전력 반도체

Optimized Models for Maximum Speed and Accuracy

Inside an IGBT module

이상적인 스위치 모델

PLECS의 전력 전자 회로에 사용되는 전력 반도체 소자 모델은 기본적으로 '이상적인(Ideal) 스위치에 의한 모델링'을 전제로 개발되고 있습니다. 이상 스위치 모델링에서는 스위치가 닫힌 "턴 온" 상태가되면 전체 단락 조건 (Ron=0)가 되고, 스위치가 열린 '턴오프 상태가 되면 이상적인 개방 회로 조건 (Roff=∞)로 스위치의 상태는 순간적으로 전환됩니다. 이상 스위치를 사용하는 모델링의 장점은 "간단한 조작, 확실한 계산, 계산 시간 단축" 등 3가지 장점이 있습니다.

손쉬운 사용

대부분 전력전자시스템 시뮬레이션에서의 이상적 스위치 사용은 제어 및 열 관리의 모든 측면을 테스트함에 있어 충분히 만족스런 결과를 얻을 수 있습니다. 이상적인 스위치 사용은 주어진 반도체의 상세한 물리적 파라미터 값 산출에 대한 부담을 덜어줄 수 있는 하향식 설계가 가능합니다. 반도체 소자의 기생 효과를 고려하는 경우는 PLECS 동작 모델을 사용하여 스위치의 부유 용량을 고려한 시뮬레이션을 수행 할 수 있습니다.

견고한 계산 성능

이상적인 스위치를 기반으로 하는 동작 모델은 SPICE형 물리적 모델에 비해 수치 적 안정성의 문제가 없습니다. PLECS 반도체 소자모델은 수치 불안정석을 억제하기위한 비물리적 스너버 회로 및 fixed time step solver를 사용할 필요가 없습니다. PLECS는 variable step solver가 정확한 스위칭 이벤트를 감지하기 때문에, 고차의 솔버를 선택하여 stiff/비 stiff 회로 시뮬레이션을 높은 정밀도로 실행 가능합니다.

빠른 속도

기존의 전기 회로 시뮬레이터에서 스위칭 과도 현상을 계산할 때 매우 작은 시간 단위를 강제로 적용하면 계산 부하가 높아집니다. PLECS에서는 이상적인 스위치의 순간적인 작동에 의해 위와 같은 문제가 일어나지 않습니다. 아래 그림과 같이 스위칭 이벤트는 2 단계로 시뮬레이션 되기 때문에 계산 시간을 단축할 수 있습니다. PLECS Standalone은 고도로 최적화 된 PLECS solver가 구현되어 있기 때문에 초고속 시뮬레이션을 경험하게 될 것 입니다.

행동 모델

PLECS에는 이상 스위치 모델뿐아니라, 다이오드의 역 회복 모델 스위칭시의 전류 변화율(di/dt)를 고려하여 IGBT 모델 등 전력 반도체의 동적 기생 효과를 고려하는 스위치 모델을 구현하고 있습니다. 이러한 스위치 모델을 시뮬레이션 모델에 적용하여 부유 용량의 영향으로 각 소자에 생기는 치명적인 과전압을 예측하는 것이 가능하다.