進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。讓我們開(kāi)始創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的電源電路示例，該電路涉及白熾燈泡的延遲開(kāi)啟，在電氣圖中用電阻器表示。只要采取適當(dāng)?shù)拇胧涂梢钥刂拼蠊β守?fù)載，前提是電路的所有關(guān)鍵部件都經(jīng)過(guò)調(diào)整。圖 1 顯示了電氣圖，由以下電子元件組成：

· V1：25 V 電壓發(fā)生器，用于激活 SiC MOSFET 的導(dǎo)通

· R1：這是一個(gè) 10K 電阻，用于向電解電容器 C1 提供小電流，以便其逐步充電。更改此值會(huì)改變時(shí)間常數(shù)，從而改變時(shí)序參數(shù)。其值越高，觸發(fā)負(fù)載所需的時(shí)間越長(zhǎng)

· C1：這是一個(gè) 4700 uF 電解電容器，用于積累能量，實(shí)際上構(gòu)成了觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)的編程定時(shí)器。在這種情況下，修改此值也會(huì)改變時(shí)間常數(shù)，從而改變定時(shí)參數(shù)。其值越高，觸發(fā)負(fù)載所需的時(shí)間越長(zhǎng)

· M1：QSPICE 庫(kù)中提供的 Qorvo SiC MOSFET 型號(hào)為 UF3C065030B3。其特性非常有趣

· R2：這是一個(gè) 56 歐姆功率電阻器，這里用作負(fù)載。它可以是燈、加熱器，甚至是電機(jī)。

該圖顯示了一些控制其執(zhí)行的 SPICE 指令。特別是：

· .tran 15,0,100u：此指令設(shè)置 15 秒的瞬態(tài)模擬

· .ic v(charge)=0：此指令強(qiáng)制軟件將“charge”節(jié)點(diǎn)設(shè)置為初始電壓 0 V，從而實(shí)現(xiàn)電解電容器初始放電的條件。有了它，可以在任何初始電壓水平下開(kāi)始模擬

· .plot (v(vcc)-v(drain))*i(r2),v(drain)*i(R2)：此繪圖指令顯示波形圖，其中顯示負(fù)載和 SiC MOSFET 消耗的功率，根據(jù)公式 P=V*I

· .plot i(r2)：該指令在圖表上顯示流過(guò)負(fù)載的電流

· .plot v(charge),v(drain)：該指令在圖表上顯示用作計(jì)時(shí)器的電解電容器的電壓以及 SiC MOSFET 漏極上的電壓。

所用的 SiC MOSFET 是 QSPICE 庫(kù)的一部分，由 Qorvo 生產(chǎn)。它具有以下電氣特性，并且正如我們將在本文后面看到的那樣，只需幾個(gè)簡(jiǎn)單的步驟即可輕松在線購(gòu)買：

· 型號(hào)：UF3C065030B3 SiC

· Rds(ON)：27 毫歐

· 漏源電壓：650V

· 柵源電壓：-25V~+25V之間

· 連續(xù)漏極電流：65A

· 脈沖漏極電流：230 A

· 功耗：242 W

· 最高結(jié)溫：175°C

· 結(jié)至外殼熱阻：0.48°C/W。

在執(zhí)行模擬期間(但也在實(shí)際等效電路中)，電容器 C1 上的初始電壓在時(shí)刻 T=0 等于 0 伏。25 伏電壓源 V1 通過(guò)限流電阻逐漸給電容器充電，限流電阻的 RC 時(shí)間常數(shù)等于 47。當(dāng)此電壓(與 MOSFET 的柵極相同)達(dá)到某個(gè)閾值(在本例中，相對(duì)于所用組件，約為 6 V)時(shí)，MOSFET 進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)并激活負(fù)載，負(fù)載將無(wú)限期保持通電狀態(tài)，直到電解電容器因外部事件再次放電。相關(guān)電路不會(huì)自動(dòng)下載。此操作可以通過(guò)與電容器并聯(lián)的常開(kāi)按鈕執(zhí)行。但是，始終建議與按鈕串聯(lián)一個(gè)低值電阻器(例如 10 歐姆)，以避免放電操作期間產(chǎn)生火花，為此必須將電解電容器短路。

圖1：電源負(fù)載定時(shí)器的電路圖

圖 2 中的圖表顯示了一些參數(shù)的趨勢(shì)，特別是：

· 電流圖(頂部)：該圖顯示了流過(guò)負(fù)載 R2(綠色圖)和 MOSFET 的 DS 通道的電流趨勢(shì)。在前 12 秒內(nèi)，沒(méi)有電流流動(dòng)，負(fù)載處于停用狀態(tài)，但在此之后，它將在近一秒鐘內(nèi)激活。切換不清晰也不突然，但它是面對(duì)不斷增加的模擬電壓的模擬變化，具有非線性分量

· 功率圖(中間)：該圖顯示負(fù)載消耗的功率(紅色圖)和 MOSFET 消耗的功率(綠色圖)。負(fù)載在激活時(shí)功率達(dá)到 40 W 以上，而 MOSFET 的功率始終很低，除了激活的幾個(gè)瞬間，在此期間可以觀察到少量開(kāi)關(guān)損耗

· 電壓圖(底部)：該圖顯示了 MOSFET 漏極相對(duì)于地的電壓(藍(lán)色圖)，該電壓隨 M1 的工作區(qū)域而變化，最重要的是，電解電容兩端逐漸增加的電壓，最初為 0 V(紅色圖)，始終與地相比。最后一個(gè)電壓的趨勢(shì)不是線性的，而是遵循普通 RC 濾波器的趨勢(shì)，該濾波器在輸入端連接有固定的直流電壓。如您所見(jiàn)，當(dāng)電容器上的電壓達(dá)到約 6 V 時(shí)，MOSFET 的開(kāi)關(guān)與負(fù)載的激活相結(jié)合。

圖 2：瞬態(tài)仿真中各個(gè)電路節(jié)點(diǎn)的參數(shù)圖

讓我們來(lái)訂購(gòu)電路的元件

現(xiàn)在，讓我們進(jìn)入項(xiàng)目的商業(yè)部分，即在線訂購(gòu)和購(gòu)買圖中使用的電子元件。并非所有電路元件都可以在線訂購(gòu)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)元件非常普遍，也可以在當(dāng)?shù)厣痰暾业?。要在線下訂單，只需右鍵單擊感興趣的組件并選擇“立即從 Mouser 購(gòu)買”項(xiàng)，如圖 3 所示。關(guān)于該項(xiàng)目的電氣圖，唯一可以在線購(gòu)買的組件是 SiC MOSFET UF3C065030B3。對(duì)于圖的其他組件，上下文菜單不顯示此功能。

圖3：在電子元件上按鼠標(biāo)右鍵即可進(jìn)行訂購(gòu)和購(gòu)買

選擇訂單后，默認(rèn)瀏覽器會(huì)顯示帶有所選組件的 Mouser 供應(yīng)商頁(yè)面。此時(shí)，可以指定要訂購(gòu)的產(chǎn)品數(shù)量，并可以實(shí)時(shí)查看要支付的金額。繼續(xù)購(gòu)買后，我們將訪問(wèn)確認(rèn)頁(yè)面，當(dāng)然，需要訪問(wèn)憑據(jù)，但也可以在沒(méi)有網(wǎng)站帳戶的情況下訂購(gòu)。完成訂單后，我們可以輕松訪問(wèn)付款部分。

哪些組件可以在線購(gòu)買

如前所述，并非軟件中的所有電子元件都可以在線訂購(gòu)。當(dāng)然，不包含型號(hào)代碼或電壓和電流發(fā)生器的通用元件不在此操作范圍內(nèi)。但是，可以遵循一些簡(jiǎn)單的規(guī)則來(lái)制作幾乎所有其他可購(gòu)買的組件。例如，對(duì)于二極管，只需右鍵單擊并選擇“選擇指南”功能即可訪問(wèn)商業(yè)型號(hào)列表，其中列出了型號(hào)、制造商、支持的最大電壓和最大電流。通過(guò)將模型與通用組件關(guān)聯(lián)，我們可以按照前面段落中描述的步驟在線訂購(gòu)。因此，可以購(gòu)買常見(jiàn)的 1N4007 二極管或 MM3Z2V7T1G 齊納二極管并將其添加到購(gòu)物車中。同樣的推理可以擴(kuò)展到 N 或 P 通道 JFET 晶體管、N 通道 JFET 功率晶體管，當(dāng)然還有 Qorvo 庫(kù)中的所有其他組件。

結(jié)論

QSPICE 與電子元件在線采購(gòu)系統(tǒng)的集成無(wú)疑是電子模擬器領(lǐng)域的一次革命。其在效率、速度、成本、精度和易用性方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯，并使我們能夠徹底改變電子電路的設(shè)計(jì)和構(gòu)建方式。