传统模型vsPLECS模型：哪个更适合电力电子设计仿真？

原创安森美 2024-05-29 18:59

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仿真已成为当今设计流程中不可或缺的基础工具，能够在原型构建之前对设计方案中选择的器件、拓扑及其他关键方面进行验证。由此不仅节省了时间，还避免了许多设计风险，使首个原型更有可能达到预期性能。为了达到最新设计所需的性能和功率密度，开发者必须尽可能提高精确度，因而仿真变得至关重要。

视频了解自助式PLECS模型生成工具▼

仿真中面临的挑战

仿真的精确度受限于其基础模型的准确性。即使是通过高质量的产品手册来推导模型也存在一定风险，因为在产品手册中，导通损耗、能量损耗和热阻抗等器件特性参数都是实验室条件下的测量结果。

此外，基于产品手册的模型所反映的是制造商的实验室配置和环境，无法代表实际实施中可能遇到的各种状况。对于某些方面而言尤为如此，例如因当前设计方案的物理布局而造成的寄生元素（当然，这可能只是寄生元素形成的部分原因）。

如果无法准确表示寄生元素及任何其他特定于设计的属性，仿真的可信度将大打折扣，其结果的不准确度可能高达 30%。为此，有必要提供一种工具，支持在所定义的环境下基于特定应用进行仿真，不必再依赖于一般的“制造商实验室”模型。

推动仿真范式转变

安森美 (onsemi) 的 PLECS 模型自助生成工具 (SSPMG) 实现了上述目标，设计人员可在其中输入与设计环境相关的特定设计寄生信息，自定义 PLECS 模型，从而获得准确的仿真结果。

图 1：PLECS 模型自助生成工具 (SSPMG)

电力电子行业已经意识到基于产品手册的模型与实际情况存在明显差异，也愈发认识到根据个案需求来调整仿真的潜在优势。SSPMG 正在推动行业范式进行转变，这是一款能够反映真实情况的仿真工具，可显著提高仿真准确度，为您提供切实可行的结果。这款工具的核心是高度准确、基于物理的可扩展 SPICE 模型方法。

图 2：SSPMG – 引领行业的功能

硬开关和软开关

典型工业系统级仿真工具采用的 PLECS 模型仅对硬开关有效，对软开关应用的仿真则非常不准确。安森美推出的全新 PLECS 模型引领了技术发展，既适用于硬开关也适用于软开关应用，例如 DC-DC LLC 和 CLLC 谐振、双有源桥和相移全桥。

创新的SSPMG仿真工具还支持设计人员根据电气偏置和温度条件，添加自定义的数据密集参数表。这有助于确保表内数据点之间的插值准确，由此几乎消除了外推需求（外推是造成系统仿真误差的另一个主要来源）。

自定义应用寄生参数

根据用户指定的应用电路寄生参数进行调整，可显著影响导通损耗和开关损耗。

数据密集的参数表

根据用户指定的电气偏置和温度条件调整导通损耗和开关损耗数据。用户可创建数据密集的参数表，以确保系统仿真中插值准确并避免不准确的外推。

边界模型

我们的边界模型可在产品的典型条件和边界条件下发挥效用，使用户能够跟踪在较差、标称和较佳制造条件下的导通损耗和开关损耗，进一步掌握应用性能表现。

图 3：SSPMG 采用数据密集的损耗参数表

在半导体制造的整个过程中必须考虑到电力电子设计的要求。为此，SSPMG 工具中提供了代表电子产品不同制造条件的“边界模型”，其中，阈值电压、RDSon、击穿电压、电容等参数会根据制造工厂的制造工艺做出一些调整。在系统层面捕获相关的参数差异并进行建模非常重要，因为这些参数差异会显著影响能量损耗、导通损耗和温度行为。

在电力电子设计中，设计人员必须区分软开关和硬开关。对于硬开关而言，双脉冲测试 (DPT) 是一种众所周知且较为可靠的损耗计算方法。然而，软开关依赖于拓扑和工作模式，导致 DPT 生成的结果不准确，因此 DPT 对软开关并不适用。