Leistungshalbleiter

Auf Geschwindigkeit und Genauigkeit getrimmte Modelle

Ideale Schalter

Die Modelle von Leistungshalbleitern, Leistungsschaltern etc. basieren in PLECS auf idealen Schaltern. In geschlossenem Zustand stellen sie einen idealen Kurzschluss dar (R_on = 0) und in offenem Zustand eine ideale Unterbrechung (R_off = ∞). Sie schalten von einem in den anderen Zustand in unendlich kurzer Zeit. Die Verwendung idealer Schalter bei der Modellierung bietet drei wesentliche Vorteile: einfache Benutzung, Robustheit und Geschwindigkeit.

Einfache Benutzung

Für die meisten Simulationen leistungselektronischer Systeme sind ideale Schalter völlig ausreichend, um alle Aspekte der Regelung und des thermischen Verhaltens zu untersuchen. Mit idealen Schaltern entfällt die Schwierigkeit, detaillierte physikalische Parameter für einen bestimmten Halbleiter zu beschaffen. Damit wird ein Top-down-Ansatz möglich: Falls eine höhere Genauigkeit gewünscht wird, können die Modelle in PLECS ergänzt werden, sobald dataillierte Informationen über die Parasitäten verfügbar sind.

Robust

Halbleitermodelle auf Basis von idealen Schaltern haben keine numerischen Stabilitätsprobleme, wie sie typisch sind für physikalische Modelle in SPICE-basierten Programmen. Die Halbleitermodelle in PLECS erfordern keine unphysikalischen Snubber oder feste Simulationsschrittweiten, um numerische Instabilitäten zu unterdrücken. Die in PLECS verwendeten Solver mit variabler Schrittweite ermöglichen die exakte Bestimmung des Schaltzeitpunktes. Dabei kann der Benutzer zwischen verschiedenen Solvern höherer Ordnung wählen, um steife und nicht-steife Schaltungen mit großer Genauigkeit zu simulieren.

Schnell

In herkömmlichen Simulationsprogrammen beanspruchen die Schalttransienten viel Rechenzeit. Die endlich steilen Schaltflanken zwingen das Programm zu vielen kleinen Schritten. In PLECS wird dieses Problem vermieden, weil die idealen Schalter unendlich schnell umschalten. Für jeden Schaltvorgang sind, wie unten illustriert, lediglich zwei Zeitschritte erforderlich. Dies beschleunigt die Simulation erheblich. In PLECS Standalone sind die Simulationsläufe dank der hochoptimierten Solver nochmals beschleunigt.

Verhaltensbasierte Modelle

Als Ergänzung zu den idealen Schaltern bietet PLECS auch verhaltensbasierte Modelle zur Simulation von dynamischen parasitären Effekten in Leistungshalbleitern an. Dazu zählen das Reverse-Recovery-Verhalten von Dioden oder das begrenzte di/dt beim Ein- und Ausschalten von IGBTs. Diese Modelle dienen zur Abschätzung von kritischen Überspannungen, die aufgrund von Streuinduktivitäten auftreten können. Die Modelle können vom Benutzer angepasst werden.