作者：安森美電源方案事業群TD建模和仿真方案高級研究員James Victory

電力電子設計是現代工程中的關鍵因素

，它對眾多應用的效率、可靠性和性能產生深遠影響。在考慮製造工藝差異和最壞情景的同時，開發出符合嚴格要求的電路
，需要精確且精密的工具支持。

電力電子設計領域正在快速演進
，引領著高速

、高效元器件的新時代。在此演變過程中
，安森美(onsemi)推出了突破性的仿真工具，重新定義了工程師對電力係統進行概念化

、設計及驗證的方式。安森美新推出的Elite Power仿真工具以及PLECS模型自助生成工具（SSPMG）使電力電子工程師能夠縮短產品上市時間。這些工具應用於EliteSiC係列產品時，能精確展現電路的實際運行行為，尤其是當EliteSiC技術在邊界條件下運行時的情況。

圖1：Elite Power仿真工具和PLECS模型自助生成工具

這項創新的前沿性在於
，該款直觀且全麵的仿真平台
，賦予工程師以前所未有的便捷性來進行可視化、仿(fang)真(zhen)設(she)計(ji)並(bing)優(you)化(hua)複(fu)雜(za)的(de)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)。此(ci)工(gong)具(ju)為(wei)工(gong)程(cheng)師(shi)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)獨(du)特(te)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)環(huan)境(jing)以(yi)測(ce)試(shi)和(he)完(wan)善(shan)設(she)計(ji)，從(cong)而(er)推(tui)動(dong)了(le)尖(jian)端(duan)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)的(de)發(fa)展(zhan)。PLECS模型及其準確性對於Elite Power 仿真工具有效性的關鍵一環。該仿真工具支持工程師上傳由SSPMG生成的自定義PLECS模型。

這款仿真工具的核心在於其能夠精確仿真多種電力電子拓撲結構，其中包括AC-DC、DC-DC和DC-AC變換器等。安森美提供的超過40種拓撲結構選項使其在行業中處於領先地位，為工程師們提供了豐富的資源庫來探索和優化他們的設計。在工業應用領域，安森美的Elite Power 仿真工具支持如直流快充
、不間斷電源（UPS）、儲能係統（ESS）和太陽能逆變器等關鍵係統，展現出巨大的價值。同樣地，這款工具也適用於汽車行業的車載充電機（OBC）和主驅逆變器係統。

圖2：在Elite仿真工具中選擇應用和拓撲結構

挑戰

行業中過去主要采用以製造商數據手冊為參考的基於測量的損耗表創建PLECS模型。然而，這種方法麵臨幾個主要挑戰：

• 依賴測量設置：開關損耗數據受到特定應用布局和電路寄生參數的影響，導致數據存在變化和不準確性。
• 數據密度有限：導通和開關損耗數據通常不夠密集，阻礙了在PLECS中進行精確插值計算
  
  ，往往需要外推計算
  
  ，這可能會影響準確性。
• 典型半導體條件：損耗數據通常代表的是標稱半導體工藝條件，可能忽視了實際應用中的各種變化和真實場景。
• 隻適用於硬開關情況：源yuan自zi數shu據ju手shou冊ce生sheng成cheng的de雙shuang脈mai衝chong損sun耗hao數shu據ju所suo建jian立li的de模mo型xing僅jin適shi用yong於yu硬ying開kai關guan拓tuo撲pu結jie構gou。當dang將jiang其qi應ying用yong於yu軟ruan開kai關guan拓tuo撲pu結jie構gou或huo同tong步bu整zheng流liu仿fang真zhen時shi，這zhe些xie模mo型xing的de準zhun確que性xing會hui大da大da降jiang低di。

安森美通過引入PLECS模型自助生成工具(SSPMG)
，解決了采用傳統的基於測量損耗表生成PLECS模型方法所麵臨的難題。這款工具在優化模型時考慮了特定無源元件對能量損耗的影響，提供了更密集、更詳細的數據以實現精確仿真。SSPMG包bao含han了le半ban導dao體ti工gong藝yi過guo程cheng的de變bian化hua來lai構gou建jian實shi際ji模mo型xing，並bing創chuang建jian出chu適shi用yong於yu軟ruan開kai關guan拓tuo撲pu結jie構gou的de可ke適shi應ying模mo型xing，從cong而er確que保bao在zai硬ying開kai關guan場chang景jing之zhi外wai仍reng具ju有you可ke靠kao性xing。這zhe一yi水shui平ping的de定ding製zhi化hua確que保bao了le所suo進jin行xing的de仿fang真zhen能neng真zhen實shi反fan映ying用yong戶hu的de實shi際ji工gong作zuo條tiao件jian，消xiao除chu了le基ji於yu通tong用yong數shu據ju手shou冊ce模mo型xing相xiang關guan的de不bu準zhun確que性xing。用yongSSPMG設計的PLECS模型可以無縫上傳到Elite Power 仿真工具，也可以下載到獨立的PLECS中使用。

圖3：SSPMG的特點之一——密集損耗表

圖4：SSPMG的特點之一——軟開關仿真

仿真工具

該工具的核心優勢在於其後台運行的係統級仿真工具PLECS。PLECSshiyikuanxitongjifangzhengongju
，tacaiyongzhuanweisuduhezhunquexingershejideyuanjianmoxing
，shizhenggexitongdejianmohefangzhenbiandegengweijianbian。zhekuangongjujieheleyiyushiyongdejiyuwangyedehuanjing，zaishejiguochengzhongfuyugongchengshichuleibacuideyoushi。

這(zhe)款(kuan)工(gong)具(ju)的(de)意(yi)義(yi)不(bu)僅(jin)體(ti)現(xian)在(zai)其(qi)仿(fang)真(zhen)能(neng)力(li)上(shang)。它(ta)不(bu)僅(jin)僅(jin)是(shi)一(yi)個(ge)仿(fang)真(zhen)工(gong)具(ju)，更(geng)是(shi)幫(bang)助(zhu)工(gong)程(cheng)師(shi)為(wei)他(ta)們(men)的(de)應(ying)用(yong)選(xuan)擇(ze)理(li)想(xiang)元(yuan)件(jian)的(de)強(qiang)力(li)引(yin)導(dao)。該(gai)工(gong)具(ju)支(zhi)持(chi)安(an)森(sen)美(mei)豐(feng)富(fu)的(de)產(chan)品(pin)線(xian)，工(gong)程(cheng)師(shi)采(cai)用(yong)該(gai)工(gong)具(ju)可(ke)以(yi)無(wu)縫(feng)瀏(liu)覽(lan)各(ge)種(zhong)產(chan)品(pin)係(xi)列(lie)，權(quan)衡(heng)性(xing)能(neng)與(yu)成(cheng)本(ben)
，並(bing)做(zuo)出(chu)明(ming)智(zhi)的(de)決(jue)策(ce)。

PLECS不是一個基於SPICE的(de)電(dian)路(lu)仿(fang)真(zhen)工(gong)具(ju)，其(qi)關(guan)注(zhu)點(dian)不(bu)在(zai)於(yu)電(dian)路(lu)元(yuan)件(jian)的(de)低(di)層(ceng)行(xing)為(wei)。功(gong)率(lv)晶(jing)體(ti)管(guan)被(bei)視(shi)為(wei)簡(jian)單(dan)的(de)開(kai)關(guan)，可(ke)以(yi)被(bei)很(hen)容(rong)易(yi)地(di)配(pei)置(zhi)用(yong)來(lai)展(zhan)示(shi)導(dao)通(tong)和(he)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)之(zhi)間(jian)相(xiang)關(guan)的(de)損(sun)耗(hao)。PLECS模型，被稱為“熱模型”，包括導通損耗和開關損耗的查找表，以及采用Cauer或Foster等效網絡形式的熱鏈結構。

Elite Power 仿真工具的主要特性

如前所述，利用SSPMG生成並上傳自定義PLECS模型的功能使用戶能夠精確仿真其應用環境。這種能力在行業內是超前的。

這款仿真工具具備直觀的損耗和熱數據繪圖功能
，使工程師能夠可視化所選開關的損耗表現。這款多功能3D可視化工具結合了器件導通損耗、開關損耗和熱阻抗等數據。

這款仿真工具具備設計自定製散熱器模型的功能，使用戶能夠精確預測結點溫度，並針對其特定需求優化冷卻解決方案。

這款工具中的仿真階段能夠非常詳細地提供瞬態和穩態條件下的諸如損耗、效率和節點溫度等各種參數的詳情。此外，該工具還具有一個快捷機製，可用以比較不同器件、電路參數、冷卻設計和損耗模型的運行情況。

圖5：Elite Power仿真工具的特點之一——損耗繪圖

這款工具的一大優勢在於它能夠提供數據以供進一步分析。用戶可以下載包括瞬態波形範圍數據在內的以CSV格式展示的綜合數據集，便於用戶在自己的環境中進行深入分析。該仿真工具還包含可下載的PLECS模型。這些功能使工程師能進行深入評估並對設計進行微調以實現最佳性能。

這款仿真工具和SSPMG可(ke)適(shi)用(yong)多(duo)種(zhong)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)。雖(sui)然(ran)最(zui)初(chu)側(ce)重(zhong)於(yu)碳(tan)化(hua)矽(gui)產(chan)品(pin)，但(dan)這(zhe)兩(liang)款(kuan)工(gong)具(ju)將(jiang)逐(zhu)步(bu)拓(tuo)展(zhan)至(zhi)其(qi)他(ta)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)領(ling)域(yu)。這(zhe)種(zhong)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)能(neng)夠(gou)確(que)保(bao)工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)針(zhen)對(dui)各(ge)種(zhong)器(qi)件(jian)利(li)用(yong)這(zhe)些(xie)工(gong)具(ju)，並(bing)根(gen)據(ju)各(ge)自(zi)的(de)具(ju)體(ti)需(xu)求(qiu)定(ding)製(zhi)仿(fang)真(zhen)方(fang)案(an)。

精確度

在zai虛xu擬ni原yuan型xing設she計ji中zhong運yun用yong仿fang真zhen工gong具ju帶dai來lai了le設she計ji流liu程cheng的de重zhong大da變bian革ge。如ru今jin，工gong程cheng師shi和he設she計ji人ren員yuan能neng夠gou在zai量liang產chan之zhi前qian就jiu理li解jie這zhe些xie電dian子zi電dian路lu的de性xing能neng表biao現xian，從cong而er首shou次ci就jiu能neng達da到dao理li想xiang性xing能neng。在zai仿fang真zhen複fu雜za電dian子zi電dian路lu時shi
，精jing確que度du是shi一yi個ge至zhi關guan重zhong要yao的de因yin素su。對dui數shu據ju手shou冊ce條tiao件jian之zhi外wai的de情qing況kuang進jin行xing仿fang真zhen尤you為wei關guan鍵jian，因yin為wei可ke以yi獲huo得de通tong常chang難nan以yi通tong過guo物wu理li測ce試shi獲huo得de的de大da量liang數shu據ju。這zhe種zhong仿fang真zhen方fang法fa有you助zhu於yu在zai虛xu擬ni環huan境jing中zhong優you化hua和he分fen析xi電dian路lu性xing能neng。通tong過guo應ying用yong精jing確que的de仿fang真zhen技ji術shu
，可ke以yi避bi免mian低di估gu或huo高gao估gu係xi統tong性xing能neng。然ran而er
，在zai此ci過guo程cheng中zhong，模mo型xing的de準zhun確que性xing起qi著zhe決jue定ding性xing作zuo用yong。“糟糕的輸入必將導致糟糕的輸出”這一經典法則同樣適用於此場景。安森美認同這一理念，並不遺餘力地確保無論是在SPICE還是PLECS級別上都能提供準確的模型。

我(wo)們(men)擁(yong)有(you)一(yi)支(zhi)全(quan)天(tian)候(hou)全(quan)球(qiu)專(zhuan)業(ye)團(tuan)隊(dui)以(yi)及(ji)用(yong)戶(hu)指(zhi)南(nan)和(he)應(ying)用(yong)筆(bi)記(ji)等(deng)龐(pang)大(da)文(wen)檔(dang)庫(ku)，我(wo)們(men)確(que)保(bao)用(yong)戶(hu)擁(yong)有(you)取(qu)得(de)成(cheng)功(gong)的(de)必(bi)要(yao)資(zi)源(yuan)。我(wo)們(men)持(chi)續(xu)參(can)加(jia)行(xing)業(ye)會(hui)議(yi)
、網(wang)絡(luo)研(yan)討(tao)會(hui)和(he)教(jiao)育(yu)培(pei)訓(xun)活(huo)動(dong)
，進(jin)一(yi)步(bu)凸(tu)顯(xian)了(le)我(wo)們(men)對(dui)用(yong)戶(hu)賦(fu)能(neng)和(he)傳(chuan)授(shou)知(zhi)識(shi)的(de)堅(jian)定(ding)承(cheng)諾(nuo)。視(shi)頻(pin)和(he)網(wang)絡(luo)研(yan)討(tao)會(hui)是(shi)引(yin)導(dao)用(yong)戶(hu)掌(zhang)握(wo)我(wo)們(men)仿(fang)真(zhen)工(gong)具(ju)複(fu)雜(za)功(gong)能(neng)的(de)實(shi)用(yong)資(zi)源(yuan)

，它(ta)們(men)不(bu)僅(jin)闡(chan)明(ming)操(cao)作(zuo)步(bu)驟(zhou)，還(hai)向(xiang)用(yong)戶(hu)傳(chuan)授(shou)每(mei)個(ge)動(dong)作(zuo)背(bei)後(hou)的(de)含(han)義(yi)
，確(que)保(bao)用(yong)戶(hu)獲(huo)得(de)全(quan)麵(mian)深(shen)入(ru)的(de)理(li)解(jie)。