选择合适的 Wolfspeed 设计工具

作者：Wolfspeed

电力电子系统设计是一个复杂的工程问题。传统上，克服相关挑战需要主题专家进行耗时的分析。幸运的是，工程师们可选择各种现代工具，显著加快设计过程并优化结果。这些工具涵盖软件模拟工具（如 PLECS® 和 SPICE）和基于测量的方法（如动态性能表征）。每种分析方法都有其自身的优势和局限性，适合解决特定的设计问题。本文将对此进行描述。

PLECS® 是一款专为电力电子系统模拟开发的模拟工具，有助于工程师设计控制方案、拓扑结构和热系统。该工具涵盖多个物理学领域，可简化对系统机械、热或磁性元件的分析。PLECS® 采用理想的晶体管开关模型，可动态选择晶体管电阻瞬时变化前后的积分时间步长。对于开关电路应用，该分析方法使 PLECS® 相对于传统电路级模拟具有巨大的速度优势。由于电气元件被理想化，因此采用分析方式对功率损耗进行描述（通过查找表或函数），以匹配实验结果。Wolfspeed 的 PLECS 模型根据数据表信息构建，如图 1 所示。一般而言，PLECS® 对于控制设计、器件选择、预测系统损耗、预测器件结温和热系统设计非常有用。除了提供可供下载的完整 PLECS® 模型组合，Wolfspeed 还免费提供针对系统设计问题开发的在线评估工具 SpeedFit。

▲ 图 2：PLECS 模型可捕捉低频动态特性，但无法捕捉开关动态特性

不同于 PLECS®，电路级模拟器（如 SPICE）试图预测详细的开关瞬态事件，使得它们能够模拟许多在 PLECS® 中被忽略的电气动态特性。对于需要器件瞬态变化的研究来说，电路级模拟应是首选工具。一些可能的示例包括动态均流、蒙特卡罗分析或电磁兼容性（EMC）分析。遗憾的是，如果模型复杂性增加，还会对模拟速度产生重大不利影响。对于转换器模拟而言，必须按所模拟的秒来计算数千个此类动态事件，这使得此类模型的模拟速度很慢，对控制或热设计并不实用。此外，当模拟瞬态事件时，不应假设开关事件被精确预测，因为要精确预测开关事件，需要晶体管、电路寄生元件和栅极驱动的精确模型。因此，不建议使用 Wolfspeed 提供的 SPICE 模型进行“动态评估”。

作为应用实例，图 3 示出了箝位电感负载电路的 SPICE 模拟示例（类似于 Wolfspeed 的评估套件）。扫描总线电感会引起过冲电压、振铃频率和阻尼比发生很大变化。具体而言，总线电感变化 9 nH 会导致 200 V 的过冲预测差值。改变栅极驱动模型也会产生类似影响，改变晶体管模型则会产生更大差异。因此，使用 SPICE 模型来预测详细的器件动态特性可能极具挑战性和误导性。

▲ 图 4：可利用 CIL 评估套件分析整个 RG 值的 MOSFET 动态特性

这三种方法在电力电子设计过程中均有应用，每种方法都应在设计过程中加以适当利用。

▲ 图 5：推荐的工作流程

如需了解我们设计工具的更多信息，敬请访问我们“工具与支持界面”（https://www.wolfspeed.com/tools-and-support/power/），或向我们“Wolfspeed 功率应用在线讨论平台”的专家咨询。

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https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/selecting-between-wolfspeeds-design-tools/