电力电子应用设计如何避坑？这款最新SiC仿真工具有一套给力的办法

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现代电力电子产品不断向更高频、更高效、更高密度、更高压化的趋势发展，给系统产品设计带来挑战。

为加快设计周期，降低设计复杂性，各种仿真工具应运而生。

 

然而，在加速产品设计的同时，依然可能有很多坑……

- 要生成相关模型，常常提供的是理想的双脉冲测试装置，然而，实际应用场景可不会那么理想呢

- 硬开关可以由模型生成工具和在线仿真工具处理，可是对软开关，无能为力啊

- 寄生参数定义不准确，生成的模型和仿真结果差强人意……

 

为解决类似设计挑战，安森美(onsemi)最新推出了一款基于PLECS的具有独特功能的仿真工具，为设计人员提供了一个在线仿真的新选择。

“安森美的SiC仿真工具是行业的一个重大进步，加快软/硬开关设计上市。我们的工具使客户能了解我们的器件在其应用环境中的表现，并充分优化性能以符合技术边界。”

——安森美电源方案事业群先进电源部高级副总裁兼总经理 AsifJakwani

 

图1：安森美ElitePower仿真工具架构

 

PLECS or SPICE？

最新发布的工具包括ElitePower仿真工具和PLECS模型自助生成工具，这款工具采用具有安森美特色的可扩展仿真模型，能够准确呈现出采用EliteSiC系列产品包括EliteSiC边界情形的电路运行情况，可帮助设计人员提高效率。

 

我们先通过使用流程了解下该工具的架构：首先使用PLECS模型自助生成工具，待用户输入应用的寄生参数后，即可获得极高准确度的损耗模型，再将模型文件上传到安森美的在线仿真环境中。

 

作为最早的电路仿真软件，SPICE在IC行业一直都是重要的存在。PLECS的优势是来源于先进的编程技术，以及融合了非常规建模概念的仿真算法。在复杂功率器件仿真领域，两者的区别，通过这几点对比一目了然。

 

SPICE：

• SPICE使用的行为模型主要用于IC设计而不是功率器件；

• SPICE需要很长的时间来模拟系统，如3相电机驱动；

• SPICE不能有效处理电气变量以外的物理变量。

 

PLECS：

• PLECS处理速度极快，可以轻松处理系统级需求；

• PLECS可以同时处理多物理变量；

• PLECS是基于实际开关过程的仿真工具。

 

图2：SPICE与PLECS对比

 

值得一提的是，目前市面上的PLECS模型的系统级仿真工具通常仅适用于硬开关，而软开关的仿真结果往往极不准确。而安森美引领行业的PLECS模型，解决了这一难题，适用于软/硬开关应用，如DC-DCLLC、CLLC谐振式、双有源桥和移相全桥变换器。

 

兼具高准确度仿真与便捷的用户体验

一次到位的设计，才是最省时省钱的。而对于需要“一次到位”设计的应用来说，复杂电力电子应用的系统级仿真也至关重要。为实现这个目标，仿真结果必须有高准确度。为提高仿真准确度，安森美这款仿真工具祭出了这些必杀技。

 

❖ 高精度模型

首先从最具挑战性的模型讲起，安森美提供具有物理&可扩展的SiCMOSFET模型，该模型的搭建源于基础的物理公式，输入信息包括器件技术（横截面）和芯片布局（GDS），通过对芯片尺寸和布局的优化，实现对新器件的设计，从而确保在不同的仿真条件下获得最准确的结果。

图3.物理&可扩展的SiCMOSFET模型

 

安森美的PLECS模型自助生成工具，能够帮助用户创建出高精度系统级PLECS模型。用户既可直接在仿真平台上使用模型，也可以将其上传至ElitePower仿真工具进行仿真。

 

❖ 自定义应用寄生参数

器件与电路板引线之间、器件与器件之间存在着不同的寄生参数。寄生参数会对MOSFET的开关性能产生影响，所以，仿真时应该充分考虑寄生参数的影响。

 

在这款仿真工具中，用户可以根据应用的自定义需求，对显著影响导通和开关损耗的电路寄生参数进行定制化设定。

 

图4.自定义寄生参数

 

❖ 详细的损耗数据

根据用户自定义的电偏压和温度条件，对导通和开关损耗数据进行定制化设定，用户能够创建详细的数据表格，确保系统仿真的预测结果基于准确的内插，避免不准确的外推。

 

❖ 边界建模

安森美的边界（Corner）模型适用于正常条件范围以及边界情形，使用户能够跟踪其应用在正常、最坏和最佳生产环境下在导通和开关损耗方面的性能差异。

 

此外，为确保仿真的准确性，该仿真工具拥有更广选择的电路拓扑，包括：单相和三相AC-DC（PFC或有源前端）；大功率非隔离和隔离DC-DC；单相和三相、两电平和三电平DC-AC逆变器。

 

接下来，再通过一个应用实例看下该仿真工具的简洁界面吧。

 

图5.10kW户用储能系统的仿真示例

 

试用体验后，您会发现该工具有这些强大功能：

• 快速获取仿真结果：用户可以轻松探索不同性能指标和它们在不同器件、电路拓扑、控制策略和负载的设计权衡。

• 详细的损耗数据：详细的数据确保系统仿真基于准确的内插而非外推的预测结果；软/硬开关皆可适用。

• 使用灵活：这款仿真工具可以灵活响应各种属性调整，比如不同系统参数规格、栅极驱动阻抗、散热设计和产品边界表现。

• 产品推荐：提供基于应用和拓扑的产品挑选建议。

 

亲们，这些是您想要的最硬核的仿真功能吗？小编觉得功能太强大，全部讲出来太难啦，欢迎试用体验，并留言分享您的惊喜发现。

 

该仿真工具完全在线，不需要许可证，只需要使用myON账户登录，点击阅读原文，立即开始仿真之旅吧。

 

小编为您奉上两份新仿真工具实用指南——《Elite Power仿真工具用户指南》、《Elite Power仿真工具和PLECS模型自助生成工具的技术优势》，扫码一睹为快。

 扫码填表下载安森美SiC仿真工具实用指南      

 

想再深入了解ElitePower仿真工具，这场即将到来的在线研讨会不容错过。

 

 SiC仿真工具在线研讨会  研讨会时间2023年05月25日，10:00 开始   演讲嘉宾

Shawn Huang

安森美现场应用工程师

Shawn负责工业类特别是光伏/储能应用的产品推广和技术支持，在光伏逆变器、变频器、电网补偿装置产品、高压大功率电源及SiC功率器件领域有多年研发经验。

  研讨会要点

• 了解安森美引领行业的PLECS模型能生成有效精准的仿真，适用于软/硬切换开关应用，例如DC-DC LLC 和CLLC谐振、双有源桥和相移全桥。

• 介绍安森美自助式PLECS模型自助生成工具，并回顾如何利用新颖的基于物理的、可扩展的SPICE 建模方法创建定制的高保真系统级PLECS模型。

• 在安森美引领行业的ElitePower Simulator中部署准确的PLECS模型。

 

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