选择模块来建模半导体器件
Simscape™ Electrical™ 包含多个模块，可用于建模同类型的半导体器件。例如，MOSFET (Ideal, Switching) 和 N-Channel MOSFET 模块均建模了 n 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)。您必须选择一个具有足够建模细节的模块，以满足您需要回答的工程设计问题。同样重要的是，不要使用超过所需的细节，因为更高保真度的模型会减慢仿真速度，且参数化过程更为复杂。因此，应选用何种右侧模块取决于您为实现设计目标所需满足的复杂度水平。要选择具有正确复杂度级别的模块，您需要：
确定您所需的保真度级别。
选择正确的模块来以该保真度级别对您的半导体器件进行建模。
对该模块进行参数化。
注意
本指南重点介绍用于建模单个半导体器件的模块。若需构建电力电子变换器的模型，使用预先构建的变换器模块通常比从基本组件开始构建模型更为简便高效。有关详细信息，请参阅选择模块来建模电力电子变换器。
确定保真度级别
您可在能够建模相同类型半导体器件的模块中进行选择，但这些模块实现的数学模型具有不同复杂度。
一级模型 - 理想开关器件模型，不含热模型
二级模型 - 理想开关器件模型，包含表格化的开关损耗及热模型
三级模型 - 基于物理的电热模型
建模复杂性的增加限制了您能够实际探索或优化的设计空间。要为模型开发恰当的复杂度，您需要根据设计流程所处的阶段采用不同的保真度级别。本表列出了常见的设计目标及其在三个保真度级别下典型的对应建模假设。使用此表确定所需的保真度级别。
保真度级别 | 目标 | 建模假设 |
|---|---|---|
| 一级 |
|
|
| 二级 |
|
|
| 三级 |
|
|
为模型选择合适的模块
此表展示了可在不同保真度级别中用于表示各类半导体器件的模块。使用此表格选择适合建模您半导体器件的正确模块。
设备类型 | 模块 | ||
|---|---|---|---|
| 一级 | 二级 | 三级 | |
| 二极管 |
|
|
|
| 双极晶体管 | 不支持 | 不支持 | |
| MOSFET |
|
| |
| IGBT |
|
| |
| 晶闸管 |
|
| |
| GTO |
|
| 不支持 |
| JFET | 不支持 | 不支持 | |
| 复合电路 | 不支持 | 不支持 | |
注意
当您为 Diode 模块使用一级参数设置时，此模块的功能等同于 Simscape Foundation Library 中的 Diode 模块。
您可以使用 Gate Driver 或 Half-Bridge Driver 模块驱动半导体模块，以实现任意保真度的控制。某些采用一级和二级模型的模块（如 MOSFET (Ideal, Switching) 模块）可使用物理信号端口作为栅极端子，从而无需构建栅极驱动的电气模型。使用电口连接栅极端子，通过更换建模半导体器件的此模块即可轻松调整保真度级别，而无需更换栅极驱动。
Semiconductor Switch Selector 模块将用于建模 MOSFET、IGBT、晶闸管和 GTO 的不同库模块整合到单一顶级模块掩模之下。您可以在设计的不同阶段使用此模块调整保真度级别，而无需替换模块或重新输入已指定的参数值。
对模块进行参数化
选择正确的模块后，必须对其进行参数化。半导体器件的参数化可能具有挑战性，这取决于制造商提供的信息。数据表是获取一级和二级充电模型信息的良好来源，但无法提供三级充电模型所需的完整充电信息。例如，对于 MOSFET 而言，需要根据栅源电压和漏源电压绘制栅源电荷的表格，但数据手册通常仅提供栅源电压对应的栅源电荷值。
您可以使用模块参数化管理器，为一级或二级模型预先参数化某些模块。这些参数值代表特定供应商的组件，并与制造商数据手册相匹配。有关预参数化零件的使用方法、支持此功能的模块、可建模的制造组件以及其他参数化选项的详细信息，请参阅List of Pre-Parameterized Components。
某些制造商提供 XML 文件，其中存储的数据可用于对二级模型进行参数化设置。您可以使用 ee_importDeviceParameters 函数将这些文件导入 Simscape。您还可以使用 generateSemiconductorSwitchROM 函数将三级模型转换为等效的二级模型，该模型更易于解释且运行速度更快。
SPICE 子电路通常提供三级模型。您可以使用 generateSemiconductorSubcircuitROM 函数将 SPICE 子电路转换为等效的二级模型，该模型更易于理解且运行速度更快。
若您希望在 Simscape Electrical 中仿真 SPICE 子电路，同时保留三级模型，请选择以下选项之一：
使用
ee.spice.semiconductorSubcircuit2lookup函数将子电路映射到基于表格的 I-V 和电荷参数化。该方法在数值上更可靠，通常是更优的选择。使用
subcircuit2ssc函数将子电路转换为等效的 Simscape 组件，或使用 SPICE-Imported MOSFET 模块来建模该模块支持的器件。该方法可能导致数值仿真问题，因为原始网表通常针对特定的 SPICE 仿真引擎进行了优化。
在第三级对半导体进行建模的另一种选项是，通过 SIMetrix 和 Simscape 中的 SIMetrix Cosimulation Interface 模块执行协同仿真。您可以在 SIMetrix 中对高保真度半导体进行建模，从而无需在 Simscape 中对半导体进行参数化处理。此选项适用于包含多个电阻、电感、电容及晶体管器件的 SPICE 网表。您可以使用 Simulink 和 Simscape 构建系统级模型，该模型采用理想开关特性来建模半导体器件。然后，为验证模型，您可以使用在 SIMetrix 中开发的电子元件详细设计进行协同仿真。您还可以使用协同仿真，将 SIMetrix 中开发的电路与真实负载（例如 Simscape Electrical 中的电机）进行测试。
另请参阅
generateSemiconductorSwitchROM | ee_importDeviceParameters | generateSemiconductorSubcircuitROM | ee.spice.semiconductorSubcircuit2lookup
