介绍用于MBD（Model Based Development）的车载功率半导体的热量和噪声仿真技术——Accu-ROM™

图1左侧将汽车EPS（电动助力转向）系统分为多个模块。每个模块由数学表达式或表格（表格模型）定义并连接。
转动方向盘时，扭矩信号传送到红框所示扭矩助力模块，计算出所需电机转速，电机开始运转。如图1右侧所示，我们用3相逆变器模型（电路模型）替换实际电路配置中的扭矩助力模块，所用MOSFET也取代为详细SPICE模型。

使用这两个模型的仿真结果如图2所示。图中上下部分所示分别为表格模型和电路模型的仿真结果。
总体来说，两个模型的行为表现相同，但逆变器输出电流（电机电流）显示，电路模型含有逆变器开关动作叠加的纹波分量。模型经过这样细化之后，不仅可以确认功能和性能等规格参数，而且可以更详细地检查实际工作状态。

采用电路模型进行详细验证时，可在仿真中验证系统热量可行性，并观察EMI噪声等参数。图3为汽车右转的示例。
这个设置用于顺时针转动方向盘3秒钟，然后回位3秒钟。观察电机转速，我们可以看到电机前三秒正转，后三秒反转。
此时，MOSFET结温随着工作状态持续上升，可以看到大量EMI噪声发射。
这种情况可根据MOSFET两端的电流和电压计算产生的热量，并将其用作与电路模型连接的外围热量电路模型的热源。同样，在电路模型中增加 LISN (线路阻抗稳定网络) 电路 (CISPR 25规定) 也可以计算EMI 噪声发射。
这样，通过在详细MOSFET电路模型中增加必要的电路可以计算热量和EMI噪声发射，这种电路模型的必要性是显而易见的。
但是，由此带来的问题是计算时间。同样的工作状态，用表格模型验证时 (虽然不能验证热量和噪声)，仅用3小时，而采用电路模型验证，则需要32小时51分钟。

每个模块的响应时间不同。例如，图4所示EPS系统的机械部件，如减速齿轮和中间轴，响应时间以毫秒为单位，而由于MOSFET的开关动作，扭矩助力逆变器的响应时间以纳秒为单位。因此，如果与逆变器工作相匹配进行增量计算，机械装置将重复相同的计算，开关时间除外。

第一步减少机械设备模型阶数。如上所述，MOSFET和机械设备的响应时间存在很大差异。因此，如果只想了解整个机械装置的行为，不需要显示MOSFET的详细操作，知道时间步长和开关状态就足够了。因此，MOSFET模型可以简化为只包含开关通断动作的开关模型，通过粗化时间步长来计算。
由于逆变器的开关频率为6.5kHz（每周期153.85微秒），因此计算步长设置为1/10，即15微秒。通过这种方式，可以提取整个机械设备的特性。然后，删除整个机械装置模型，将扭矩源连接到电机，接入先前提取的整个机械设备所需的扭矩波动特性。机械装置反馈到控制模型的信号含有生成整个机械装置所需扭矩的指令值。这样，可以建立一个模型显示整个机械设备的特性。

接下来减少MOSFET模型阶数。为了观察MOSFET的行为，时间步长需要更精细，但如果连接到电机的施加扭矩相同，则无论机械装置组件如何，显示的行为是一样的。因此，将扭矩源连接到电机，MOSFET设置为SPICE模型，计算增量也设置为与开关特性相匹配的精细值。使用这个电路，转矩量在电机规定范围内变化，并提前获得相应负载扭矩值的开关损耗量和噪声量。负载扭矩和损耗之间的关系制成表格创建VHDL-AMS模型，用以取代SPICE模型。

用步骤1和步骤2创建的降阶模型替换模型，设置精细时间步长之后完成特征验证。 根据运行场景，为系统整个机械设备的运行加载所需扭矩值，每次参照VHDL-AMS模型进行检查，由于省略了SPICE模型计算，因此可以快速获得开关损耗量。

采用这种Accu-ROM™技术，几乎可以重现模型降阶前MOSFET温度变化的结果，用3小时27分钟即可完成计算。