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【文原创】传统PWM控制器的控制模型和仿真 (反激、正激、半桥、全桥)

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maileyang
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  • 2015-11-11 23:05:49
/*** 支持论坛活动:   如果对LLC的闭环仿真有兴趣的,可以看我的这个帖子:
【文原创】PSPICE环境下的LLC闭环仿真建模 https://bbs.21dianyuan.com/thread-225456-1-1.html   备注:更新了 电流控制模式的LLC 闭环仿真模型 2015/10/18 在26楼

   如果对 临界模式PFC和连续模式PFC的建模和仿真 有兴趣的,可以看我的这个帖子:
  临界模式PFC和连续模式PFC的建模和仿真的闭环仿真  https://bbs.21dianyuan.com/thread-226413-1-1.html  

   如果对移相全桥控制和仿真感兴趣,就看
https://bbs.21dianyuan.com/thread-226811-1-1.html
  
如果对三电平软开关控制和仿真感兴趣,就看我的这个帖子:https://bbs.21dianyuan.com/thread-233670-1-1.html

   如果对传统PWM控制器的的控制和仿真有兴趣,就看本帖了。

  **************/
  备注:该系列的仿真都是在 OrCad Capture PSPICE 16.6环境,本帖提供了原理图和仿真文件下载。
  前言:
  
对于传统的PWM模式控制器,比如UC384X系列,能非常好的应用在反激和正激拓扑的控制上。电流模式固有的逐个周期电流限制和超快的动态响应,是非常优秀的性能。虽然UC384X系列已经蛮老了,不能用在现在追求5&6级能效的项目上。但是有些追求可靠性的领域,还是蛮喜欢用UC384X系列的。话不多说了,下面是参考其内部控制逻辑建立的仿真模型。
第一部分 传统定频反激
  UC384X的内部逻辑图:

1.png
  (图1 UC384X系列内部逻辑图)
  首先是一个90瓦的CCM反激,其控制逻辑参考UC3842,可见下图:

2.png
  (图2 U固定开关频率的反激模型)
     模型说明:
由V5产生一个固定的置位时钟,RS触发器和输出逻辑参考UC384X。最关键的PWM比较器,由一个if语句替代,追求最快的仿真速度。用分压电阻和限制运放的输出,控制到PWM比较器的电压不高于1V。误差放大器由传统的TL431替代,光耦用理想的流控电流源替代,于是可以得到仿真的波形:
1、20ms的启机波形:
3.png
        (图3 反激的启机波形)
展开细节:
V(Vout)是差模电感之前的电压,纹波较大。
V(G3:1)是负载端的电压,基本纹波就比较小了。
V(Vdrain)是原边MOS漏极波形。
V(Vcs)是PWM比较器的电流信号
V(Vcomp)是PWM比较器的给定信号

4.png
    (图4 反激的几个关键点波形)
  做一个0.5A ~4.7A 10ms切换一次的动态响应测试:
5.png
    (图5 观察在动态负载时的工作波形)


仿真原理图: flyback_test_V1.pdf (81.84 KB, 下载次数: 1158)
maileyang
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  • 2015-11-11 23:08:17
 
第二部分 传统定频正激
  关于50%占空比的限制,可以参考下图,将S引脚脉宽设置到半个周期长度,那么PWM输出的最大脉宽就被限制住了。
6.png
(图6 UC384X系列的控制时序图)
       仿真原理图:
7.png
   (图7 UC384X控制的双晶正激模型)
  模型说明:
  为了加快仿真速度,对于双管正激MOS的体二极管几乎不走电流的情况下,就直接用理想开关代替。副边也直接用二极管做整流桥,同步整流稍微麻烦。输出用一个压控电流源来做理想负载,控制逻辑和反激几乎一样。
1、  20ms的上电波形
8.png
      (图8 正激启机仿真)
展开细节:
V(Vdrain)是原边低端MOS的漏极电压
V(Vout) 是副边输出电压
V(Vcs)  是PWM比较器的电流信号输入
V(Vcomp)是PWM比较器的给定信号
V(D3:3) 是副边滤波电感的输入电压
I(L3)     是副边滤波电感的电流
9.png
    (图9 正激几个关键点波形)
做5 A~40A 10ms一次的切换:
10.png
   (图9 正激模型在动态负载切换时的工作)
  展开切换时的细节:
  分别是加负载时:
11.png
  (图10 正激模型在负载增加时)
和减负载时:
12.png
(图11 正激模型在负载减少时)
仿真原理图: FORWARD_CM_TEST_V1.pdf (81.02 KB, 下载次数: 787)
maileyang
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  • 2015-11-11 23:10:31
 
第三部分 传统半桥
  传统PWM控制的半桥和全桥,一般由电压模式控制,常见的IC有SG3525A,UC3825A。是拿CT上的电压斜坡和误差放大器的输出进行比较,然后得到一个占空比去控制管子的脉宽。由于要控制半桥和全桥,需要有两路互补的驱动信号,而且还要限制住两路信号的最大占空比。
  SG3525A的内部逻辑图如下:由OSC和触发器发出两路限制占空比的互补信号到NOR门。NOR门默认输出为高电平,需将关断PWM的信号送到NOR门。在SG3525A中分别有下列几个送到NOR门用来关断输出,限制脉宽。
1、  PWM比较器的输出,误差放大器的电压Vcomp高于Vramp后发出高电平到触发器的S,触发器发出高电平到NOR门,可以关闭当前输出。
2、  OSC发出的最大占空比限制,通过合理的RT和CT控制最大的占空比。
3、  ULVO IC欠压保护
4、  SHUTDOWN 过流保护信号
5、  触发器发出的两路互补驱动信号。
13.png
(图11 SG3525A的控制逻辑图)
在仿真模型中,为了提高仿真速度,我用可定义的三角波来作为CT上的电压斜坡。用0.2V和2.5V对斜坡电压进行比较可得到用来限制占空比的信号CLK。在通过触发器U6得到两路互补的驱动信号A和B,分别都送到NOR门。在仿真中,我去掉了欠压保护的控制,控制驱动的NOR门只有三个条件用来关断当前的脉宽:
1、A和B互补的驱动。
2、最大占空比限制CLK。
3、PWM比较的输出。
过流保护比较器暂时不使用,电压模式只控制占空比,动态性能要比电流模式差一点点。
14.png
(图12 电压模式半桥控制模型)
先来一个0~20ms的启机波形:
15.png
(图13 电压模式半桥启机波形)
展开细节:
V(Vout_ac) 输出电压
V(L2:1) 副边滤波电感上的电压
I(L2) 副边电感上的电流纹波
V(C10:2,H1:1) 是变压器两端的电压波形
I(C10) 是隔直电容上的电流
16.png
( 图14 电压模式半桥启机波形)
做一个10A~80A的10ms一次的切换:
可以看到这个反馈参数不是很好,动态响应比较糟糕。
17.png
( 图14 电压模式半桥在动态负载切换时的波形)
继续展开细节部分:
18.png
( 图15 电压模式半桥在动态负载切换时的波形)

仿真原文件: hb_uc1825a_v1.pdf (72.31 KB, 下载次数: 775)
maileyang
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  • 2015-11-11 23:12:21
 
第四部分 电压模式全桥部分:
  控制模式几乎和半桥一致,只是用两路信号同时驱动对角的两颗管子,便于仿真就没有使用隔离驱动的电路,模型可见下图:
19.png
   (图15 电压模式全桥的控制模型)
      0~20ms的上电波形:
20.png
(图16 电压模式全桥的启机波形)
展开细节:
I(L2)/10 是副边滤波电感上的纹波电路,便于观察除以10倍。
V(VREC)是副边滤波电感上的电压
V(U2:1,H1:1)/50  是原边变压器两端的电压,为了便于观察除以50倍。
I(C10) 是流过隔直电容的电流。
V(Vout_ac)是输出电压(纹波蛮大的)
21.png
   (图17 电压模式全桥的启机波形)
做一个10A~100A的10ms一次的动态切换:
22.png
(图18 电压模式全桥的动态负载切换时波形)
展开细节:
23.png
(图19 电压模式全桥的动态负载切换时波形)

仿真原文件:
fb_vm_test.zip (48.98 KB, 下载次数: 772)
maileyang
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  • 2015-11-11 23:14:19
 
第五部分 电流模式的全桥控制模型仿真:
  电流模式只是将原边电流引入控制,和误差放大器的比较做比较,当原边电流达到给定值时,关闭当前周期的脉宽。见控制模型:
24.png
   (图20 峰值电流模式全桥的控制模型)
来一个0~20ms上电仿真:
25.png
(图21 峰值电流模式全桥的启机波形)
展开后的细节:
V(GAIN:OUT)PWM比较器的给定是误差放大器的输出。
V(E7:IN+) PWM比较器电流信号
V(Vout_ac)输出电压
V(Vrec) 是副边滤波电感的电压
I(L1/10)是副边滤波电感上的电流,为了便于观察除以了10.
26.png
  (图22 峰值电流模式全桥的启机波形)
做10A~100A 10ms的切换:
27.png
(图22 峰值电流模式全桥的在动态负载切换时的波形)
展开细节:
28.png
(图23 峰值电流模式全桥的在动态负载切换时的波形)

仿真原理图: FB_CM_TEST_V1.zip (50.35 KB, 下载次数: 762)
sunpower006
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高级工程师
  • 2015-11-13 21:23:07
 
楼主对pspice的熟练程度让人佩服,顺便请教个问题,为什么sg1843的第四脚(RT/CT)在仿真时提示 Connection to unmodeled pin U1 pin 'RT/CT',难道这个引脚不能连接外部电路?
maileyang
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  • 2015-11-13 22:56:01
 
我一般不用库自带的,你尝试一下直接填个开关周期。
然后不管RT CT脚。
JamesHacker
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LV6
高级工程师
  • 2015-11-16 22:10:25
 
据说PSPICE好几个自带的SG和UC系列都有问题,我那次调了个3525也是频率那里奇怪得要死
maileyang
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  • 2015-11-16 22:53:13
 
可以参考一下,我这个模型。是SG3525的控制原理。
JamesHacker
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高级工程师
  • 2015-11-17 09:57:07
 
多谢啦哈哈
zhenxiang
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副总工程师
  • 2022-11-8 16:56:47
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这个模型不能用
zhenxiang
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LV8
副总工程师
  • 2023-6-9 08:48:09
  • 倒数6
 
这个模型有问题
奋斗的牛头怪
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  • 2016-5-18 10:12:18
 
好帖子,顶一个!
anticipate
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助理工程师
  • 2019-7-4 08:51:48
 
感谢楼主无私分享
wly66
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初级工程师
  • 2020-1-14 08:55:33
 
向楼主致敬。
相思和星辰
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高级工程师
  • 2020-3-4 09:30:23
 
楼主太厉害了
easylearn
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本网技师
  • 2019-3-2 19:41:31
 
楼主威武,坚决学习!!!
beiyouxia
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助理工程师
  • 2020-1-1 11:18:08
 
学习了,感谢楼主分享!
dave_hou
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本网技工
  • 2023-3-19 22:22:40
  • 倒数9
 
感谢杨总分享
木木很-shy
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副总工程师
  • 2015-11-16 22:43:02
 
向您学习
maileyang
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  • 2015-11-16 22:54:00
 
不敢当。
易网打尽
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初级工程师
  • 2015-12-1 10:31:42
 
谢谢楼主的分享
jiexiao
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LV2
本网技师
  • 2015-11-17 13:11:42
 
学习了,谢谢!
shaohuang
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初级工程师
  • 2015-11-17 14:06:54
 
小弟正在学习Pspice,向大师学习了
maileyang
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  • 2015-11-17 16:43:03
 
有问题发上来。
21centuryxu
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助理工程师
  • 2015-11-20 12:25:56
 
感谢楼主,认真学习。
amamze
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LV8
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  • 2015-11-21 11:40:15
 
我也在研究PSPICE的建模和仿真,现在都是学着BASSO的仿真文件自己建逐周模型;向楼主学习,一直觉得好好研究好一种仿真工具对深入理解开关电源是很有用的,虽然在现在的公司,好多人不以为然,说一点用都没有。
maileyang
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  • 2015-11-21 14:41:57
 
加油,,懂的人自然懂仿真的价值。
不懂的,你跟他说太多也没用。有问题发出来交流,或许可以帮上点忙。
yingbin
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高级工程师
  • 2015-11-27 11:35:20
 
顶,不错值得学习
zyh3797
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LV6
高级工程师
  • 2015-11-27 15:55:45
 
学习了!!!
yyy787
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  • 2015-11-28 18:56:06
 
谢谢楼主的分析,顶一个!
zyh3797
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LV6
高级工程师
  • 2015-11-30 08:28:01
 
学习力!!!
易网打尽
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LV4
初级工程师
  • 2015-11-30 12:31:15
 
谢谢啊,下载下来好好学习
sphailiu
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LV3
助理工程师
  • 2015-11-30 19:52:41
 
,涨姿势了
chy787
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LV8
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  • 2015-11-30 23:07:03
 
很好的资料,学习了!
linger223
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LV6
高级工程师
  • 2015-12-1 08:59:52
 
涨知识了
andyboy1234
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LV6
高级工程师
  • 2015-12-5 10:34:40
 
很不错的技术帖  学习一下 正好在做这方面的项目
地瓜patch
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LV8
副总工程师
  • 2015-12-6 11:50:29
 
光耦用理想的流控电流源替代
maileyang
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  • 2015-12-8 19:24:44
 
这个方式比较简单。
lmyyjx
  • lmyyjx
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高级工程师
  • 2015-12-8 10:57:17
 
大神好膜拜啊
keadey
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助理工程师
  • 2015-12-9 11:31:47
 
好专业   谢谢分享
keadey
  • keadey
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助理工程师
  • 2015-12-17 10:47:48
 
很好的分享   谢谢
yanyangdz
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LV6
高级工程师
  • 2015-12-19 11:32:21
 
路过。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
nhgaoweili
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本网技工
  • 2015-12-19 11:52:52
 
学习了,本人正在学SABER仿真。
maileyang
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  • 2015-12-19 19:08:45
 
加油!↖(^ω^)↗
anthony
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  • 2015-12-19 20:39:38
 
好东西!
anthony
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  • 2015-12-22 11:18:06
 
谢谢分享。
yeshenyue55
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本网技工
  • 2015-12-24 11:52:19
 
你好,大神,我这里使用ad630画电路仿真的时候有四个引脚出了问题,引脚属性里float为unmodeled,瞬态分析时总是跳出pspice runtime setting,显示的绿圆圈里显示,connection to unmodeled pin,请问这个问题怎么解决?在线等,谢谢了
ltpzm
  • ltpzm
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高级工程师
  • 2015-12-24 12:04:38
 
楼主的仿真很全面了,抽空学习下。
qq270453678
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LV6
高级工程师
  • 2016-5-17 15:04:00
 
偶然间看到了杨总 的神贴。。膜拜一下~我是小王~
maileyang
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  • 2016-5-17 22:20:17
 
大师您好。
suyuanda
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助理工程师
  • 2016-10-4 23:18:50
 
你这个反激模型为什么少了误差放大器,而是用缓冲器代替呢??? 想不通???
rsszd123
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高级工程师
  • 2016-10-12 08:46:38
 
请问你用的是什么软件仿的?谢谢
DQLM
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LV6
高级工程师
  • 2017-5-18 20:46:25
 
大师,仿真文件中的层电路中的电路不知道为什么不能仿真,提示正在编辑当前示意图不是模拟的层次结构。百度不到还是没能解决!望大师指点一下。
leiyu1139
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LV3
助理工程师
  • 2018-12-2 10:47:24
 
发现楼主会的好多啊!!
leiyu1139
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LV3
助理工程师
  • 2018-12-2 10:51:50
 
想问问楼主文件里的ampsimp是什么器件?cadence 16.6 找不到啊?
MyloverHlyn
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副总工程师
  • 2018-12-8 11:23:04
 
变压器和FFLOP那个16.6能找到么,我找了半天没找到
leiyu1139
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助理工程师
  • 2018-12-2 10:52:44
 
谢谢楼主的分享,先下载来参考参考。最近想做移相的仿真。
f11733312345
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本网技师
  • 2019-1-4 13:20:42
 
谢谢楼主谢谢楼主谢谢楼主谢谢楼主
lanyuye00
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高级工程师
  • 2019-1-17 19:10:22
 
谢谢楼主的分享
zxs2000
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高级工程师
  • 2019-3-30 15:11:20
 
谢谢分享                 
jy02919887
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助理工程师
  • 2019-4-9 14:37:40
 
参考学习一下,谢谢
haoyuan
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高级工程师
  • 2019-4-26 08:29:00
 
先收藏,再研究!
MyloverHlyn
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LV8
副总工程师
  • 2019-5-16 20:19:57
 
楼主在不,理想变压器模型的子电路可以上图看看吗
as1023007499
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本网技师
  • 2019-5-17 17:08:13
 
tf值电流模式全桥的启机波形
wmaxy86
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本网技师
  • 2019-5-21 16:46:33
 
非常经典,牛人。
ly-aa11
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高级工程师
  • 2019-5-22 15:20:06
 
Mark ,学习学习
wmaxy86
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本网技师
  • 2019-5-22 19:13:10
 
技术大牛!
jifeng123
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本网技工
  • 2019-5-30 21:24:34
 
学习仿真
超级蒜苗
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LV6
高级工程师
  • 2019-6-5 17:39:49
 
感谢楼主,学习了
anticipate
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助理工程师
  • 2019-7-4 08:47:53
 
感谢楼主无私分享
贤阁主
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高级工程师
  • 2019-7-20 09:41:42
 
多谢分享
lyp_204
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高级工程师
  • 2019-7-20 17:08:53
 
多谢分享
硬件研发工程师
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高级工程师
  • 2019-10-25 09:55:23
 
我来学习学习,谢谢分享!
mzgcom
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本网技师
  • 2019-10-26 17:58:00
 
楼主辛苦
paopaosaisai
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助理工程师
  • 2019-10-30 20:50:12
 
高手,学习中
硬件研发工程师
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高级工程师
  • 2019-11-3 16:23:35
 
我运行有很多出错,仿真不了,貌似是元器件没有仿真文件,16.6版本。
熊紅
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高级工程师
  • 2019-12-25 01:15:32
 
謝謝分享,學習了
zsqlaoer1
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高级工程师
  • 2020-1-17 04:12:42
 
好帖子,顶一个!
加油吧海草
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高级工程师
  • 2020-2-26 10:37:59
 
楼主,你好!可有什么学习高频电源设计的书,带有PSPICE或saber仿真的书籍,求推荐!
YIREN
  • YIREN
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LV2
本网技师
  • 2020-3-20 21:02:58
 
小弟不才,有些元件不认得请教下,这个E4是什么元件,原理是啥
8cfc7f27a99cfd462d1a7a967068ff0.png
MyloverHlyn
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LV8
副总工程师
  • 2020-3-21 08:48:02
 
这是Pspice的行为模型,可以用语句自定义输出。楼主就是用if语句比较FB误差信号和sense信号输出关断信号
xjy8868
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高级工程师
  • 2020-3-24 12:57:08
 
多谢分享~~~~~~~~~~~~~~~~~!
天蝎清风道骨
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本网技师
  • 2020-3-31 21:15:28
 
謝謝分享,學習了
gdh0824
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LV6
高级工程师
  • 2020-5-3 09:32:56
 
多谢啦哈哈
diablo77521
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LV6
高级工程师
  • 2021-1-1 18:36:45
 



总结得不错,如果能把 application.OLB 以及其他的 库   共享就好了。

自己找lib 挺费劲的,up主方便分享吗?
leesoar
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LV6
高级工程师
  • 2021-1-14 17:12:27
 
感谢分享,学习了
dream-away
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LV6
高级工程师
  • 2021-5-26 15:03:30
 
谢谢帅锅,学习了
bg4ajb
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LV2
本网技师
  • 2021-6-21 11:37:24
 
感谢博主,对新人是个好文!
TP416775364
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LV4
初级工程师
  • 2021-7-8 10:20:25
 
谢谢分享
蓝调roger
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LV2
本网技师
  • 2021-8-8 23:17:08
 
楼主牛逼
my770809
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副总工程师
  • 2021-8-13 09:30:42
 
好帖子,顶一个!
PNWZDL
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禁止发言
  • 2021-8-13 20:50:29
 
感谢楼主分享,顶一下
subppm
  • subppm
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助理工程师
  • 2021-10-23 16:32:06
 
支持原创,感谢分享
sdkljhush
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初级工程师
  • 2021-12-25 10:36:24
 
=-记号
jurila
  • jurila
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高级工程师
  • 2022-2-18 23:47:57
 
mark一下
tarrien
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高级工程师
  • 2022-3-5 17:45:05
 
谢谢楼主的分享!
tarrien
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LV6
高级工程师
  • 2022-3-5 17:58:26
 
资料很好,就是银子不太够!
lknwpu
  • lknwpu
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高级工程师
  • 2023-3-26 12:34:50
  • 倒数8
 
记号下
mosanfu333
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助理工程师
  • 2023-5-26 15:44:08
  • 倒数7
 
学习了,谢谢!
crl123456
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本网技师
  • 2023-8-2 15:17:52
  • 倒数5
 
楼主,不知是否可以提供TL431\XFMR1\AMPSIMP\FFLOP的模型。本人下载后,提示没有相应的模型,不太明白XFMR1\AMPSIMP\FFLOP这3个是什么模型?不知是否可以指点一下
philson
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本网技师
  • 2023-8-4 17:11:36
  • 倒数4
 
楼主对pspice非常精通,佩服
kingtonliu
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LV8
副总工程师
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  • 倒数3
 
好文章,感谢分享
A879198284
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  • 倒数2
 
谢谢分享
moochiu
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本网技师
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  • 2024-1-29 11:05:25
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