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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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AC-Power
タイトル
LT SPICEのエラーについて
ポイント []
pt.
アクセス1365
カテゴリーツール&シミュレーション
キーワード Starting Gmin steppingGmin   Direct Newton iteration failed to find   option noopiter"   LT SPICE   フィードバック   Powered by Yahoo
投稿日時17/10/23 22:37
こんばんは。以前にも投稿させていただきましたが、
LT SPICEについて、質問があります。

添付ファイル1のように、チョッパ回路にフィードバック制御を
施し、シュミュレーションしたところ、収束せずに以下の
エラーログが表示されました。

Direct Newton iteration failed to find .op point. (Use ".option noopiter" to skip.)
Starting Gmin stepping
Gmin = 10
Gmin = 1.07374
Gmin = 0.115292

どうも安定点が見つからなく、収束できておりません。
部分的に、PWM+エラーアンプ等を切り離して(フィードバックなし)の動作は問題ありません。
色々調べて設定等変えたりもしたのですが、一向に収束いたしません。
どなたか知恵を貸していただけないでしょうか。
お手数おかけいたしますが、どうぞよろしくお願いいたします。


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AC-Power 回答番号 6
タイトル
範囲の決め方わかりました。
ポイント
pt.
アクセス1060
投稿日時17/10/31 07:10
hirocyan-sanさん

ご回答いただきありがとうございます。

三角波の範囲は、PWMを0~100%まで出せるように
エラーアンプ出力より、若干加味して電圧を設定するわけ
ですね。
良く理解できました。

ご対応いただきまして、誠にありがとうございました。

hirocyan-san 回答番号 5
タイトル
コンパレータの入力電圧範囲
ポイント
pt.
アクセス1152
投稿日時17/10/29 22:55
AC-Powerさんへ
 ひろちゃん3号 こと "hirocyan-san" です。

>三角波の幅は一般的にどの範囲に設定するものなのでしょうか?

==>PWM制御回路でオペアンプとコンパレータの振幅が違う場合は今回のように誤差増幅器の信号をクリップさせるのがよく行われますのでAC-Powerさんの考え方で問題はありません。
 この場合、クリップ電圧のバラつきとコンパレータのオフセットを加味し、さらにオーバードライブ分としての0.2V程度を考慮します。つまり、

三角波上限 < クリップ上限Min~Max < コンパレータ上限入力
三角波下限 > クリップ下限Max~Min > コンパレータ下限入力

です。上下限にはバラツキや温度特性を含めます

AC-Power 回答番号 4
タイトル
タイムステップで解決いたしました。
ポイント
pt.
アクセス1142
投稿日時17/10/29 21:47
hirocyan-sanさん

ご回答いただき誠にありがとうございます。
間が空いてしまい誠に申し訳ありませんでした。

==>ヒスを与えても初期条件を上手く設定すれば回路は動くと思いますのでご確認ください。

→ご提案いただいた初期条件では、ヒステリシスをマイナス電圧にせずとも、収束できました。

==>実機においてはICへの入力電圧は-Vs(0V)までというのが通り相場です。
LT1017の下限入力電圧が0Vまで可能であったとしても三角波の下限が0Vならコンパレータの出力電位が安定せず、パルス幅を0まで安定的に絞れません。通常は完全に絞り切るために若干三角波の下限値を制御電圧下限より高くします。
 オペアンプが-電位まで振れるといってもコンパレータが受け付けないのであれば意味はなく、逆にコンパレータの誤動作を招きかねません。ですから上限電圧も同様にコンパレーターの許容電圧範囲内に入るようにします。

→アドバイスをいただき、以下のように変更いたしました。
 U2の非反転入力にはツェナダイオード(4.7V)とSBDを追加して
 上限電圧以下また-電位まで振り切れないようにいたしました。
 またU2の三角波については、パルス幅を0まで絞れるように
 三角波下限電圧を1V,制御電圧下限値(非反転入力)を-0.3V   (SBDにより)にいたしました。

試にに三角波下限値を-0.5Vに設定すると、起動時にコンパ  レータが正常に動作せずに出力電圧がオーバーシュートになりま した。下限値の設定が重要な事が良く理解できました。
 三角波の幅は一般的にどの範囲に設定するものなの
 でしょうか?(添付ファイル1)

==>AC-Powerさんが位相余裕があるとおっしゃるのであればSpiceの要因を先に取除いておく必要があります。Spiceの解析時間刻みとスイッチング周期とのビートの可能性がありますのでまずこの点を検証してください。

ここまでやっても発振が残るのであれば位相系の問題になりますのでまずは問題を切り分けてください。

→解析時間刻みの設定、初めて知りました。
 10nsまで細かくすることで、発振は消えました。
(添付ファイル2)
 誠にありがとうございます。ここまで細かくしないと
 ビートしてしまうのですね。
 
回答とは直接関係ないのですが負荷変動を起こすための電流源の立ち上がり時間が回路図(Tr=0)と波形ビューワー(Tr=5mS)では異なっています。

→紛らわしくなってしまい誠に申し訳ありません。
前後で立ち上がり時間を変更しておりました。

※最初の質問や今回の問題のように、"設計者が決める…の項目が多すぎ、Spiceの完成度は異常に低い"と感じられるかもしれませんが、元々Spiceは連続関数を仮定しているのでスイッチングモードのような場合やヒスを持つ回路は苦手です。ですから設計者が手助けしてやらねばならない項目ができてしまうのです。離散化を使うソフトの現状はこのようなレベルにしか達していないのです。
→LT SPICE、まだ慣れておりませんが、細かく設定できる分
 自由度があって奥深く、使いこなせば非常に強力なツールだと思 います。 
 得意、不得意をよく理解して使えるようにしたいと思います。


 
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hirocyan-san 回答番号 3
タイトル
まずはSpice側の要因を取り除きましょう
ポイント
pt.
アクセス1279
投稿日時17/10/26 07:51
AC-Powerさんへ
 ひろちゃん3号 こと "hirocyan-san" です。
まず、うまく動いたこと、おめでとうございます。

>ヒステリシス幅はなくなると記載があったので、-電圧にしました。
==>ヒスを与えても初期条件を上手く設定すれば回路は動くと思いますのでご確認ください。

>なお実機ではオペアンプU1のMin電圧が三角波のLレベルより低くならなければならないので三角波のレベルをそのように設定してください。(コンパレータが0~5Vで動作しているため)

==>実機においてはICへの入力電圧は-Vs(0V)までというのが通り相場です。
LT1017の下限入力電圧が0Vまで可能であったとしても三角波の下限が0Vならコンパレータの出力電位が安定せず、パルス幅を0まで安定的に絞れません。通常は完全に絞り切るために若干三角波の下限値を制御電圧下限より高くします。

 オペアンプが-電位まで振れるといってもコンパレータが受け付けないのであれば意味はなく、逆にコンパレータの誤動作を招きかねません。ですから上限電圧も同様にコンパレーターの許容電圧範囲内に入るようにします。

>添付回路にてSIMを行ったところ、500usでハンチング発生しております。
>位相余裕も確保できているはずです。

==>AC-Powerさんが位相余裕があるとおっしゃるのであればSpiceの要因を先に取除いておく必要があります。Spiceの解析時間刻みとスイッチング周期とのビートの可能性がありますのでまずこの点を検証してください。

 Spiceの過渡解析ではSpice任せにすると安定時の解析時間刻みを解析時間長の1/50間隔に設定します。つまり解析時間が20mSであれば最長時間刻みは400uSまで延びる可能性があります。

 スイッチングモードの場合、実際には振動波形なのでここまでは伸びませんがこれではスイッチング周期50uSに対して十分細かいとは言えませんので時間刻みは設計者が指示しなければなりません。

 周期50uSを1024分割すると50nSですから経験的にはこの程度は指定しておきたいところです。これでもターンオンやターンオフの遷移時間に解析点が確実に入る保証はありませんのでスイッチング損失の算出には精度不足です。
LT-Spiceで時間刻みを指定するには過渡解析の設定タブの"Maximum Timestep"で指定します。

ここまでやっても発振が残るのであれば位相系の問題になりますのでまずは問題を切り分けてください。


回答とは直接関係ないのですが負荷変動を起こすための電流源の立ち上がり時間が回路図(Tr=0)と波形ビューワー(Tr=5mS)では異なっています。


※最初の質問や今回の問題のように、"設計者が決める…の項目が多すぎ、Spiceの完成度は異常に低い"と感じられるかもしれませんが、元々Spiceは連続関数を仮定しているのでスイッチングモードのような場合やヒスを持つ回路は苦手です。ですから設計者が手助けしてやらねばならない項目ができてしまうのです。離散化を使うソフトの現状はこのようなレベルにしか達していないのです。

10/26 11:00 一部語句修正しました
10/27 5:10 誤解を招く語句を修正しました

AC-Power 回答番号 2
タイトル
収束できました!
ポイント
pt.
アクセス1264
投稿日時17/10/25 22:03
hirocyan-sanさん

ご回答いただき誠にありがとうございます。
ご提案いただいたコマンドを入れて、収束できました。
UICオプションは初期値を決める時、部品の初期値を
使うわけですね。
動作点を決めること重要なことが良くわかりました。

>SPICEは全て連続関数であることを前提にしていますのでヒステリシスは不得手です。
→使っているLTスパイスの本にVhを-にすれば、ヒステリシス幅はなくなると記載があったので、-電圧にしました。

私の理解不足で申し訳ないのですが、下記を具体的に教えていただけないでしょうか?

>なお実機ではオペアンプU1のMin電圧が三角波のLレベルより低くならなければならないので三角波のレベルをそのように設定してください。(コンパレータが0~5Vで動作しているため)

→U1のmin出力電圧は-電圧(-15V電源)になり、三角波は
0~5Vで動作させております。
ですので、min電圧<三角波Lレベル
となりますが、何か私の方で見落としていますでしょうか?

また質問を重ねてしまい、申し訳ありませんが下記の
疑問が発生しました。

添付回路にてSIMを行ったところ、500usでハンチング?発生しております。
設計上の問題、またはSPICEの設定の問題かの切り分けに
困っております。

ループの設計は、LC周波数2.3kHz,ゼロ点は1.6kHZにてゲインは
十分に落としているので、位相余裕も確保できているはずです。
見解がございましたら、教えていただけますでしょうか?
(解析ポイントを増やしても変わりませんでした。
またゲインを上げたり、ゼロ点を変えてもピークが多少変わりますがハンチング周波数は変わりませんでした)

お手数おかけいたします。
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hirocyan-san 回答番号 1
タイトル
回路のDC動作点解析で失敗しているようです
ポイント
pt.
アクセス1398
投稿日時17/10/24 11:13
AC-Powerさんへ
 ひろちゃん3号 こと "hirocyan-san" です。

メッセージを見るとニュートン法で動作点を求めるのに失敗し、自動でGminを付加してもなおかつ失敗しているようです。

動作点が求まらないのですから対策としては設計者が動作点を与えてやらなければなりません。

失敗している原因はMySWのヒステリシス特性だと考えられますのでU2(LT1017)のH/Lを固定してやることを考えます。

具体的には節点ラベルとしてVerrが設定されていますので初期条件として
.IC V(Verr)=0V
をSpice Directiveで設置します。

ただ、これだけでは回路方程式を上手く解いてくれる保証がありませんで過渡解析の設定タブで

"Skip Initial operation point solution"

にチェックを入れてください。このことにより、Verr端子電圧が0になりますのでLT1007の状態が固定されます。

なお、実機ではオペアンプ(U1)のMin電圧が三角波のLレベルより低くならなければならないので三角波のレベルをそのように設定してください。(コンパレータが0~5Vで動作しているため)


注)コメントのUse ".option noopiter" はほとんどの場合意味をなしません。
 SPICEは全て連続関数であることを前提にしていますのでヒステリシスは不得手です。

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