MOSFET電流共有をシミュレーションするためのバスバーのSパラメータモデリング


この記事は、Busbar S-Parameter Modeling to Simulate MOSFET Current Sharingを翻訳したものです。

この記事では、バスバーからSパラメータを生成し、PSIM内のHyperSpiceを使用して電力コンバータのシミュレーションに配置するプロセスを説明します。

このワークフローは、2つの異なる環境と2つの異なるソルバーで、2つの主要コンポーネントを使用します。

Sパラメータ抽出から".s#p"(#はポート数)ファイルが得られ、PSIMの "S-Parameter "ブロックで読み込むことができ、PSIM内のHyperSpiceで解くことができます。

 

1. SimLab | S-Parameter 抽出ワークフロー

ワークフローのこの部分では、SimLab 2024を使用します。最初のステップは、「Parasitics Extraction」ソリューションを作成することです。

ここでは、シミュレーションタイプを "S-Parameter Extraction" ポートタイプを"Differential"に設定することが重要です。 

周波数の定義には以下の条件が適用されます。

  • 周波数定義は任意に設定できるが、考慮すべき点は、ソルバーが10MHzまでの正確な結果を得ることができるということです。
  • このワークフローでは、寄生素子抽出ソルバーのモデル次数削減機能を使用するため、解法時間に影響を与えることなく、多数の周波数ポイントを選択できます。

Parasitics Extractionソリューションが作成されると、このワークフローに必要なすべてのステップとツールが記載されたPEワークフローリボンが表示されます。これらの手順は、CADファイルのインポートから始まり、左から右へと進みます。

添付の.xmt_txt parasolid ファイルをデフォルト設定でインポートし、マテリアルを適用する必要があります。

次に、1mmの要素サイズとデフォルト設定でクイックテットメッシュを作成します(他のCADモデルの場合、これは変更される可能性があります)。

次にポートを作成し、割り当てる必要があります。この抽出のために2つのポートを作成し、以下のように設定しました。

最後に、ソルバー設定の "Use Model Order Reduction "機能を有効にします。キャパシタンス効果を使用しない場合は、無効にすることもできます。

解答は解かれ、".s#p "パラメータファイルが作成されます。このファイルは結果フォルダ[Right Click on Results > Open Results Folder]にあります。 

 

2. PSIM | バスバーSパラメータを用いたコンバーターシミュレーション

PSIMのSパラメータ・ブロックについて

.s#p "ファイルはPSIMの "S-Parameter "ブロックで扱われます。 このブロックはHyperSpiceソルバーでのみ動作し、PSIM 2024でのみ使用できます。 

S-Parameter のポートは以下のように配置され、丸印が入力ノードを表します。

添付のシミュレーションは、2つの並列MOSFET理想モデルによる昇圧コンバータです。シミュレーションにはすでにSパラメータ・ブロックが含まれており、セットアップは".s#p "ファイルを選択するだけです。

異なるスイッチング周波数でシミュレーションを実行すると、MOSFETの電流共有に影響するSパラメータの挙動が示されます。

MOSFET currents at 12.5 kHz

MOSFET currents at 25 kHz

MOSFET currents at 50 kHz

MOSFET currents at 100 kHz

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