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안녕하세요, 제 이름은 무나더 아메드이며 저는 플렉심의 애플리케이션 엔지니어입니다. 플렉스에서의 열 모델링에 대한 이 튜토리얼 비디오에 오신 것을 환영합니다. 플렉스는 열 손실 및 전력 전자 시스템의 관련 열 측면을 모델링할 수 있도록 하여 엔지니어가 효율성, 부품 온도 및 온도 주기 파형을 추정하고 볼 수 있도록 합니다.
플렉스에서는 이상적인 스위치가 전력 반도체를 나타내는 데 사용됩니다. 이들은 온 상태 또는 오프 상태 중 하나입니다. 스위치를 토글하는 것은 단 두 번의 시뮬레이션 단계만 필요한 순간적인 이벤트입니다. 스위칭 이벤트 바로 전과 바로 후입니다. 이는 복잡한 회로의 시뮬레이션을 매우 빠르게 만듭니다, 특히 회로에 많은 전력 반도체가 존재할 경우 더욱 그렇습니다. 그러나 순간적인 스위치를 사용할 때는 턴온 및 턴오프 중의 과도 파형에 대한 정보가 없습니다. 따라서 전압과 전류를 곱하여 스위칭 손실을 계산할 수 없습니다.
이 비디오에서는 이상적인 스위치 개념과 함께 플렉스에서 스위칭 및 전도 손실이 어떻게 모델링되는지 논의할 것입니다. 또한, 열 도메인을 사용하여 장치의 열 구조와 냉각 시스템을 모델링하고 관련 온도를 추정할 수 있습니다.
플렉스는 손실을 계산하기 위해 룩업 테이블 방식을 사용합니다. 모든 플렉스 반도체 장치에는 사용자가 지정할 수 있는 열 설명 매개변수가 있습니다. 룩업 테이블에 사용되는 데이터는 데이터 시트에서 찾거나 실험실 측정으로 얻을 수 있습니다.
벅 컨버터의 간단한 표현으로 시작하겠습니다. 이 회로에서 인덕터는 이상적인 전류원으로 모델링됩니다. IGBT는 이상적인 전압원에서 이 인덕터를 통해 전류를 게이팅하는 데 사용됩니다. 시뮬레이션을 실행하면 5V 전압 및 5암페어 전류 파형이 완전히 이상적임을 알 수 있습니다. 순간적인 스위칭으로 인해 전압과 전류의 중첩이 없습니다. 따라서 전압과 전류를 곱하여 스위칭 손실을 얻을 수 없습니다. 또한, 장치가 전도 중일 때 전압 강하가 없습니다. 따라서 전도 손실도 0입니다.
이제 플렉스에서 열 도메인을 소개할 것입니다. 회로에서 IGBT를 두 번 클릭하면 열 설명 매개변수를 볼 수 있습니다. 새로운 열 설명을 지정하려면 드롭다운 메뉴에서 이 옵션을 선택하십시오. 그러면 여러 탭이 있는 창을 사용하여 열 편집기가 열립니다. 열 편집기는 스위칭 손실, 전도 손실 및 부품의 열 등가 회로 편집을 용이하게 합니다. 텍스트 항목인 제조업체, 부품 번호 및 주석은 문서화 목적으로만 사용됩니다. 유형 선택기는 열 설명 메뉴 항목의 필터 역할을 합니다. 이는 반도체 유형으로 설정되어야 합니다. 이는 턴온 및 턴오프 손실에 대해 처음 두 탭에서 스위칭 손실이 3D 룩업 테이블로 정의될 때 사용하도록 의도되었습니다.
각 스위칭 이벤트의 에너지는 차단 전압, 장치 전류 및 장치 온도에 따라 달라집니다. 온도, 전압 및 전류에 대한 새로운 데이터 포인트는 편집 메뉴 또는 테이블에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 컨텍스트 메뉴를 통해 추가 및 제거됩니다. 세미콜론이나 공백으로 구분하면 여러 값을 추가할 수 있습니다. 사용자는 오른쪽 상단의 에너지 스케일 드롭다운 상자를 사용하여 손실 단위를 지정할 수 있습니다.
이제 25°에 대한 손실 표면을 만들기 위해 몇 가지 데이터 포인트를 추가해 보겠습니다. 열 편집기 테이블 내에서 그리고 Microsoft Excel과 같은 다른 프로그램으로 또는 다른 프로그램에서 열 데이터를 복사하여 붙여넣을 수도 있습니다. 이는 컨텍스트 메뉴를 사용하거나 특정 운영 체제에 대한 복사 및 붙여넣기 키보드 단축키를 눌러 수행할 수 있습니다.
예를 들어 턴온 손실에 대한 손실 정보를 턴오프 테이블로 복사해 보겠습니다. 먼저 전압 및 전류 값을 설정하고 손실에 대한 적절한 단위를 선택해야 합니다.
이제 2D 룩업 테이블을 통해 전도 손실이 정의되는 다음 탭으로 이동해 보겠습니다. 전도 손실은 장치 전류와 장치 전압의 곱으로 플렉스에 의해 간단한 방식으로 계산됩니다. 전도 손실 테이블을 사용하면 장치 전류 및 장치 온도의 함수로 손실 계산에 사용되는 온 상태 전압을 지정할 수 있습니다. 여기에서 항목을 추가하고 제거하는 것은 스위칭 손실과 동일한 방식으로 수행됩니다.
접합부에서 케이스까지의 열 인터페이스는 열 저항 및 커패시터를 사용하여 집중 방식으로 표현될 수 있습니다. 이들은 열 임피던스 탭에서 정의될 수 있습니다. 이 탭에 대한 더 자세한 설명은 열 모델링에 대한 두 번째 비디오에서 제공됩니다.
확인 버튼을 누르면 손실 설명을 XML 파일로 저장할 수 있습니다. 간단하게, 파일을 바탕 화면에 저장하겠습니다. 이제 바탕 화면을 열 설명 검색 경로에 추가해야 합니다. 열 라이브러리의 검색 경로는 플렉스 환경 설정 창의 열 탭에서 지정됩니다. 블록 매개변수 창에서 단순화된 IGBT에 대한 열 설명을 선택할 수 있습니다.
회로도로 돌아와서, 이제 열 회로를 모델링하기 위해 열 라이브러리의 구성 요소를 통합할 것입니다. 열 도메인 라이브러리의 핵심 블록은 본질적으로 동일한 온도의 표면인 이상적인 방열판입니다. 방열판은 그 경계 내의 구성 요소에 의해 소산되는 열 손실을 흡수합니다. 동시에, 그것은 자신이 둘러싸고 있는 구성 요소에 온도를 전달합니다.
IGBT의 손실과 온도를 모니터링할 수 있도록 방열판을 그 위에 놓을 것입니다. 각 방열판은 고유한 열 용량을 가지고 있습니다. 방열판에 흡수된 모든 열 손실은 이 용량으로 흘러 들어가므로 방열판 온도를 높입니다. 환경과의 열 교환은 외부 커넥터를 통해 발생합니다. 한 방열판에서 다른 방열판으로 또는 주변 온도로의 열 전도는 방열판에 연결된 집중 저항 및 용량으로 모델링될 수 있습니다.
이 접근 방식은 열 모델의 세부 수준을 제어할 수 있도록 합니다. 이 예시에서는 고정 온도 소스를 사용하여 환경을 모델링할 것입니다. 우리는 와트당 1켈빈의 열 저항을 선택할 것입니다. 또한 방열판의 열 용량을 켈빈당 5m로 설정하고 초기 온도를 25°의 주변 환경 온도와 일치시키겠습니다.
이제 열 회로를 정의했으므로 장치의 온도와 방열판에서 주변으로 흐르는 전력을 모니터링할 것입니다. 시스템 구성 요소 라이브러리에서 플렉스 프로브 구성 요소를 가져올 것입니다. 플렉스 프로브는 구성 요소와 관련된 다양한 신호를 모니터링할 수 있도록 합니다. 대부분의 플렉스 구성 요소는 현재 상태뿐만 아니라 입력 또는 출력 신호를 설명하는 하나 이상의 프로브 신호를 제공합니다. 예를 들어, IGBT의 프로브 신호는 장치의 전압, 전류, 게이트 신호 및 전도 상태뿐만 아니라 접합부 온도 및 손실입니다.
프로브 아이콘을 두 번 클릭하면 편집기 창이 열립니다. 여기에서 IGBT를 중앙의 상자로 끌어다 놓을 수 있습니다. 왼쪽 목록은 프로그래밍을 위해 선택한 구성 요소를 보여줍니다. 구성 요소는 회로 내에서의 유형, 이름 및 경로로 식별됩니다. 오른쪽 목록은 선택한 구성 요소에 사용할 수 있는 프로브 신호를 보여줍니다. 개별 신호를 활성화하거나 비활성화하려면 신호 이름 옆의 확인란을 사용하십시오.
이제 구성 요소 목록에 방열판을 추가할 것입니다. 이를 수행하는 또 다른 방법은 관심 장치를 회로도의 프로브 블록으로 직접 끌어다 놓는 것입니다. 이렇게 하면 구성 요소가 목록의 맨 아래에 추가됩니다. 위, 아래 및 제거 버튼을 사용하여 목록의 구성 요소를 재정렬하고 삭제할 수 있습니다.
방열판 온도를 측정할 것입니다. IGBT 전도 상태와 방열판 온도 신호를 분리하고 두 개의 별도 플롯 창에 플롯하기 위해 신호 역다중화기 구성 요소를 사용할 것입니다. 또한 열 회로에 열 유량계를 연결하고 이 측정을 스코프로 보내겠습니다.
새로운 시뮬레이션을 실행하고 오른쪽 상단의 스코프를 보면, 전도 구간과 스위칭 순간에 온도와 소산 전력이 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 장치가 꺼져 있는 동안에는 어떠한 손실도 발생하지 않습니다. 이 구간 동안 장치는 냉각됩니다.
이것으로 플렉스에서의 열 모델링 소개를 마칩니다. 지금까지 열 손실 설명의 기본 사용법과 열 라이브러리의 일부 개별 구성 요소를 보여드렸습니다. 더 완전한 분석을 포함하는 열 시뮬레이션 시연이 담긴 두 번째 비디오가 이어집니다.