LTSpiceでスイッチを作成する:回路構成

事前に次の投稿を読むことをお勧めします。スイッチの種類とその機能については、スイッチ回路と機能を参照してください。 プログラムの経験がない人は、 私の最初の投稿サブサーキットの投稿を参照してください。

メカニカルスイッチのタイプには、大きく分けて4種類あります。SPST、SPDT、DPDT、DPSTです。これらのスイッチタイプのうち、2つはデフォルトの形式が異なります。SPSTには、SPST-NCまたはSPST-NO(NCはノーマリークローズ、NOはノーマリーオープン)があります。DPSTスイッチにも同じタイプの形式(DPST-NO、DPST-NC)があります。SPDTとDPDTは、その設計上、通常このような呼び方はしません。LTSpiceには、「Voltage Controlled Switch」と呼ばれる素子を使って、これらのスイッチをモデリングする機能があります。ソフトウェアではスイッチを物理的に「押す」ことができないので、ソフトウェアによって基本的なスイッチが実装されます。コンポーネント記号をクリックして、「switch」を検索してください。
voltSw
この素子は、電圧源がスイッチの開閉を制御する非常に単純なリレーとほぼ同等のものです。このような内蔵スイッチを動作させるためには、spiceコマンドが必要です。まず、回路図の「SW」というテキストを右クリックして、スイッチにユニークな名前を付けることをお勧めします。私は、実験用のスイッチを設定する際に、うまくいく好みの設定をしています。「S」キーを押して、次のように入力します。
「.model yourModelName SW(Roff=1G Ron=25u Vt=0.1 Vh=0.1)」
これらの値は、回路がオフ時の抵抗、オン時の抵抗、スイッチを作動させるためのトリガ電圧、およびトリガ電圧に対するヒステリシス(基本的には電圧に対する許容範囲)を表しています。SPICEのコマンドボックスで「.model yourModelName SW()」と入力すると、デフォルト値を使用することができます。デフォルト値を知るには、Helpをクリック(またはF1入力)して「switch」を検索してください。
helpSw
「Voltage Controlled Switch」をダブルクリックすると、パーツの使い方やデフォルト値などの情報が表示されます。

SPST-NC(単極単投ノーマリークローズ)

まず、SPSTスイッチのノーマリークローズバージョンから始めましょう(スイッチのデフォルトはノーマリーオープンです)。デフォルトのSPSTスイッチの設定方法と一致させたかったので、以下のようにな回路にしました。


「+」ピンに接続されている素子は、プリインストールされているロジックインバータです。コンポーネント記号をクリックして、「inv」を検索してください。 LTSpiceのデフォルトの論理ゲートは5または3.3Vではなく1Vに設定されています。パーツを右クリックして、インバータを5Vに設定しました。
invertChangeVal
最初は「Value」が空白になっているので、td=10n Vhigh=5に設定しました。Tdはロジックインバータの立ち上がり時間、Vhighはトリガ/出力される電圧です。5Vは多くの集積回路で一般的な電圧です。 Tこの記事では、スイッチの設計にいくつかのインバータを使用し(同じ設定を使用)、それらがすべてベーススイッチを持つことになります。回路内にスイッチモデルを持つときは、各スイッチモデルに「.model yourModelName SW(Roff=1G Ron=25u Vt=0.1 Vh=0.1)」を使用します。 「Hierarchy」をクリックし、「Create a New Symbol」をクリックします。次と同じようなものを作って下さい。

ブロック方式の場合、ピンの名前が同じである必要がありますが、ネットリストの順番は気にする必要はありません。「L 」を押すと線を、「C 」を押すと円を、「P 」を押すとピンを描きます。ピンのテキスト配置は、方向が逆になることを覚えておいてください(左が右に、右が左に見えるのは、ICチップを作ることを想定しているからです)。最後に、回路図とシンボルの名前を同じにすることを忘れないでください。回路図の拡張子は「.asc」、シンボルの拡張子は「.asy」となります。同じ名前で、同じ作業ディレクトリになければ、サブサーキットは動作しません。

SPDT(単極双投)

SP(single pole)の次のモデルは、SPDTタイプのスイッチです。このタイプのスイッチは、片側に1つの接続点、もう片側に2つの別々の接続点で構成されています。これは通常、2つの別々の回路を切り替えて制御する方法を提供します。以下はその回路図です。


回路図を保存し、名前を付けます。その後、関連するシンボルを作成します。

点線のような異なる線のスタイルを得るには、「Hierarchy」の隣にある「Draw」メニューをクリックし、「Line Style」をクリックします。ドロップダウンで選択するオプションがいくつかあります。
lineStyle
実線やその他のスタイルが必要な場合は、この設定を元に戻すことを忘れないでください。手動で変更するまでは、最後に使用したスタイルが維持されます。状態間のアニメーションがないので、スイッチのオルタネイト位置を点線で表現しています。回路図では、「+」に電源電圧がかかっていないときに、デフォルトの位置で「1」と「2」が接続されるように設定されています。

DPDT(双極双投)

DPDTスイッチには、2つのSPDTスイッチが含まれており、両方が同時に作動します。私はこの回路図を作成するのにショートカットを使いました。


階層設計のため、独自のサブサーキットを使用することができます。この図では、「1」「2」「3」と「+」「-」の参照が複数あるので、少しわかりにくくなっています。先ほど作ったSPDTモデルを使うと、LTSpiceはそのコンポーネントのサブサーキットでピン1、2、3、+、-が何に接続されているかだけを参照します。新しい回路図に同じ名前の接続ポイントを配置しても、参照するのはその回路図内で接続されているもののみです。これが私の作ったシンボルです。

通常の破線でスイッチのオルタネイト経路を表現し、二点鎖線で2つのSPDTスイッチの機械的接続を表現しました。

DPST-NO(双極単投ノーマリーオープン)

DPST-NOスイッチは、単純にSPST-NOスイッチを機械的に接続して、同時にON/OFFできるようにしたものです。つまり、回路的には2つのSPSTスイッチの「+」ポートを接続することになります。


これがシンボルです。

DPST-NC(双極単投ノーマリークローズ)

最後に、DPST-NCはDPST-NOの逆バージョンに過ぎません。この新しい回路図では、DPSTの回路図を使い、「+」ポートにインバータを追加しました。


これがシンボルです。





mikehoopes

大変感謝しています。LTspice(XVII)には、これらの基本的なスイッチング機能のための動作モデルが組み込まれていないことに驚きました。古き良き時代のElectronics Workbench/Multisimには、簡単に使えるように提供されており、その効果をリアルタイムでインタラクティブに観察することができました。上記例のファイルを提供していただけますか?よろしくお願いします。



Kaleb_Kohlhase DigiKey Employee

@mikehoopesさん、フィードバックをありがとうございます!スイッチモデルの図面と回路図をまとめたZIPファイルを用意しました。SwitchesLTSP.zip(3.7 KB);これらはライブラリ(サブサーキット)バージョンではなく階層パーツなので、LTSpice XVIIがアクセスできるフォルダにインストールしなければなりません(ダウンロードした人も同様です)。また、フォルダ内に同じ名前の回路がないようにしてください。



bach911

一年前のあなたの投稿を見つけました。今の私にはとても参考になります。

ありがとうございます。



CaptainSimion

Spiceコマンドは、「.model SW yourModelName (Roff=1G Ron=25u Vt=0.1 Vh=0.1)」ではなく、
「.model yourModelName SW(Roff=1G Ron=25u Vt=0.1 Vh=0.1)」とすべきではないでしょうか?
提示されているコマンドではランタイムエラーが発生しますが、私が提示しているコマンドでは発生しません。



Kaleb_Kohlhase DigiKey Employee

@CaptainSimionさん、よく気がつきましたね。間違っている個所は修正いたします。「SW」は回路図上で編集されているモデル名であるべきで、「SW()」の部分はLTSpiceが組み込みのベースSWモデルを指していることを確認しています。



CaptainSimion

修正していただきありがとうございます。久しぶりに再起動して、モデルをもう少し洗練させていこうと思っているところです。


オリジナル・ソース(英語)