ROHM stellt webbasiertes Leistungselektronik-Simulationstool vor

Simulationen spielen in der Leistungselektronik eine immer wichtigere Rolle, um Entwicklungszeiten zu verkürzen und die Kosten für Hardware-Prototypen zu reduzieren. ROHM hat mit dem ROHM PLECS Simulator eine webbasierte Simulationsumgebung vorgestellt, die eine schnelle Bewertung von Leistungsverlusten und thermischem Verhalten in leistungselektronischen Schaltungen unter Verwendung der Halbleiterbauelemente des Unternehmens ermöglicht.

Das Tool richtet sich an Entwickler von Energieumwandlungssystemen in Industrie-, Automobil-, Energie- und Antriebstechnik-Anwendungen. Durch den Fokus auf schnelle Verlust- und Thermikanalysen in frühen Entwicklungsphasen ergänzt die Lösung detaillierte Verifikationswerkzeuge, die typischerweise in späteren Designstadien eingesetzt werden.

Schnelle Verlust- und Thermikverifikation in frühen Entwicklungsphasen
Simulationen sind zu einem festen Bestandteil der Entwicklung von Leistungselektronik geworden, insbesondere bei der Bewertung von Wandler-Topologien, Leistungshalbleitern und Wärmemanagementkonzepten vor dem Aufbau physischer Prototypen. Detaillierte Schaltungssimulatoren können zwar Schaltverläufe und Transienten mit hoher Genauigkeit abbilden, erfordern jedoch häufig längere Simulationszeiten und aufwendigere Modellvorbereitungen.

ROHM entwickelte den neuen Simulator, um eine andere Anforderung abzudecken: die schnelle Analyse von Leistungsverlusten und Temperaturanstiegen. Basierend auf der von Plexim entwickelten Simulationsplattform PLECS ermöglicht das Werkzeug die Auswahl vordefinierter Schaltungstopologien und die Bewertung der Bauelementleistung durch Online-Simulationen, die innerhalb von Sekunden oder wenigen Minuten abgeschlossen werden können.

Dieser Ansatz ist besonders bei der Bauteilauswahl hilfreich, wenn Entwickler verschiedene Leistungshalbleiter vergleichen müssen, bevor sie sich auf ein detailliertes Schaltungsdesign festlegen.

Online-Auswahl von Leistungshalbleitern mit vordefinierten Topologien
Der ROHM PLECS Simulator wird über eine Weboberfläche auf der Unternehmenswebsite bereitgestellt. Anwender können eine Leistungselektronik-Topologie auswählen und anschließend verschiedene Leistungshalbleiter von ROHM innerhalb dieser Schaltung bewerten.

Zum Start umfasst die Plattform 20 verschiedene Schaltungstopologien für gängige Energieumwandlungsanwendungen. Dazu gehören unter anderem Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungen (PFC), ein- und dreiphasige Wechselrichter, Motorantriebsarchitekturen sowie AC-DC-Wandlersysteme. ROHM plant, das Angebot künftig um weitere Gerätemodelle und Topologien zu erweitern, darunter Siliziumkarbid-(SiC)-Bauelemente, IGBTs und Leistungsmodule.

Dadurch können Entwickler verschiedene Halbleiterlösungen hinsichtlich Verlustleistung und Sperrschichttemperatur vergleichen, bevor eine detaillierte Hardwarevalidierung erfolgt.

Ergänzung bestehender Verifikations-Workflows
Mit der Einführung erweitert ROHM sein Simulationsökosystem, das 2020 mit dem ROHM Solution Simulator begann. Diese Plattform konzentriert sich auf hochpräzise Schaltungsanalysen auf Basis von SPICE-Modellen, die Schaltverhalten und Bauelementeigenschaften mit hoher Übereinstimmung zur realen Hardware abbilden können.

Der neue Simulator ist für die frühe Designbewertung vorgesehen, während der ROHM Solution Simulator weiterhin für detaillierte Verifikationsaufgaben genutzt wird. Entwickler können dadurch einen zweistufigen Workflow einsetzen: Zunächst erfolgt die Auswahl geeigneter Bauelemente anhand schneller Verlust- und Thermikberechnungen, anschließend die detaillierte Wellenformanalyse und Schaltungsoptimierung mit hochpräzisen Simulationsmodellen.

Diese Methodik unterstützt eine effizientere digitale Lieferkette in der Elektronikentwicklung, da die Anzahl erforderlicher Hardware-Prototypen während des Entwicklungsprozesses reduziert werden kann.

Thermische Modellierung und Wirkungsgradanalyse
PLECS wird in der Leistungselektronik häufig eingesetzt, da die Technologie die Simulation schaltender Systeme vereinfacht und gleichzeitig präzise Verlust- und Thermikberechnungen ermöglicht. Anstatt rechenintensive Halbleiter-Schaltmodelle zu verwenden, arbeitet PLECS mit idealisierten Schaltermodellen in Kombination mit bauteilspezifischen Verlustdaten, um Schaltverluste, Leitungsverluste und Sperrschichttemperaturen zu berechnen.

Dadurch können Entwickler die thermische Leistung bereits in frühen Entwicklungsphasen bewerten und feststellen, ob ein ausgewähltes Bauelement die Anforderungen hinsichtlich Wirkungsgrad und Kühlung erfüllt. Der Simulator kann zudem bei der Dimensionierung von Kühlkörpern und der Auswahl geeigneter Bauteilklassen unterstützen, bevor die detaillierte Schaltungsoptimierung beginnt.

Kostenfreier Zugang und Entwicklungsressourcen
Der Simulator steht nach einer Registrierung auf der ROHM-Website kostenlos zur Verfügung. Zusätzlich zur Simulationsumgebung bietet ROHM begleitende Dokumentationen an, darunter Benutzerhandbücher und Application Notes zur Schaltungsfunktion und Simulationsmethodik.

Die Bereitstellung sowohl schneller Analysewerkzeuge als auch hochpräziser Simulationsplattformen verdeutlicht die zunehmende Bedeutung virtueller Entwicklungsprozesse in der Leistungselektronik, bei denen Wärmemanagement, Wirkungsgradoptimierung und Bauteilauswahl häufig bereits vor der Verfügbarkeit physischer Hardware durchgeführt werden.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die in der ursprünglichen Pressemitteilung nicht enthalten waren.

Der ROHM PLECS Simulator tritt in einen Markt ein, in dem bereits Simulationsumgebungen von Plexim, Infineon Technologies, STMicroelectronics, Wolfspeed und weiteren Herstellern von Leistungshalbleitern verfügbar sind. Diese Plattformen stellen thermische und verlustbezogene Modelle für die Bewertung von Leistungshalbleitern bereit. Ein zentrales Vergleichskriterium in diesem Marktsegment ist das Verhältnis zwischen Simulationsgeschwindigkeit und Genauigkeit der Wellenformdarstellung. Hochauflösende SPICE-basierte Werkzeuge liefern detaillierte Transientenanalysen, benötigen jedoch häufig deutlich längere Simulationszeiten, während PLECS-basierte Umgebungen auf schnelle thermische und systemweite Wirkungsgradanalysen ausgelegt sind.

Der ROHM PLECS Simulator führt Verlust- und Thermikanalysen innerhalb von Sekunden bis wenigen Minuten durch, während der ROHM Solution Simulator auf detaillierte Verifikationsaufgaben fokussiert ist und je nach Schaltungskomplexität deutlich längere Berechnungszeiten erfordern kann. Zu den wesentlichen Unterscheidungsmerkmalen gehören die webbasierte Bereitstellung, die Unterstützung von rund 20 vordefinierten Leistungselektronik-Topologien zum Marktstart sowie die Integration von Modellen für Silizium-, SiC-, IGBT- und Leistungsmodulprodukte innerhalb des wachsenden ROHM-Portfolios.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

www.rohm.com