仿真已成為當今設計流程中不可或缺的基礎工具，能夠在原型構建之前對設計方案中選擇的器件、拓撲及其他關鍵方面進行驗證。由此不僅節(jié)省了時間，還避免了許多設計風險，使首個原型更有可能達到預期性能。為了達到最新設計所需的性能和功率密度，開發(fā)者必須盡可能提高精確度，因而仿真變得至關重要。

仿真中面臨的挑戰(zhàn)

仿真的精確度受限于其基礎模型的準確性。即使是通過高質量的產(chǎn)品手冊來推導模型也存在一定風險，因為在產(chǎn)品手冊中，導通損耗、能量損耗和熱阻抗等器件特性參數(shù)都是實驗室條件下的測量結果。

此外，基于產(chǎn)品手冊的模型所反映的是制造商的實驗室配置和環(huán)境，無法代表實際實施中可能遇到的各種狀況。對于某些方面而言尤為如此，例如因當前設計方案的物理布局而造成的寄生元素（當然，這可能只是寄生元素形成的部分原因）。

如果無法準確表示寄生元素及任何其他特定于設計的屬性，仿真的可信度將大打折扣，其結果的不準確度可能高達 30%。為此，有必要提供一種工具，支持在所定義的環(huán)境下基于特定應用進行仿真，不必再依賴于一般的“制造商實驗室”模型。

推動仿真范式轉變

安森美 (onsemi)?的 PLECS 模型自助生成工具 (SSPMG)?實現(xiàn)了上述目標，設計人員可在其中輸入與設計環(huán)境相關的特定設計寄生信息，自定義 PLECS 模型，從而獲得準確的仿真結果。

圖 1：PLECS 模型自助生成工具 (SSPMG)

電力電子行業(yè)已經(jīng)意識到基于產(chǎn)品手冊的模型與實際情況存在明顯差異，也愈發(fā)認識到根據(jù)個案需求來調(diào)整仿真的潛在優(yōu)勢。SSPMG 正在推動行業(yè)范式進行轉變，這是一款能夠反映真實情況的仿真工具，可顯著提高仿真準確度，為您提供切實可行的結果。這款工具的核心是高度準確、基于物理的可擴展 SPICE 模型方法。

圖 2：SSPMG – 引領行業(yè)的功能

硬開關和軟開關

典型工業(yè)系統(tǒng)級仿真工具采用的 PLECS 模型僅對硬開關有效，對軟開關應用的仿真則非常不準確。安森美推出的全新 PLECS 模型引領了技術發(fā)展，既適用于硬開關也適用于軟開關應用，例如 DC-DC LLC 和 CLLC 諧振、雙有源橋和相移全橋。

創(chuàng)新的SSPMG仿真工具還支持設計人員根據(jù)電氣偏置和溫度條件，添加自定義的數(shù)據(jù)密集參數(shù)表。這有助于確保表內(nèi)數(shù)據(jù)點之間的插值準確，由此幾乎消除了外推需求（外推是造成系統(tǒng)仿真誤差的另一個主要來源）。

自定義應用寄生參數(shù)

根據(jù)用戶指定的應用電路寄生參數(shù)進行調(diào)整，可顯著影響導通損耗和開關損耗。

數(shù)據(jù)密集的參數(shù)表

根據(jù)用戶指定的電氣偏置和溫度條件調(diào)整導通損耗和開關損耗數(shù)據(jù)。用戶可創(chuàng)建數(shù)據(jù)密集的參數(shù)表，以確保系統(tǒng)仿真中插值準確并避免不準確的外推。

邊界模型

我們的邊界模型可在產(chǎn)品的典型條件和邊界條件下發(fā)揮效用，使用戶能夠跟蹤在較差、標稱和較佳制造條件下的導通損耗和開關損耗，進一步掌握應用性能表現(xiàn)。

創(chuàng)新的SSPMG仿真工具還支持設計人員根據(jù)電氣偏置和溫度條件，添加自定義的數(shù)據(jù)密集參數(shù)表。這有助于確保表內(nèi)數(shù)據(jù)點之間的插值準確，由此幾乎消除了外推需求（外推是造成系統(tǒng)仿真誤差的另一個主要來源）。

圖 3：SSPMG 采用數(shù)據(jù)密集的損耗參數(shù)表

在半導體制造的整個過程中必須考慮到電力電子設計的要求。為此，SSPMG 工具中提供了代表電子產(chǎn)品不同制造條件的“邊界模型”，其中，閾值電壓、RDSon、擊穿電壓、電容等參數(shù)會根據(jù)制造工廠的制造工藝做出一些調(diào)整。在系統(tǒng)層面捕獲相關的參數(shù)差異并進行建模非常重要，因為這些參數(shù)差異會顯著影響能量損耗、導通損耗和溫度行為。

在電力電子設計中，設計人員必須區(qū)分軟開關和硬開關。對于硬開關而言，雙脈沖測試 (DPT) 是一種眾所周知且較為可靠的損耗計算方法。然而，軟開關依賴于拓撲和工作模式，導致 DPT 生成的結果不準確，因此 DPT 對軟開關并不適用。

圖 4：雙脈沖測試儀基本原理圖

為了解決這個問題，SSPMG 使用全新的轉換損耗測試儀來準確計算能量損耗。這種方法靈活全面，適用于一系列拓撲，包括相移全橋 (PSFB)、DC-DC LLC 和 CLLC 諧振，能夠為過去常被忽視的軟開關模型提高精確度。

圖 5：安森美的 PLECS 模型生成工具 – 提供適合仿真軟開關拓撲的模型

令人欣喜的是，安森美的 PLECS 模型對硬開關、軟開關和同步整流開關都有效。

借助 SSPMG，設計人員可以使用安森美功率器件產(chǎn)品，信心滿滿地對設計和環(huán)境進行準確仿真，避免以后需要大刀闊斧地重新設計早期原型，進而能夠縮短設計周期。

設計人員可以將 SSPMG 生成的自定義 PLECS 模型直接放入仿真環(huán)境中，也可以將模型上傳至安森美免費的 Elite Power 仿真工具進行評估。這兩個工具最近都擴大了支持范圍，現(xiàn)已能夠支持場截止第 7 代 (FS7) IGBT 產(chǎn)品。

通過提供業(yè)界領先的 PLECS 模型自助生成工具和各種 EliteSiC 解決方案與 IGBT 產(chǎn)品組合，安森美重新定義了工程師如何構思、設計和驗證電源系統(tǒng)。