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仿真微调:提高电力电子电路的精度

在和畛域,精度相当首要。仿真效果的真实性取决于各个器件所接纳模子的准确性。无论是 IGBT、 (SiC) 仍是硅 MOSFET,仿真展望的可靠性与模子的精度亲近相干。老话说得好,“渣滓进,渣滓出”,即假如输出的是渣滓,那末输入的也是渣滓。

设想职员依据产物手册中在实验室环境下测量出的器件特点(如导通消耗、能量消耗和热阻等),构建体系级模子,大多数行业规范模子也都是如法炮制。然而,这些基于产物手册的模子是实验室设置和环境的产品,其实不总能反应实践中遇到的种种前提。是以,弗成想当然地觉得这些来自产物手册的模子可以或许正确反应电力电子设想职员所面临的种种庞杂寄生环境。事实上,制造商的试验环境与电力电子设想职员的使用环境完整同等的几率接近于零。试验环境与使用环境之间的显然差别,大概致使实践使用中的仿真效果涌现庞大偏差,误差率每每高达 20-30% 以至更高。要解决这个题目,就必须尽量改良以后的做法。

安森美 (onsemi) 的 PLECS 模子自助天生对象 (SSPMG) 具超强开创性,用户能够在此中输出特定的寄生环境,建立定制的 PLECS 模子。打个譬如,现成的西装不太大概完整称身,而 SSPMG 就像为您量身定做衣服的高等成衣,能够依据详细应用来正确定制模子。

图 1:Elite Power 仿真对象和 PLECS 模子自助天生对象

SSPMG 要领暗地里的焦点思绪实在很简单。它存眷的重点不是安森美在实验室测得的效果,而是您环境中的详细使用。用户能够依据其各自的环境对模子举行微调,进而可以或许显著进步仿真的准确性。这类对定制性和准确性的看重不但仅是一个理论观点,而是落实到了详细的解决计划上,可以或许输入确切可行的效果。业界纷纭意想到,通用模子存在显然的局限性,而针对分歧需要接纳定制化仿真有着伟大后劲。

安森美 SSPMG 仿真对象还支撑用户依据电气偏压和温度前提定制数据麋集的参数表。目的是确保表内数据点之间的插值正确,并尽量地缩小外推需要,由于外推经常会给体系仿真带来偏差。

图 2:SSPMG 的特点之一:数据麋集的消耗参数表

安森美开辟的 SSPMG 工具包含了代表电子产物分歧创造前提的“界限模子”。此中,阈值电压、RDSon、击穿电压、电容等参数,会因晶圆厂内的物理特点分歧而有所差别。这会显著影响被测器件的能量消耗、导通消耗和温度行动,于是捕捉这些相干的参数差别异常首要,尤其是在体系层面。

为此,安森美引入了适用于硬开关和软开关的 PLECS 模子,另外还可用于同步整流操纵,而且仅针对主开关操纵。PLECS 对象能够仿真种种软开关使用,包孕 DC-DC LLC 和 CLLC 谐振、双有源桥及相移全桥拓扑。

在电力电子畛域,明确区别软开关和硬开关异常首要。关于硬开关,可借助双脉冲测试 (DPT) 来正确计较消耗。然则软开关的功能受拓扑和事情模式影响较大,以是双脉冲测试无奈正确计较其详细消耗。

为了解决这个题目,SSPMG 应用新型转换消耗测试仪来正确计较一系列拓扑的能量消耗,包孕相移全桥、DC-DC LLC 和 CLLC 谐振拓扑。这类专为软开关而设想的要领提升了常被业界疏忽的软开关模子精度。云云一来,工程师可以或许取得设想计划的正确暗示,从而防止不兼容仿真前提所惹起的偏差。借助咱们的集成性能,无论接纳何种开关拓扑,设想职员都能够应用正确的模子,进而可以或许确保仿真的精度。

图 3:SSPMG 的特点之一:软开关仿真

DPT 是丈量半导体器件开关消耗的经常使用要领。该要领接纳的特定步调包孕:起首,经由过程激活低边开关来惹起电感电流,而后丈量低边开关在某个电流点关断时的关断消耗。电感电流连续由高边二极管维持,因为压降很低且继续时间短,以是可觉得电感电流坚持恒定。最初,低边开关再次导通,故可应用与关断时期近似的电感电流来丈量导通消耗。

无论配置中接纳的是半桥仍是四分之一桥,都市影响开关消耗,这首要是因为 SiC 肖特基二极管和 MOSFET 体二极管之间存在特点差别。这类设置称为“升压”型测试仪,会影响主开关消耗,由于高边开关/二极管中的反向复原电流会影响导通时的低边开关消耗。

电感器的寄生电容和 PCB 漏感等内部要素会显著影响有源开关消耗。电感器的寄生电容会影响 Eon 和 Eoff,从而影响整体消耗。另外,PCB 漏感和用于加重 EMI 的铁氧体磁珠等器件会转变开关环路的巨细和功能,减慢电流爬坡并同意电压达到较低电平,从而影响消耗。

DPT 双脉冲测试仪能够无效丈量消耗,以至能为寄生元件影响异常小的电路供应高精度保证。尽管安森美的进步前辈双脉冲测试仪能够卓越地比拟芯片尺寸和封装等组合因素,但必需注重的是,测试环境下的消耗与实践使用场景下的消耗大概其实不同等。用户详细接纳的寄生元件会大大影响实践消耗,因此为每一个设想定制新的配置是不切实践的。

基于建模的仿真能够替换这类基于丈量的资本麋集、较为范围且庞杂的要领。应用参数仿真和高度正确的仿真模子(如安森美的物理可扩大 SPICE 模子),电力电子设想职员可以或许倏地天生正确的消耗模子。这些仿真支撑在单次运转中评价多个场景,与辛苦的丈量手艺相比,能够更倏地、更经济地供应有价值的信息。

安森美的 SSPMG 包括 30 多个参数,可以对双脉冲或转换消耗测试仪的仿真原理图举行微调,进而提取 SiC MOSFET 的分立和功率模块消耗。这款性能周全的对象整合了多种使用阶段和场景,并支撑修正栅极驱动电压,以是电力电子设想职员可以或许针对特定使用高效地天生高度正确的 PLECS 消耗模子。

图 4:双脉冲测试仪基础原理图

Elite Power 仿真对象和 SSPMG 领有卓越的性能,可以或许显著收缩产物开辟周期,特别适用于需求优化设想时间线的畛域,比方直流倏地充电 (DCFC)。25 kW 直流倏地充电是电动汽车充电根底办法的首要构成部份,此中的对象安排便是一个典范的例子。在此例中,仿真对象有效地促进了第一代与第三代半桥模块的比拟研讨,正确展望了两者的服从差别,与试验效果异常符合。

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