تتوسع إلكترونيات الطاقة بشكل سريع في السوق ، في العديد من مجالات الحياة اليومية. يتم تصنيع أجهزة إلكترونيات الطاقة بشكل متزايد باستخدام أشباه موصلات SiC ، نظرًا للأداء المتميز لهذا النوع من المواد من حيث السرعة والكفاءة ومقاومة درجات الحرارة المرتفعة. يستخدم مصممو الطاقة هذه المكونات على نطاق واسع ، ولإنجاز هذه المهمة بشكل أفضل ، أطلقت شركة Microchip Technology برنامجها MPLAB SiC Power Simulator ، والذي يسمح للمستخدمين بتقييم ومحاكاة أجهزة ووحدات طاقة SiC الخاصة بهم بسرعة ، قبل تنفيذ تصميم الأجهزة. ستعرض هذه المقالة بعض الاستراتيجيات لاستخدام النظام الأساسي وتحسينه.
MPLAB SiC Power Simulator
إنها بيئة برامج ويب قائمة على PLECS تم تصميمها بالتعاون مع Plexim لتوفير أداة مجانية عبر الإنترنت تلغي الحاجة إلى شراء ترخيص محاكاة. يسمح المحاكي بالتقييم الواثق لمختلف الهياكل لتصميمات الطاقة القائمة على SiC. إنها تتيح للمصمم اختيار أنسب مكون SiC من مجموعة Microchip الواسعة ، مما يقلل من الوقت اللازم للتسويق. على سبيل المثال ، يمكن للمصمم اختبار قيم Rds (ON) مختلفة لـ SiC MOSFET للحصول على نتائج المحاكاة على الفور من حيث تبديد الطاقة ودرجة الحرارة والتيار ، تمامًا كما هو الحال في الواقع. يمكن استخدامه عن طريق الوصول إلى هذا العنوان من خلال متصفح الويب الخاص بك. وبالتالي ، باستخدام هذا النظام الأساسي ، يمكنك إجراء محاكاة متقدمة لأجهزة SiC المستخدمة في المحولات الخاصة بك. باستخدامه ، يمكن حساب فقد الطاقة وتقديرات درجة حرارة الوصلات لأجهزة SiC ، وتقييم أداء تصميمات محول الطاقة بسرعة. تقوم المنصة بإجراء العمليات الحسابية وإرجاع النتائج باستخدام بيانات الاختبارات المعملية لأشكال محولات الطاقة الأكثر شيوعًا ، بما في ذلك DC-AC و AC-DC و DC-DC. الأداة مفيدة بشكل خاص لاتباع الميزات المدرجة أدناه:
- حدد جهازًا ولاحظ التكوينات الأكثر ملاءمة ؛
- تقييم تأثير مقاومة البوابة المختلفة ؛
- مقارنة خسائر الطاقة والأداء الحراري للأجهزة المختلفة في ظروف التشغيل المختلفة ؛
- الحصول على أشكال موجة الإشارة.
سننتقل الآن من خلال الخطوات المختلفة لتحليل أفضل مكون لاستخدامه في دائرة الطاقة. لاختيار أفضل مكون ، يجب مراعاة العديد من المعلمات ، مثل جهد التشغيل والتيار ، وخصائص التبديل ، وخصائص تبديد الحرارة ، والتوافق مع المكونات الأخرى في الدائرة ، والتكلفة ، وتوافر المكون في السوق. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم أيضًا مراعاة نوع التطبيق الذي ستُستخدم فيه دائرة الطاقة ، مثل التنقل الكهربائي أو الأتمتة الصناعية أو الطاقة المتجددة. على سبيل المثال ، إذا كنت تصمم دائرة طاقة لنظام طاقة السيارة الكهربائية ، فيجب عليك اختيار مكون ذو كفاءة عالية ويمكنه التعامل مع التيارات والجهد العالي. من المهم أيضًا مراعاة التشريعات ومعايير السلامة المطبقة على تصميم دائرة الطاقة. يمكن أن يكون لاختيار أفضل مكون تأثير كبير على أداء دائرة الطاقة وموثوقيتها.
تحديدات الهيكل في MPLAB SiC Simulator
تهدف الصفحة الأولى من النظام الأساسي إلى سؤال المستخدم عن هيكل الدائرة ، كما هو موضح في شكل 1. في الوقت الحاضر ، يوفر البرنامج خيارًا من الفئات التالية:
- AC-DC
- محول PFC بدون جسور الطوطم (1/2/3 مراحل)
- واجهة أمامية نشطة (3 مراحل)
- مقوم فيينا (3 مراحل)
- DC-DC
- تعزيز المحول مع التصحيح المتزامن
- محول الرنين ذ م م كامل الجسر
- تحويل المرحلة الكاملة الجسر
- DC-AC
- عاكس (3 مراحل ، 2 مستوى)
لكل اختيار ، تعرض نفس الصفحة مخطط الدائرة الرئيسية ديناميكيًا كما هو موضح في الشكل 2. للوصول إلى الصفحة التالية ، ما عليك سوى الضغط على الرمز الذي يمثل السهم الموجود على اليمين. في المثال ، من المفترض أن المستخدم قد اختار محول DC-DC Boost مع طوبولوجيا التصحيح المتزامن.
اختيار الأجهزة
تسمح الصفحة الثانية من تطبيق الويب للمستخدم باختيار بعض المعلمات الكهربائية للدائرة المطلوب إجراؤها والأجهزة المراد استخدامها (انظر لقطة الشاشة في الشكل 3). البيانات التي يجب على المستخدم إدخالها في النموذج هي كما يلي:
- جهد الدخل (فين). يجب أن تكون هذه القيمة ، في الوقت الحالي ، أقل من أو تساوي 1200 فولت ؛
- جهد الخرج (Vout). يجب أن تكون هذه القيمة ، في الوقت الحالي ، أقل من أو تساوي 1700 فولت ، وعلى أي حال ، يجب أن تكون أكبر من Vin ؛
- القدرة المقدرة (العبوس). يجب أن تكون هذه القيمة أقل من أو تساوي 300000 واط ؛
- عدد المراحل المتشابكة. بالنسبة لهذه الخاصية ، يقترح النظام قائمة منسدلة بالقيم 1 و 2 و 3 و 4 ؛
- نوع المكون لكل سطر ، يمكن تحديده من القائمة المنسدلة مع الخيارات “SiC MOSFETs” و “وحدة ساق طور SiC” و “SiC MOSFET والصمام الثنائي المتزامن.”
يتيح الخيار التالي للمستخدم تحديد طرازات أجهزته من قائمة شاملة تحتوي ، من بين أمور أخرى ، على الخصائص الرئيسية للأجهزة وتتيح عرض ورقة البيانات ذات الصلة ، وهو جانب مهم للغاية. مع رمز السهم المعتاد الذي يشير إلى اليمين ، يمكن للمستخدم الانتقال إلى الشاشة التالية.
تفاصيل
تُستخدم الشاشة التالية لاقتراح تقرير موجز عن طُرز الأجهزة المختارة (انظر الشكل 4) ، مع إمكانية تحديد المعلومات الإضافية التالية:
- عدد الأجهزة المتصلة بالتوازي ؛
- مقاومة البوابة
- مقاومة بوابة الإغلاق ؛
- القدرة على تحديد Rds رمزي أو أقصى (ON).
في هذه الصفحة ، لا يزال بإمكان المستخدم عرض أوراق البيانات الخاصة بالمكونات المحددة من خلال النقر على أيقوناتها. مرة أخرى ، مع رمز السهم المعتاد الذي يشير إلى اليمين ، يمكن للمستخدم الانتقال إلى الشاشة التالية.
دائرة كهربائية
يتيح لك هذا القسم من النظام الأساسي تكوين بعض المعلمات الديناميكية المتعلقة بالدائرة. وهم على النحو التالي:
- الحث L لكل مرحلة (م ح) ؛
- سعة الحمل C (uF) ؛
- تبديل التردد Fsw (كيلو هرتز) ؛
- الوقت الميت tdead (nS).
كما يتضح ، هذه معلمات مهمة تؤثر على التشغيل الديناميكي للدائرة ، حيث توجد مكونات الاستقراء والسعة والتبديل.
تبريد
يصف هذا القسم المعلمات المتعلقة بأوضاع تبريد النظام ، والتي يمكن للمستخدم إدخال المعلومات التالية من أجلها:
- مقاومة واجهة MOSFET الحرارية (الشحوم) Rth ، ch (K / W) ؛
- مقاومة الواجهة الحرارية (الشحوم) المتزامنة MOSFET Rth ، ch (K / W) ؛
- نموذج المشتت الحراري (“درجة حرارة ثابتة” أو “درجة حرارة محيطة ثابتة”).
في حالة اختيار “درجة حرارة ثابتة” ، يسأل النظام فقط عن قيمتها (ث). ومع ذلك ، في الحالة الثانية ، يمكن للمستخدم إدخال المقاومة الحرارية (Rth ، ha) ، وثابت زمن امتصاص الحرارة (τha) ودرجة الحرارة المحيطة (Tamb).
نتائج المحاكاة على MPLAB SiC Simulator
هذه بلا شك أهم وأهم صفحة (الشكل 5). يتم نشر جميع نتائج عملية الدائرة في هذه الصفحة بالذات ، والتي تنقسم إلى عدة أقسام. يمكن عرض كل قسم أو إخفاؤه بمجرد النقر على السهم الصغير الموجود على شريط الرأس الخاص به. الأقسام هي كما يلي:
- الدائرة / 1 ص
- التحكم في المحاكاة
- نبذة عن النظام
- الأجهزة
- درجات الحرارة
- نظرة عامة على الخسائر
- انهيار خسائر الجهاز الأساسي
- انهيار خسائر الجهاز المتزامن
- تحميل المصدر
- الأجهزة
- درجة حرارة التقاطع
يبدأ اختبار الدائرة عند الضغط على زر “محاكاة”. تقوم المحاكاة بجميع اختبارات الدائرة ، وبعد لحظات قليلة تظهر النتائج في الأقسام المختلفة. يمكن تغيير وضع العرض لكل قسم وفقًا لاحتياجات الفرد (عمودي أو جدول) ويمكن تصدير البيانات الموجودة فيه بتنسيق CSV. بالنسبة للرسوم البيانية ، فهي ليست مجرد صور ثابتة على الصفحة ولكن يمكن تكبيرها ديناميكيًا باستخدام الماوس. هناك ، في الواقع ، ثلاثة رموز تساعد المستخدم على إجراء تكبير مخصص لقطاع معين من الرسم البياني:
- تكبير مجاني
- تكبير مقيد
- تكبير لتناسب.
من الممكن أيضًا عرض مؤشري السحب والإفلات على الرسم البياني ، من أجل تحديد جزء من الإشارة ، تمامًا كما هو الحال مع راسم الذبذبات الحقيقي. جميع المعلومات المعروضة ديناميكية وتتغير إذا تم تحريك المؤشرات أو إذا تم تغيير مستوى التكبير / التصغير.
تم إنشاء التقرير في MPLAB SiC Simulator
القسم الأخير من النظام الأساسي هو إنشاء تقرير إعلامي عن النظام الذي تم إنشاؤه حديثًا (انظر الشكل 6). هذا ملخص شامل للغاية يجمع كل المعلومات حول المعلمات والمتغيرات والأجهزة المستخدمة والتشغيل العام ودرجات الحرارة وفقدان الطاقة وغيرها الكثير. يعد المستند الذي تم إنتاجه مهمًا جدًا لأغراض المشروع ، ويمكن طباعته أو تصديره كملف PDF بالضغط على أيقونته.
الاستنتاجات
يعد MPLAB SiC power simulator أداة تصميم برمجية مفيدة بشكل خاص لمصنعي المعدات الأصلية (OEMs) الذين يصممون أنظمة الطاقة للتنقل الكهربائي والاستدامة والتطبيقات الصناعية التي تشمل المركبات الكهربائية والشحن على متن الطائرة وإمدادات الطاقة و أنظمة البطاريات. تم تصميم أداة التصميم هذه خصيصًا لمحاكاة أجهزة أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) المستخدمة في دوائر الطاقة. تشتهر SiC بخصائصها الكهربائية الممتازة التي تجعلها مثالية للاستخدام في تطبيقات الجهد العالي والتردد العالي. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر SiC كفاءة طاقة أعلى من أشباه الموصلات التقليدية مثل السيليكون. يسمح استخدام MPLAB SiC Power Simulator للمستخدمين بتقييم تأثير SiC على تصميمات الطاقة وتحسين تصميم النظام من أجل تحقيق الأداء الأمثل وزيادة كفاءة الطاقة إلى أقصى حد. MPLAB SiC Power Simulator من Microchip مجاني ومتاح للجميع.
اكتشاف المزيد من مجلة الإخلاص
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
