Technical Advantages of onsemi's New Elite Power Simulator and Self-Service PLECS Model Generator

安森美 (onsemi) 最近发布了Elite Power 仿真工具和PLECS 模型自助生成工具 (SSPMG)。Elite Power 仿真工具配以 PLECS，为客户提供一个便利的在线环境。与当前的行业水平相比，Elite Power 仿真工具带来了一些新的功能和优势。SSPMG 是一个具有突破性的工具，可提高 PLECS 仿真过程中使用的模型的灵活性和准确性。在图 1 所示的系统流程中使用这两种工具，我们的客户能够一次性设计出整合了安森美 EliteSiC 产品的电源应用。

图 1：如何选择 Elite Power 仿真工具和 PLECS 模型自助生成工具

PLECS 模型包含损耗查找表（基于制造商数据表）以及 Cauer 或 Foster 等效网络形式的热链。在仿真期间，PLECS 使用损耗表进行插值和/或外推，以获得电路运行的偏置点导通和开关损耗。

测量开关损耗最常用的方法是双脉冲测试仪。安森美先进的双脉冲测试仪对于测量最低（或器件）损耗很有价值，它对寄生元件的影响微乎其微，可以对各种芯片尺寸、R_DS(ON)值和封装进行比较。但是，当客户评估其实际应用中的损耗时，数据表损耗值不会反映观察到的损耗。经过进一步分析，很明显，基于数据表的 PLECS 模型不能代表最终用户的应用。客户必须在成本和性能之间做出取舍，因此选择的电感和电容没有安森美双脉冲测试仪中的那么理想。只有当用户的应用具有与制造商数据表双脉冲测试环境相同的寄生环境时，才可以使用标准制造商提供的 PLECS 模型进行仿真。

评估客户实际损耗的更好方法是将客户的真实电路板和组件（如电感和电容）寄生元件引入双脉冲测试仪设置，使其适应具体的客户应用。由于这可能是一项非常困难的测量任务，安森美为此推出了 SSPMG，使客户能够在虚拟原型环境中根据其应用环境设计 PLECS 模型。尽管所有基于仿真的虚拟环境的好坏都取决于底层模型，但安森美高度精确的基于物理的模型是客户实现高保真 PLECS 模型所能依靠的 SSPMG 引擎。

SSPMG 通过 30 多个参数来调整双脉冲测试仪仿真原理图，以反映客户的真实环境并提取分立式 SiC MOSFET 和基于 SiC 的功率模块的损耗，如图 3 所示。

图 2：SSPMG 分立器件双脉冲测试仪原理图

调整这些参数是为了反映应用中的特定情况和阶段。为增强仿真效果，还可以自定义栅极驱动电压。客户也可以在损耗表中设置其偏置和温度点的边界和密度。在实验室环境下，可以测量的数据点数量是有限制的，这通常在数据表中有所体现。虚拟 SSPMG 环境消除了对数据点数量的限制，确保 PLECS 在仿真过程中进行了准确的插值和外推（图 2）。但由于典型双脉冲测试仪只适用于硬开关，因此它不能产生软开关操作期间造成的损耗。在使用软开关技术（LLC、CLLC 等全谐振级或者全桥相移或双有源桥等转换谐振级）时，如果在发生开关事件之前有足够的谐振能量，就可以实现软开关。否则，如果能量低于所需量，则只能实现部分软开关。如果根本没有谐振能量，则将会发生硬开关。将对软开关有效的 PLECS 模型加入安森美新的 Elite Power 仿真工具和 SSPMG 中，需要对典型双脉冲测试仪进行一个小的修改，并增加其它参数（如 dI/dt、死区时间和电感值），以便在开关事件发生时捕获谐振电感能量。

图 3：PLECS 模型自助生成工具 - 密集损耗表

客户还能够研究其应用在面对制造过程中固有的半导体工艺变化（例如数据表限制）时所具有的鲁棒性。SSPMG 使客户能够针对导通和开关损耗的典型和相关边界条件设计出 PLECS 模型，如图 4 所示。

图 4：PLECS 模型自助生成工具 – 边界模型

客户可以灵活地将其利用 SSPMG 设计的 PLECS 模型下载到独立的 PLECS 设计环境中，或者在“器件配置”步骤中将其直接上传到 Elite Power 仿真工具中，如图 5 所示。

图 5：上传自定义 PLECS 模型到 Elite Power 仿真工具

安森美编制了一份应用手册，介绍了新型 Elite Power 仿真工具和 SSPMG 的技术优势。其中包含大量电路层面的详细资料，尤其是寄生元件如何影响工作波形和损耗等。