PFNのspiceによるシミュレーション結果に関する質問

このQ&Aのポイント
  • 研究でコンデンサーバンクを製作するために、PFNのシミュレーションを行いました。
  • 充電後、リレースイッチをoffにしても、コンデンサーが放電される問題が発生しました。
  • PFNやspiceに詳しい方に、なぜこのような結果になるのか教えていただけませんか。
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PFNのspiceによるシミュレーション

研究でコンデンサーバンクを製作することになりました. 印加電圧5kV,ピーク電流10kA,ピーク電流幅20usを仕様として, 予算の関係もあるので32uFと2uHの3段のPFNで作ることにしました. そこで,充電から放電までの流れをspiceでシミュレーションしたんですが, 充電後,電源とPFNをつないでいるリレースイッチをonからoffにすると すぐにPFNのコンデンサーが放電をはじめ,最終的に2.5kVに収束されていきます. 私の記憶では,PFNでは充電用リレーをoffにしても, 印加電圧と等しい電圧がコンデンサーに充電されたままになるはずです. なぜこのようなシミュレーション結果になるのかさっぱりなので PFNやspiceに詳しい方ご教授お願いします. spiceで使用した回路は DC 5kV - relay switch - 2x2uF 3x32uFのPFNで行いました.

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noname#153483
noname#153483
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  • tance
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回答No.2

No.1 Tanceです。 確かに不思議ですね。私の想像とちょっと違うところがありました。 リレーという部品を使っているのですね。そうであれば、ダイオードが どうのこうのという前回の回答は無視してください。 下の図ではドループ(充電したものが徐々に減ること)がないので、 原因は右半分にあることが判ります。一番あやしいのはW1ですが、 これはどのようなモデルなのでしょうか。ここはサイラトロンとか 火花ギャップなどを使うところですが、何か特殊なモデルにして いないでしょうか。 試しに、W1の代わりに非常に高い抵抗(例えば1TΩ)を付けてみて ドループがなくなれば、W1に漏れ電流があることになり、W1の モデルを見直す必要が出てきます。 また、ドループの率から概算で、約625kΩの漏れ抵抗があることが 判ります。しかも2.5kV以下にはならないので、W1の耐圧が設定 されているのかもしれません。 もう一つ試しに、元電源を2.4kVにしてみてください。これで全 回路(W1を含む上段の回路)をシミュレートしてみて、ドループが なくなるようであれば、おそらくW1に2.5kVを越えると625kΩの 漏れ(耐圧オーバー分)が生じる設定になっているのではないかと 思います。(サブサーキットになっていませんか?) その他、いろいろなところに抵抗を挿入してみて、その両端の波形 を見ると放電電流が流れている場所が特定できます。このように シミュレーションは何度でも部品の着脱ができるので、様様な 情報を得ながらデバッグして行くことができます。

noname#153483
質問者

お礼

回答ありがとうございます. リレースイッチを使っているの記載するのを忘れていました. すいません. W1(ソレノイド駆動)の代わりに1TΩの抵抗をおいてみたところ,理想的な電圧が出力されました. そこで,W1のoff時の抵抗を大きくしてみたところ,問題なくシミュレートされました. W1の設定に問題があったようです.気づいたらあっという間ですね. ご指摘ありがとうございました.

その他の回答 (1)

  • tance
  • ベストアンサー率57% (402/704)
回答No.1

PFN自体には詳しくありませんが、コンデンサに貯まった電荷が スイッチOFFと同時に放電されるのはあり得ないですね。 スイッチはSpice上でどう表現したのでしょうか。もしかして 元電源を矩形波状に設定したのではないでしょうか。 もしそうなら、当然Cの電荷は減ります。むしろ、電源の立ち下がり でパルスを出すわけです。 他に理由が思い当たらないので、元電源を矩形波にしてシミュレータ したものと仮定して話を進めます。 充電は抵抗を介し、放電は直接行われる回路を実現するなら ダイオードを使ってシミュレーションすると良いでしょう。 充電抵抗と直列に充電電流の向きにダイオードを入れ、 逆向きには抵抗なしでダイオードを並列にします。 つまり、放電は「逆向きダイオード」を通ってPFNから直に 電源へ戻るようにつなぐわけです。(実際はGNDへの接点?) こうすれば、スイッチに近いシミュレーションができます。 これでどんな波形になるでしょう。

noname#153483
質問者

補足

補足説明です. 回答ありがとうございます. ご指摘のとおり,あり得ないんですよ. おそらくスイッチの設定が芳しくないので,スイッチをoffにした瞬間 コンデンサーの放電が始まる不可思議な結果になってきていると思います. http://art.aees.kyushu-u.ac.jp/spice.jpg 上段に設計した全回路とその充電結果を, 下段に電源とPFNの回路と充電結果をアップしました. 理想としては上段左と下段右の組み合わせにしたいです. spiceでは,矩形電源でスイッチを製作し,シミュレートしました. ご指摘の「充電は抵抗を介し、・・・」のところがよくわかりませんが, これはスイッチの抵抗ということでしょうか? ご迷惑をおかけしますが,よろしくお願いいたします.

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