电力电子产品在日常生活的许多领域都在市场上迅速扩张。由于这种材料在速度、效率和耐高温性方面的出色性能，越来越多的电力电子设备使用SiC 半导体制造。电源设计人员大量使用此类组件，为了更好地完成这项任务，Microchip Technology 推出了 MPLAB SiC 电源模拟器，它允许用户在实施硬件设计之前快速评估和模拟其 SiC 功率器件和模块。本文将展示一些使用和优化该平台的策略。

MPLAB 碳化硅功率仿真器

它是与 Plexim 合作设计的基于 PLECS 的 Web 软件环境，提供的在线工具，无需购买模拟许可证。该模拟器允许对基于 SiC 的电源设计的各种拓扑进行自信的评估。它使设计人员能够从 Microchip 广泛的产品组合中选择合适的 SiC 组件，从而缩短上市时间。例如，设计人员可以测试 SiC MOSFET 的不同 Rds(ON) 值，以立即获得功耗、温度和电流方面的仿真结果，就像在现实中一样。访问该地址即可使用通过您的 Web 浏览器。因此，借助此平台，您可以对转换器中使用的 SiC 器件进行仿真。有了它，可以计算 SiC 器件的功率损耗和结温估计值，从而快速评估电源转换器设计的性能。该平台使用常见的电源转换器拓扑结构（包括直流-交流、交流-直流和直流-直流）的实验室测试数据执行计算并返回结果。该工具对于遵循下面列出的功能特别有用：

• 选择一个设备并观察合适的配置；
• 评估不同栅极电阻的影响；
• 比较不同设备在不同操作条件下的功率损耗和热性能；
• 采集信号波形。

我们现在将通过各个步骤来分析在电源电路中使用的组件。要选择组件，需要考虑几个参数，例如工作电压和电流、开关特性、散热特性、与电路中其他组件的兼容性、成本以及组件在市场上的可用性。此外，考虑电源电路的应用类型也很重要，例如电动汽车、工业自动化或可再生能源。例如，如果您正在为电动汽车电源系统设计电源电路，则应选择效率高且能够处理高电流和高电压的元件。考虑适用于电源电路设计的法规和安全标准也很重要。

MPLAB SiC 模拟器上的拓扑选择

该平台的页旨在询问用户电路的拓扑结构是什么，如图1中突出显示的那样。目前，该软件提供以下类别的选择：

• 交直流
  • 图腾柱无桥 PFC 转换器（1/2/3 相）
  • 有源前端（三相）
  • 维也纳整流器（3相）
• 直流-直流
  • 反激式转换器
  • 具有同步整流的升压转换器
  • 全桥 LLC 谐振转换器
  • 相移全桥转换器
• 直流-交流
  • 逆变器（3相2电平）

对于每个选择，同一页面动态显示原理电路图，如图2所示。要访问下一页，只需按右侧描绘箭头的图标即可。在示例中，假设用户选择了具有同步整流拓扑结构的 DC-DC 升压转换器。

设备选择

Web 应用程序的第二页允许用户选择要制作的电路和要使用的设备的一些电气参数（参见图 3 中的屏幕截图）。用户必须在表单中输入的数据如下：

• 输入电压（Vin）。目前，该值必须小于或等于 1200 V；
• 输出电压（Vout）。目前，该值必须小于或等于 1700 V，并且在任何情况下都必须大于 Vin；
• 额定功率（噘嘴）。此值必须小于或等于 300000 W；
• 交错相位数。对于这个特性，系统提出了一个下拉列表，其值为 1、2、3 和 4；
• 每条线的组件类型，可从下拉列表中选择，选项包括“SiC MOSFET”、“SiC 相腿模块”和“SiC MOSFET 和同步二极管”。

下一个选项允许用户从广泛的列表中选择他们的设备型号，其中包含设备的主要特性，并允许查看相关数据表，这是一个极其重要的方面。使用通常指向右侧的箭头图标，用户可以转到下一个屏幕。

细节

下一个屏幕用于建议所选设备模型的摘要（参见图 4），并可能指定以下附加信息：

• 并联设备的数量；
• 栅极电阻；
• 关断栅极电阻；
• 选择标称或 Rds(ON) 的能力。

在此页面上，用户仍然可以通过单击图标来查看所选组件的数据表。同样，通常的箭头图标指向右侧，用户可以转到下一个屏幕。

电路

平台的这一部分允许您配置与电路相关的一些动态参数。它们如下：

• 每相电感L（mH）；
• 负载电容C（uF）；
• 开关频率 Fsw (kHz)；
• 死区时间 tdead (nS)。

可以看出，这些是影响电路动态操作的重要参数，因为存在电感、电容和开关元件。

冷却

本节介绍与系统散热模式相关的参数，用户可以输入以下信息：

• MOSFET热界面（油脂）电阻Rth,ch (K/W)；
• 同步 MOSFET 热界面（油脂）电阻 Rth,ch (K/W)；
• 散热器模型（“固定温度”或“恒定环境温度”）。

在选择“固定温度”的情况下，系统仅询问其值 (Th)。然而，在第二种情况下，用户可以输入热阻 (Rth,ha)、散热器时间常数 (τha) 和环境温度 (Tamb)。

MPLAB SiC 模拟器上的模拟结果

毫无疑问，这是重要和有趣的页面（图 5）。电路运行的所有结果都发布在这个页面上，它分为几个部分。只需单击其标题栏上的小箭头，即可显示或隐藏每个部分。各部分如下：

• 电路/1p
• 仿真控制
• 系统总览
• 设备
• 温度
• 损失概览
• 设备损耗故障
• 同步设备损耗故障
• 源负载
• 设备
• 结温

当按下“模拟”按钮时，电路测试开始。仿真执行电路的所有测试，片刻之后，结果在各个部分都可见。每个部分的显示方式可以根据需要改变（柱状或表格），其中的数据可以CSV格式导出。至于图表，它们不仅仅是页面上的静态图像，还可以使用鼠标动态放大。实际上，有三个图标可帮助用户对图形的特定部分执行自定义缩放：

• 缩放；
• 约束缩放；
• 缩放以适合。

还可以在图形上显示两个拖放光标，以便勾勒出信号的一部分，就像使用真实的示波器一样。所有显示的信息都是动态的，并且会随着光标的移动或缩放级别的改变而变化。

在 MPLAB SiC 模拟器上生成的

该平台的一部分是生成新创建系统的信息（见图6）。这是一份极其全面的摘要，收集了有关参数、变量、使用的设备、一般操作、温度、功率损耗等的所有信息。生成的文档对于项目的目的非常重要，可以通过按其图标将其打印或导出为 PDF 文件。

结论

MPLAB SiC 功率仿真器是一种设计软件工具，对原始设备制造商 (OEM) 特别有用，它们为电动汽车、可持续发展和工业应用设计功率系统，包括电动汽车、车载/非车载充电、电源和电池系统。该设计工具专为模拟电源电路中使用的碳化硅 (SiC) 半导体器件而设计。SiC 以其出色的电气特性而闻名，这使其非常适合用于高压和高频应用。此外，与硅等传统半导体相比，SiC 具有更高的能效。使用 MPLAB SiC 功率仿真器，用户可以评估 SiC 对其电源设计的影响并改进系统设计，以实现性能和能效。Microchip 的 MPLAB SiC 功率模拟器提供给所有人。