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周波数特性解析

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Academic year: 2021

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周波数特性解析

株式会社 スマートエナジー研究所

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目次

1. アナログ/デジタルの周波数特性解析 . . .  1 2. 一巡周波数特性(電圧フィードバック). . .  4 2.1. 部分周波数特性解析 . . .  5 3. 一巡周波数特性(電流フィードバック). . .  7 4. 補足 . . .  9 4.1. 周波数範囲の設定 . . .  9 4.2. 信号電圧について . . .  9 4.3. Slow解析における設定. . .  9 4.3.1. 周波数分割数の設定(Ndiv). . .  9 4.3.2. 解析時間の設定(Tanl) . . .  9 4.4. 周波数特性の結果がうまく得られないときは . . .  9

(3)

1. アナログ/デジタルの周波数特性解析

サンプルファイル AnalogDigitalLpfFra.cvt2

アナログのLPF(Low Pass Filter)とデジタルのLPFを例に挙げ、周波数特性を確認する例です。

まず初めに Waveform で 100サイクル シミュレーションを行います。

シミュレーション結果からアナログとデジタルのシミュレーション結果の違いを確認すること ができます。

(4)

Example 1. アナログLPFの場合 周波数特性解析を行う場合、回路状態を十分定常状態にする必要があります。定常状態を 保存し、周波数特性解析を行います。以下の手順に従って解析を行ってください。 1. Analysis:Transient を 1000サイクル 実行し応答が十分安定になっていることを確認してください。このTransient解析は 、回路パラメータの変更など、回路状態を変化させた場合には、必ず実行します。 2. Parameter:Update を行い、Transient解析の最終値を保持します。 3. Analysis:Frequency:Fast を実行します。するとダイアログボックスが表示されるので、周波数測定範囲の

From , to を選択します。ここでは、 OUT1:V:AVE , AnalogOut:V:AVE を選択し

OK を押下します。

(5)

Example 2. デジタルLPFの場合

アナログの手順 1, 2と同様に十分定常状態になった結果を保持します。

1. Analysis:Frequency:Fast

を実行します。するとダイアログボックスが表示されるので、周波数測定範囲の

From , to を選択します。ここでは、 OUT1:V:AVE , LPF.DigitalOut:FIN を選択し

OK を押下します。

(6)

2. 一巡周波数特性(電圧フィードバック)

サンプルファイル AnalogPidControlFra.cvt2

この例では、フィードバック制御された回路の一巡の周波数特性を解析します。 図のように、

AC Sweep素子 を挿入し、その前後に入力出力波形検出用のOpen素子 OUT1 ,OUT2

を接続します。 周波数特性解析では、この OUT1 から OUT2

までを測定します。このようにすることで、 AC Sweep

から出力された微小変動が、フィードバック信号に加算され、一巡の周波数特性を解析するこ とができます。

(7)

Example 3. 一巡周波数特性解析 先述のアナログの周波数特性解析と同様に、 1. Analysis:Transient を 3000サイクル 実行し応答が十分安定になっていることを確認してください。 2. Parameter:Update を行い、Transient解析の最終値を保持します。 3. Analysis:Frequency:Fast を実行します。するとダイアログボックスが表示されるので、周波数測定範囲の

From , to を選択します。ここでは、 OUT1:V:AVE , OUT2:V:AVE を選択し OK

を押下します。

以上で周波数特性解析完了です。

2.1. 部分周波数特性解析

(8)

Example 4. 補償器の周波数特性解析

1. 同様にして十分定常状態になっている状態を保持します。

2. From , to に、 OUT1:V:AVE , AMP1.Vo:V:AVE を選択し OK

を押下します。このとき Phase Fold

のチェックボックスを外しておくと、位相軸が固定されるのを解除できます。

Example 5. 主回路の周波数特性解析

1. 同様にして十分定常状態になっている状態を保持します。

(9)

3. 一巡周波数特性(電流フィードバック)

サンプルファイル AnalogPidCurrControlFra.cvt2

電流フィードバックの一巡周波数特性を測定したい場合には、例として図のように構成します 。

(10)

Example 6. 一巡周波数特性解析(電流フィードバック) 先述のアナログの周波数特性解析と同様に、 1. Analysis:Transient を 3000サイクル 実行し応答が十分安定になっていることを確認してください。 2. Parameter:Update を行い、Transient解析の最終値を保持します。 3. Analysis:Frequency:Fast を実行します。するとダイアログボックスが表示されるので、周波数測定範囲の

From , to を選択します。ここでは、 OUT1:V:AVE , L:I:AVE を選択し OK

を押下します。

(11)

4. 補足

4.1. 周波数範囲の設定

AC Sweep素子 の Fmin 最低周波数, Fmax 最大周波数で設定します。 Fast解析

で解析結果が乱れている場合、 Fmin を低く設定すると正しく解析できる場合があります。 Fmax はメイン周波数の約1/4程度が限界です。

4.2. 信号電圧について

交流信号源の電圧Vacを設定します。Vacは、理論的にはなるべく小さいほうが解析は正確にな りますが、小さすぎるとリップル等の雑音の影響を受けやすくなります。また、逆に大きすぎ る場合には飽和したり波形が歪んだりします。通常は、デフォルトの1mVで良いでしょう。1u V~1V程度で設定してください。

4.3. Slow解析における設定

4.3.1. 周波数分割数の設定(Ndiv)

Slow解析の場合は、周波数の分割数をNdivに設定します。Fast解析の場合は、自動的に設定さ れます。

4.3.2. 解析時間の設定(Tanl)

Slowを使用する場合、解析時間Tanlを設定します。解析時間とは、過渡応答が終わり定常状態 になるまでの時間です。周波数特性解析ではAC Sweep素子の周波数や電圧を変化させ、その応答を観測します。このとき、過渡応答が生じま すが、これが十分安定しないと正確な測定ができません。通常は、デフォルトの10msで良いと 思いますが、時定数の大きい回路の場合は、長く設定する必要があります。もし、解析結果が 正確でないようなら20ms、30ms・・・等設定してください。Fast解析の場合は、自動的に設定さ れます。

(12)

ポイント 説明 回路を安定系にする 周波数特性は定常状態で計測するため、系全体が安定系となる よう設計してください。 直流波形を解析する 交流電源や他の理由で波形が振動する場合、AC Sweep 素子の正弦波信号が乱されてしまうため、正確な周波数特性は 得られません。直流波形に変換して解析してください。 変数のモードをAveに設定する 入力・出力波形には任意の変数モードを指定可能ですが、通常 、平均値の特性で周波数特性を解析することが一般的と考えら れるため、変数モードには「Ave」を設定してください。 周波数特性の解析帯域を確認す る AC Sweep 素子のパラメーターで、周波数特性を解析する帯域を指定する 「Fmin」と「Fmax」の値を確認してください。 「Fmin」の値が大きい場合、正確な特性が得られないことが あるため、十分に小さい値にしてください。 「Fmax」 はメイン周波数の約1/4程度が限界です。

参照

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