電力電子應用設計如何避坑？這款最新SiC仿真工具有一套給力的辦法

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現代電力電子產品不斷向更高頻、更高效、更高密度、更高壓化的趨勢發(fā)展，給系統產品設計帶來挑戰(zhàn)。

為加快設計周期，降低設計復雜性，各種仿真工具應運而生。

然而，在加速產品設計的同時，依然可能有很多坑……

- 要生成相關模型，常常提供的是理想的雙脈沖測試裝置，然而，實際應用場景可不會那么理想呢

- 硬開關可以由模型生成工具和在線仿真工具處理，可是對軟開關，無能為力啊

- 寄生參數定義不準確，生成的模型和仿真結果差強人意……

為解決類似設計挑戰(zhàn)，安森美(onsemi)最新推出了一款基于PLECS的具有獨特功能的仿真工具，為設計人員提供了一個在線仿真的新選擇。

“安森美的SiC仿真工具是行業(yè)的一個重大進步，加快軟/硬開關設計上市。我們的工具使客戶能了解我們的器件在其應用環(huán)境中的表現，并充分優(yōu)化性能以符合技術邊界。”

——安森美電源方案事業(yè)群先進電源部高級副總裁兼總經理 AsifJakwani

圖1：安森美ElitePower仿真工具架構

PLECS or SPICE？

最新發(fā)布的工具包括ElitePower仿真工具和PLECS模型自助生成工具，這款工具采用具有安森美特色的可擴展仿真模型，能夠準確呈現出采用EliteSiC系列產品包括EliteSiC邊界情形的電路運行情況，可幫助設計人員提高效率。

我們先通過使用流程了解下該工具的架構：首先使用PLECS模型自助生成工具，待用戶輸入應用的寄生參數后，即可獲得極高準確度的損耗模型，再將模型文件上傳到安森美的在線仿真環(huán)境中。

作為最早的電路仿真軟件，SPICE在IC行業(yè)一直都是重要的存在。PLECS的優(yōu)勢是來源于先進的編程技術，以及融合了非常規(guī)建模概念的仿真算法。在復雜功率器件仿真領域，兩者的區(qū)別，通過這幾點對比一目了然。

SPICE：

• SPICE使用的行為模型主要用于IC設計而不是功率器件；

• SPICE需要很長的時間來模擬系統，如3相電機驅動；

• SPICE不能有效處理電氣變量以外的物理變量。

PLECS：

• PLECS處理速度極快，可以輕松處理系統級需求；

• PLECS可以同時處理多物理變量；

• PLECS是基于實際開關過程的仿真工具。

圖2：SPICE與PLECS對比

值得一提的是，目前市面上的PLECS模型的系統級仿真工具通常僅適用于硬開關，而軟開關的仿真結果往往極不準確。而安森美引領行業(yè)的PLECS模型，解決了這一難題，適用于軟/硬開關應用，如DC-DCLLC、CLLC諧振式、雙有源橋和移相全橋變換器。

兼具高準確度仿真與便捷的用戶體驗

一次到位的設計，才是最省時省錢的。而對于需要“一次到位”設計的應用來說，復雜電力電子應用的系統級仿真也至關重要。為實現這個目標，仿真結果必須有高準確度。為提高仿真準確度，安森美這款仿真工具祭出了這些必殺技。

? 高精度模型

首先從最具挑戰(zhàn)性的模型講起，安森美提供具有物理&可擴展的SiCMOSFET模型，該模型的搭建源于基礎的物理公式，輸入信息包括器件技術（橫截面）和芯片布局（GDS），通過對芯片尺寸和布局的優(yōu)化，實現對新器件的設計，從而確保在不同的仿真條件下獲得最準確的結果。

圖3.物理&可擴展的SiCMOSFET模型

安森美的PLECS模型自助生成工具，能夠幫助用戶創(chuàng)建出高精度系統級PLECS模型。用戶既可直接在仿真平臺上使用模型，也可以將其上傳至ElitePower仿真工具進行仿真。

? 自定義應用寄生參數

器件與電路板引線之間、器件與器件之間存在著不同的寄生參數。寄生參數會對MOSFET的開關性能產生影響，所以，仿真時應該充分考慮寄生參數的影響。

在這款仿真工具中，用戶可以根據應用的自定義需求，對顯著影響導通和開關損耗的電路寄生參數進行定制化設定。

圖4.自定義寄生參數

? 詳細的損耗數據

根據用戶自定義的電偏壓和溫度條件，對導通和開關損耗數據進行定制化設定，用戶能夠創(chuàng)建詳細的數據表格，確保系統仿真的預測結果基于準確的內插，避免不準確的外推。

? 邊界建模

安森美的邊界（Corner）模型適用于正常條件范圍以及邊界情形，使用戶能夠跟蹤其應用在正常、最壞和最佳生產環(huán)境下在導通和開關損耗方面的性能差異。

此外，為確保仿真的準確性，該仿真工具擁有更廣選擇的電路拓撲，包括：單相和三相AC-DC（PFC或有源前端）；大功率非隔離和隔離DC-DC；單相和三相、兩電平和三電平DC-AC逆變器。

接下來，再通過一個應用實例看下該仿真工具的簡潔界面吧。

圖5.10kW戶用儲能系統的仿真示例

試用體驗后，您會發(fā)現該工具有這些強大功能：

• 快速獲取仿真結果：用戶可以輕松探索不同性能指標和它們在不同器件、電路拓撲、控制策略和負載的設計權衡。

• 詳細的損耗數據：詳細的數據確保系統仿真基于準確的內插而非外推的預測結果；軟/硬開關皆可適用。

• 使用靈活：這款仿真工具可以靈活響應各種屬性調整，比如不同系統參數規(guī)格、柵極驅動阻抗、散熱設計和產品邊界表現。

• 產品推薦：提供基于應用和拓撲的產品挑選建議。

親們，這些是您想要的最硬核的仿真功能嗎？小編覺得功能太強大，全部講出來太難啦，歡迎試用體驗，并留言分享您的驚喜發(fā)現。

該仿真工具完全在線，不需要許可證，只需要使用myON賬戶登錄，點擊閱讀原文，立即開始仿真之旅吧。

小編為您奉上兩份新仿真工具實用指南——《Elite Power仿真工具用戶指南》、《Elite Power仿真工具和PLECS模型自助生成工具的技術優(yōu)勢》，掃碼一睹為快。

掃碼填表下載安森美SiC仿真工具實用指南

想再深入了解ElitePower仿真工具，這場即將到來的在線研討會不容錯過。

SiC仿真工具在線研討會 研討會時間2023年05月25日，10:00開始 演講嘉賓

Shawn Huang

安森美現場應用工程師

Shawn負責工業(yè)類特別是光伏/儲能應用的產品推廣和技術支持，在光伏逆變器、變頻器、電網補償裝置產品、高壓大功率電源及SiC功率器件領域有多年研發(fā)經驗。

研討會要點

• 了解安森美引領行業(yè)的PLECS模型能生成有效精準的仿真，適用于軟/硬切換開關應用，例如DC-DC LLC 和CLLC諧振、雙有源橋和相移全橋。

• 介紹安森美自助式PLECS模型自助生成工具，并回顧如何利用新穎的基于物理的、可擴展的SPICE 建模方法創(chuàng)建定制的高保真系統級PLECS模型。

• 在安森美引領行業(yè)的ElitePower Simulator中部署準確的PLECS模型。

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