Worst-Case Circuit Analysis – Maple Flow

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Mathematische Werkzeuge für die Worst-Case-Schaltkreisanalyse

Ableitung von Schaltungsgleichungen
Analyse von Schaltungstoleranzen mit WCCA, EVA, RSS, Monte-Carlo-Simulation und Sensitivitätsanalyse
Entwurfsberichte generieren

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Verwendung der Worst-Case-Schaltkreisanalyse

Die Worst-Case-Schaltungsanalyse (WCCA) beinhaltet eine Reihe von Techniken zur Bestimmung der Leistung elektronischer Schaltungen unter extremen Umgebungs- oder Betriebsbedingungen. Unter Berücksichtigung der Toleranzgrenzen der einzelnen Komponenten zeigt die WCCA, wie sich die Variationen der Parameter auf die Leistung der Schaltung auswirken und kann das Design so gestalten, dass das Gesamtsystem während seines Lebenszyklus betriebsstabil bleibt.

Mit Maple Flow können Sie Ihre Worst-Case-Analyseprojekte verwalten und so sicherstellen, dass die Schaltung die Leistungsanforderungen über den gesamten Bereich der Komponentenparameter und ungünstigen Betriebsbedingungen erfüllt.

Verwenden Sie Maple Flow, wenn Sie einen mathematischen Notizblock für die effiziente Implementierung von WCCA benötigen.
Verwenden Sie Maple, wenn Sie eine bessere Kontrolle über die Berichterstellung und programmatisch erstellte Ergebnistabellen wünschen.

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Maple Flow bietet eine frei gestaltbare, papierähnliche Berechnungsumgebung.

Berechnungen in verständlicher, natürlicher mathematischer Notation, mit vollständiger Unterstützung für Einheiten und benutzerfreundlichen Solvern
Erstellen Sie ansprechende Designberichte mit Text, Gleichungen, Bildern und Diagrammen
Entwerfen Sie Attraktive Diagramme und Grafiken

Mit Maple Flow können Sie die Worst-Case-Analyse von Komponenten in elektrischen Schaltungen durchführen. Sie können die folgenden Techniken einsetzen:

Extremwertanalyse (EVA)
- Das Verhalten einer Schaltung wird für jede Permutation der extremen Komponentenparameter simuliert. So wird z. B. ein Widerstand von 5 Ω ± 5 % bei 4,75 Ω und 5,25 Ω simuliert, und zwar in Kombination mit jeder Permutation der Extremwerte für alle anderen Komponenten.
- Es können sowohl symmetrische als auch asymmetrische Toleranzen realisiert werden.
Monte-Carlo-Analyse (MCA)
- Die Parameter werden nach dem Zufallsprinzip aus einer Verteilung ausgewählt und die Schaltung zwischen 1000 und 100000 Mal simuliert.
- Sie können Histogramme erstellen, die Minimal- und Maximalwerte berechnen, die statistische Verteilung der Ergebnisse anzeigen und vieles mehr.
Sensitivitätsanalyse (SA)
- Sie können die symbolischen oder numerischen partiellen Ableitungen der Schaltung in Bezug auf jeden Komponentenparameter berechnen. Diese können verwendet werden, um die Gleichungen der Schaltung zu stören.
- Sie können das frequenzabhängige Verhalten mit Phasen- und Amplitudenplots analysieren.
Wurzel-Summen-Quadrat-Analyse (RSS)
- Dabei wird ein statistischer Ansatz verwendet, bei dem davon ausgegangen wird, dass die meisten Komponenten in der Mitte des Toleranzbereichs liegen und nicht an den Extremen.
Optimierung
- Sie können die Schaltungsgleichungen optimieren, indem Sie die Komponentenwerte innerhalb eines bestimmten Bereichs variieren.

Sie können auch symbolisch Stromkreisgleichungen ableiten, indem Sie die Kirchoff'schen Strom- und Spannungsgesetze anwenden. Die resultierenden Gleichungen können symbolisch umgeordnet und vereinfacht werden. Handelt es sich bei den Gleichungen um Übertragungsfunktionen, können Sie aus den Übertragungsfunktionen Phasen- und Betragsdiagramme erstellen.

Anhand der Ergebnisse können Schaltungen so umgestaltet werden, dass Ausfälle aufgrund von Parametervariationen minimiert werden (oder eine ursprünglich überdimensionierte Schaltung kann mit weniger kostspieligen Komponenten, die eine breitere Parameterverteilung aufweisen, billiger hergestellt werden).

Sehen Sie, wie Maple Flow Ihre Entwurfsarbeitsblätter verbessern kann.

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Anwendungen für die Worst-Case-Schaltkreisanalyse

Entdecken Sie, wie Elektroingenieure Maple Flow und Maple für die Toleranzanalyse elektrischer Schaltungen verwenden.

Verbesserung der Zuverlässigkeit unter ungünstigen Betriebsbedingungen

Der Einsatz von WCCA zielt darauf ab, einen akzeptablen Betrieb unter den extremsten Bedingungen und bei unsachgemäßer Anwendung zu gewährleisten. Vor der Beschaffung von Teilen können Ingenieure eine Extremwertanalyse (EVA) durchführen, um die mathematische Empfindlichkeit von Komponentenparametern zu bestimmen und die Minimal-/Maximalwerte in Maple Flow zu dokumentieren. Dadurch wird vermieden, dass man sich zu sehr auf Tests verlässt, die nur für ein bestimmtes Los gelten und die Hardware überlasten können, wenn die Komponenten extremen Bedingungen wie Temperatur, Spannung, Leistung usw. ausgesetzt werden.

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Identifizieren Sie die Bauteile mit den größten Auswirkungen

Einige Komponenten haben einen größeren Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der Schaltung als andere. Bei Stromversorgungen, Steckverbindern und Schnittstellen ist zu erwarten, dass die Leistung auch im Normalbetrieb variiert, aber jedes Bauteil hat einen Einfluss darauf. Mit der Sensitivitätsanalyse (SA) wird ermittelt, wie stark sich eine bestimmte Schaltungseigenschaft verändert, wenn sich die Eingangswerte der Komponenten ändern. Die Ergebnisse fließen in die Entwurfsspezifikationen der Schaltung ein und können verwendet werden, um aufzuzeigen, welche Teile für die Qualitätssicherung oder für zusätzliche Tests vorrangig zu behandeln sind.

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Kontrolle der Schwankungen im Herstellungsprozess

Elektrische Bauteile (z. B. Widerstände und Kondensatoren) werden in großen Mengen hergestellt. Unstimmigkeiten bei den Rohstoffen oder der Verarbeitungsqualität können die Leistung der Bauteile beeinträchtigen. Angesichts der Anzahl der Komponenten in einer Schaltung und der Verteilung ihrer Parameter kann es sein, dass die Schaltung nicht wie angegeben funktioniert. Dieses Risiko muss bereits in einem frühen Stadium des Entwurfsprozesses erkannt, gesteuert und gemindert werden.
Die Leistungsschwankung kann eine statistische Verteilung haben (z. B. könnte der Widerstand einer Charge von Widerständen durch eine Normalverteilung beschrieben werden). Ingenieure können die Rechenleistung von Maple Flow nutzen, um Root-Sum-Square- (RSS) oder Monte-Carlo-Analysen durchzuführen, um die Bauteiltoleranzen zu bewerten und die Spielräume innerhalb des Schaltungsentwurfs festzulegen.

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Identifizierung von Designproblemen und Leistungsschwellen

Maple Flow ist das ideale Werkzeug für die Zusammenstellung der Überlegungen zum Schaltungsentwurf. Gleichungen und Diagramme können mit dem flexiblen, papierähnlichen Arbeitsblatt neben den Entwurfsnotizen hinzugefügt werden. Wichtige Entwurfsabschnitte wie Sicherheitsschwellenwerte, Materialeigenschaften und Annahmen über Alterung und Umweltbedingungen können klar dargestellt werden, um ein ausgefeiltes, professionelles technisches Dokument zu erstellen.

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