通常情況下，電力電子仿真是可以分為三個(gè)等級(jí)。第一級(jí)是系統(tǒng)級(jí)，在系統(tǒng)級(jí)仿真中往往更關(guān)注系統(tǒng)之間的能量流動(dòng)，頻率調(diào)節(jié)，電壓調(diào)整，系統(tǒng)中的各組成元件往往是變流器或者火電廠，儲(chǔ)能電站等等，仿真時(shí)間尺度在s級(jí)以上，常用軟件是MATLAB/Simulink，PSCAD等等，往往是對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證，而忽略具體某一個(gè)單元內(nèi)部的特性；第二級(jí)是變流器級(jí)，在變流器級(jí)仿真，有兩種情況，如果是做算法仿真，往往會(huì)把開關(guān)管等效成理想開關(guān)，忽略開關(guān)暫態(tài)，如果是傳統(tǒng)算法，通過各種控制換來最終生成調(diào)制波，如果是智能算法，可能需要高速的傳感器采樣開關(guān)周期的電壓/電流波形，代入智能化算法最終得到驅(qū)動(dòng)波形或者ref值。常用仿真軟件如，PSIM，saber，PLECS，MATLAB/Simulink；第三級(jí)是是器件級(jí)，器件級(jí)的仿真，往往需要器件的暫態(tài)特性，在電力電子中就是開通及關(guān)斷特性，通常需要采用spice模型（下文在介紹軟件時(shí)會(huì)對(duì)spicer模型進(jìn)行通俗的解釋）。，常用軟件是saber，LTspice,Pspice等等。LTspice優(yōu)點(diǎn)是軟件小，免費(fèi)，但是當(dāng)需要多次運(yùn)行修改參數(shù)的時(shí)候，往往需要手動(dòng)調(diào)節(jié)（作者經(jīng)過摸索能通過MATLAB調(diào)用簡單的LTspice模型，有時(shí)間可以分享下），同樣saber也不具有這種多次調(diào)用并自動(dòng)修改參數(shù)的特點(diǎn)，而且saber軟件較難上手。。。
因此，在此背景之下，作者推薦一款基于MATLAB/SIMSCAPE的仿真平臺(tái)，它可以利用MATLAB的m語言多次調(diào)用，除此之外，它還具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.內(nèi)部集成了效率測試，損耗測試，EMI測試（僅僅是對(duì)仿真，只能作為參考！?。。。?，只需要一句代碼就能實(shí)現(xiàn)
2.還可以多個(gè)仿真模型并行運(yùn)行（電腦配置得給力）。除此之外，它還支持多物理場聯(lián)合仿真，比如電，熱，力，磁等等。
3.還支持跨時(shí)間尺度仿真，一個(gè)系統(tǒng)里可以由系統(tǒng)級(jí)仿真，變流器級(jí)仿真以及器件級(jí)仿真。
4.支持Embedded coder代碼自動(dòng)生成，大大提高開發(fā)效率
這么多優(yōu)點(diǎn)，你難道不想pick一下嗎??！
由于這方面資料比較少，作者在研究的時(shí)候，主要以官網(wǎng)資料，論壇大佬，以及MATLAB開發(fā)者的通信交流等渠道，在這里把近期的經(jīng)驗(yàn)分享一下，希望可以幫助到各位。
由于內(nèi)容較多，因此把分享的主題分為三部分，第一部分是器件級(jí)建模，第二部分是拓?fù)浼?jí)建模，第三部分是多物理場建模。
本次分享主要分為兩塊，
一、對(duì)Simscape工具箱做簡要介紹，與大家常用的Simpowersystem相比較的優(yōu)缺點(diǎn)。
二、如何針對(duì)器件級(jí)建模其中一種方法，并且將建模得到的器件進(jìn)行測試，測試結(jié)果會(huì)和器件里的datasheet波形進(jìn)行比較。
（第一次發(fā)帖，可能有很多做的還不好，大家多提提意見，一定多多采納。。。）
2.Simscape簡介
Simscape是MATLAB/Simulink下的工具箱，其支持多域物理場建模（電，熱，磁，力），本身自帶了大量的例程以及庫文件。下圖是將大家相對(duì)熟悉的Simpowersystem與Simscape在應(yīng)用范圍上做一個(gè)簡單的對(duì)比。
（圖來自MATLAB某次技術(shù)交流視頻，在這里做交流使用，若侵請(qǐng)聯(lián)系，立刻刪，謝謝）
跟據(jù)這個(gè)對(duì)比圖可以清楚的看到，Simscape更適合器件級(jí)及拓?fù)浼?jí)，Simpowersystem更適合拓?fù)浼?jí)和系統(tǒng)及。此外，Simscape相對(duì)Simpowersystem(新版本改成了Specialized，估計(jì)使用新版本MATLAB的用戶還不多，因此為方便交流，還按老版本的命名來)精確度更高，可以建立SPICE級(jí)別的器件仿真，但是相對(duì)而言其建立的仿真規(guī)模要小于Simpowersystem。
常用的庫界面展示：
如上圖所示就是simscape的界面，因?yàn)楸敬沃饕欠窒黼娏﹄娮酉嚓P(guān)，因此主要介紹下基礎(chǔ)庫和電子庫，電子庫里面常用的就是半導(dǎo)體和變換器庫，其它庫大家感興趣可以自行搜索哈。
3.器件級(jí)仿真應(yīng)用
然后就是本次分享的重點(diǎn)部分，介紹下如何根據(jù)datasheet配置simscape里的器件，在這里以英飛凌公司的IPPO23NO8N5為例。
上圖右邊就是Simscape庫里面拖拽出來的MOSFET，雙擊打開信息面板，下面我將會(huì)對(duì)比datasheet與面板信息逐一填寫。
1. MOS/IGBT主體參數(shù)
a. Drain-source on resistance,R_Ds(on)（導(dǎo)通阻抗）
一般datasheet會(huì)給兩個(gè)值或三個(gè)值，選取平均值即可，經(jīng)過測試，影該不大
b. Drain current,Ids, for R_DS(on):（漏極電流）
需注意，此漏極電流是對(duì)于R_DS(on):而言，因此參照上一個(gè)截圖，應(yīng)該是10A（該參數(shù)對(duì)結(jié)果影響較大）
只看datasheet，并不能得到最佳匹配結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致誤差變大。
c. Gate-source voltage, Vgs, for R_DS(on):（柵源電壓）
同理，該參數(shù)也是對(duì)于R_DS(on):而言，因此參照上一個(gè)截圖，應(yīng)該是10V（該參數(shù)對(duì)結(jié)果影響較大）
d. Gate-source threshold voltage,Vth:（柵源門檻電壓）
經(jīng)過驗(yàn)證，此數(shù)據(jù)是最小電壓貌似更為準(zhǔn)確。但是只對(duì)仙童FDP20N50F這個(gè)器件而言，目前不具有一般性。
e. Channel modulation, L:（通道調(diào)制）
VI給的是0，官網(wǎng)給的典型值是0.02。（該參數(shù)將會(huì)影響Id-Vds在Vds較大的時(shí)候的趨勢）
溝道長度調(diào)制效應(yīng)是指MOS晶體管中，柵下溝道預(yù)夾斷后、若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)會(huì)略向源極方向移動(dòng)。導(dǎo)致夾斷點(diǎn)到源極之間的溝道長度略有減小，有效溝道電阻也就略有減小，從而使更多電子自源極漂移到夾斷點(diǎn)，導(dǎo)致在耗盡區(qū)漂移電子增多，使Id增大的效應(yīng)。
以在加?xùn)艍?/span>Vgs且形成導(dǎo)電溝道的情況下的NMOSFET為例。若漏源電壓Vds增大至不可忽略，溝道電壓降增大直至Vgd=VT時(shí)，由于柵漏之間電壓差降低，漏端附近反型層消失，稱為溝道夾斷。若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)將向源端移動(dòng)，故"看起來"，有效溝道長度減小，稱為溝道調(diào)制效應(yīng)。
f. Measurement temperature:（通道調(diào)制）
25℃。這個(gè)沒問題
g. Source ohmic resistance:（源極阻抗）
VI用的0.08，help默認(rèn)是0.025，datasheet沒有給，貌似他這個(gè)更準(zhǔn)確…
h. Drain ohmic resistance:（源極阻抗）
VI用的0.08，help默認(rèn)是0.025，datasheet沒有給，貌似他這個(gè)更準(zhǔn)確…
2. MOS/IGBT電容參數(shù)
a. Input capacitance, Ciss:（輸入電容）
參照datasheet即可（較小的）
b. Reverse transfer capacitance, Crss:（反向傳輸電容）
參照datasheet即可（較小的）
c. Output capacitance, Coss:（輸出電容）
參照datasheet即可（較小的）
3. MOS/IGBT體二極管參數(shù)
a. Built-in voltage:（建立電壓）
參照datasheet即可（影響不大）
b. Transit time:（暫態(tài)時(shí)間）
參照datasheet即可（影響不大）
其余參數(shù)直接默認(rèn)即可。
4.器件級(jí)仿真測試
在這里我們選擇Simscape自帶的測試模型，輸入我們前面設(shè)置的參數(shù)即可，
可以在command命令輸入：
>>ee_mosfet
上圖就是Simscape自帶的器件測試平臺(tái)。
(datasheet)
仿真結(jié)果：
（Simscape中的moseft模型）
仿真結(jié)果可以看到，當(dāng)vgs>6V時(shí)，波形和datasheet較為吻合，根據(jù)datasheet，用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)管時(shí)，GS電壓一般取15V左右。
此外，在這里再分享另一種建模的仿真結(jié)果，該方法是將SPICE模型轉(zhuǎn)化Simscape的庫，但是仿真速度會(huì)比較慢，同時(shí)需要略懂一些SPICE語言，仿真結(jié)果如下：
仿真結(jié)果幾乎和datasheet完全一致，如果大家感興趣，下次寫的時(shí)候再分享給大家。
