LTspiceのシミュレーション

LTspice-スイッチの種類

当記事ではLTspiceで使用できる各種スイッチの種類について紹介します。

スイッチの種類
  1. 電圧制御スイッチ(Voltage controlled switch):sw
  2. 電流制御スイッチ(Current controlled switch):csw

電圧制御スイッチ(Voltage controlled switch)

電圧制御スイッチ(Voltage controlled switch)は、外部から電圧を入力することで、スイッチ内部の抵抗値を変化させ、ON/OFFの切り替えをすることができます。

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電圧制御スイッチ(Voltage controlled switch)を使用するには、回路図作成時にツールバーの「Component」をクリックして「sw」を選択します。

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電圧制御スイッチの動作を確認するために、上記のような回路を作成してみます。

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電圧制御スイッチの設定は、回路図シンボルの部分をマウスで右クリックして、「Value」にモデル名を入力します。今回は「SW_1」と入力しました。

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また、SPICE Directiveで電圧制御スイッチのオン抵抗値、オフ抵抗値、電圧のしきい値を記述します。

.Model モデル名 SW(Ron=オン抵抗値 Roff=オフ抵抗値 Vt=電圧のしきい値)

電圧制御スイッチの+と-端子に入力される電圧が、電圧のしきい値を下回る(LOW LEVEL)とオフ抵抗値になり、電圧のしきい値を上回る(HIGH LEVEL)とオン抵抗値なります。

この外部電圧からの抵抗値の切り替えによって、電圧制御スイッチのON/OFFを実現することができます。

今回は、以下のようにモデル名:SW_1、オン抵抗値:1mΩ、オフ抵抗値:100MΩ、電圧のしきい値:5Vで記述します。

.Model SW_1 SW(Ron=1m Roff=100Meg Vt=5)

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V2の信号源設定は、LOWレベル:0V、HIGHレベル:10V、周波数:500Hzのパルスを生成するように設定します。

また、解析設定はトランジェント解析の時間を10msecで設定します。

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シミュレーション後、電圧制御スイッチに入力する電圧V(in)と出力電圧V(output)の電圧波形を確認すると、同じタイミングでV(in)とV(output)の電圧(LOW/HIGH LEVEL)が切り替わっていることがわかります。

つまり、V(in)が0Vの時、電圧制御スイッチに設定したしきい値5Vを下回るため、電圧制御スイッチの抵抗値が100MΩとなり、V(output)は0Vとなります。

また、V(in)が10Vの時、電圧制御スイッチに設定したしきい値5Vを上回るため、電圧制御スイッチの抵抗値が1mΩとなり、V(output)は10Vとなります。

今回、電圧制御スイッチのシミュレーションに使用した回路図は以下のリンクからダウンロードできます。

電流制御スイッチ(Current controlled switch)

電流制御スイッチ(Current controlled switch)は、外部からの電流値を検知することで、スイッチ内部の抵抗値を変化させ、ON/OFFの切り替えをすることができます。

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電流制御スイッチ(Current controlled switch)を使用するには、回路図作成時にツールバーの「Component」をクリックして「csw」を選択します。

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電流制御スイッチの動作を確認するために、上記のような回路を作成してみます。

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電流制御スイッチの設定は、回路図シンボルの部分をマウスで右クリックして、「SpiceModel」に電流を検出する電流計(電圧源)、「Value」にモデル名を入力します。今回は「SpiceModel:V2」、「Value:CSW_1」と入力しました。

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また、SPICE Directiveで電流制御スイッチのオン抵抗値、オフ抵抗値、電流のしきい値を記述します。

.Model モデル名 SW(Ron=オン抵抗値 Roff=オフ抵抗値 It=電流のしきい値)

検出した電流が、電流のしきい値を下回る(LOW LEVEL)とオフ抵抗値になり、電流のしきい値を上回る(HIGH LEVEL)とオン抵抗値なります。

この検出した電流からの抵抗値の切り替えによって、電流制御スイッチのON/OFFを実現することができます。

今回は、以下のようにモデル名:SW_1、オン抵抗値:1mΩ、オフ抵抗値:100MΩ、電流のしきい値:5Aで記述します。

.Model SW_1 SW(Ron=1m Roff=100Meg It=5)

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I1の信号源設定は、LOWレベル:0A、HIGHレベル:10A、周波数:500Hzのパルスを生成するように設定します。

また、解析設定はトランジェント解析の時間を10msecで設定します。

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シミュレーション後、電圧制御スイッチが検出する電流I(V2)と抵抗R2に流れる電流I(R2)の電流波形を確認すると、同じタイミングでI(V2)とI(R2)の電流(LOW/HIGH LEVEL)が切り替わっていることがわかります。

つまり、I(V2)が0Aの時、電流制御スイッチに設定したしきい値5Aを下回るため、電流制御スイッチの抵抗値が100MΩとなり、I(R2)は0Aとなります。

また、I(V2)が10Aの時、電流制御スイッチに設定したしきい値5Aを上回るため、電流制御スイッチの抵抗値が1mΩとなり、I(R2)は10Aとなります。

今回、電流制御スイッチのシミュレーションに使用した回路図は以下のリンクからダウンロードできます。

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