在為惡劣的汽車環境設計和部署高階解決方案時，設計人員需要使用者友好、快速且硬體密集度較低的互動式模擬**工具。 採用分布式智慧型可以釋放系統效能，但它需要系統彈性和實時反饋能力。
在汽車行業，設計人員需要解決、減少和預防可能導致發動機控制模組 （ECM） 或其他電子控制單元 （ECU） 等關鍵部件損壞的嚴重問題。 這些系統故障可能導致事故或其他安全隱患。
為了應對這些危害，汽車製造商採用了各種保護措施，例如保險絲、斷路器和過壓保護裝置，以及防止關鍵部件過熱的熱管理技術。
精確的模擬工具有助於在潛在問題發生之前識別它們，使工程師能夠對設計進行必要的修改或調整，從而從一開始就防止它們發生。
此外，模擬還可用於優化電氣系統的設計，以處理可能遇到的最大電流和電壓，使汽車系統更安全、更可靠。
全面的模擬能力至關重要
在下一代汽車的開發中，工程師在配電方面面臨許多挑戰，需要分布式智慧型方法來同時解決幾個關鍵因素：
車輛韌性。 能效。
可持續性。 對事故、惡劣天氣、裝置故障等不可預見情況的適應能力對於車輛的恢復能力至關重要。 能源效率在降低功耗、碳排放和維護成本方面發揮著關鍵作用，同時有助於提高車輛效能和可靠性。 可持續性是減少車輛對環境影響和促進低碳的關鍵因素。
為了實現這些目標，工程師必須使用經過全面模擬驗證的創新解決方案和概念來開發先進的汽車系統，以滿足行業需求，並提供更安全、更可靠、更可持續和更愉快的駕駛體驗。 配電系統中使用的智慧型電源開關是複雜的電子元件，需要進行電熱模擬實驗，以確保最佳效能。
電氣模擬實驗對於分析電源開關的電氣行為是必不可少的，包括處理開關高壓電流的能力、響應時間以及檢測和隔離故障的能力。 另一方面，分析開關在執行過程中產生的熱量需要熱模擬實驗，因為熱量會影響開關的效能和可靠性。 通過進行電熱模擬實驗，工程師可以優化智慧型開關的設計，以確保其滿足設計的效能要求，同時保持安全的工作溫度。 模擬驗證方法可以提高配電系統的能效、可靠性和安全性，同時確保系統實現合理有效的保護機制和診斷功能。
1.了解產品為確保最佳選擇，必須在使用者友好、可定製的互動式環境中進行模擬，以便您可以快速了解智慧型開關的行為。 第一步是確定哪些產品符合電氣要求。
意法半導體的電熱模擬器Twistersim是實現此目的的理想工具，專為選擇VIProPOWER產品而設計，包括智慧型高邊和低邊驅動器，以及用於電機控制的全橋拓撲結構。 模擬工具可準確從列表中選擇候選器件，並提供基本產品資訊。 因此，設計人員可以快速輕鬆地評估不同智慧型開關的效能，並為特定應用選擇最合適的開關，如圖 1 所示。
圖 1：Vipower 智慧型驅動器預選。
基於電源電壓、器件拓撲結構、通道數、負載型別和特性、電源型別、環境溫度和 PCB 功耗面積等各種輸入資料，該模擬器可以提供有關估計最大結溫 （TJMAX） 的寶貴資訊，以便快速有效地進行產品預選。
此資訊對於為每個通道選擇合適的導通電阻 （RON） 以及確保執行中的熱預算滿足器件的絕對最大額定值至關重要。
2.深入了解效能為了研究驅動器的電熱行為，模擬器生成了乙個原理圖電路，其中包含分別連線到電池和負載的預選器件以及輸入和輸出電路（圖 2）。
圖 2：Vipower 驅動器模擬實驗的電路圖。
其中：vbatt 是電池電壓;
VIN是微控制器的輸入電壓;
Rline In 和 Rline Out 是驅動器輸入和輸出端的導線寄生電阻器。
在開始模擬之前，您需要執行定義步驟來自定義專案引數。 在此階段，設計人員確定電路圖中元件的引數值和模擬設定。
電路圖中元件的引數值對於確定電路的行為至關重要，必須仔細調整尺寸以確保電路符合效能規格。
模擬設定定義了設計人員希望通過模擬實驗再現和分析的工作條件，例如，設計人員可能希望檢查電路中的電壓和電流波形、確定功耗或評估電路的熱行為。
通過自定義專案引數和設定模擬變數，設計人員可以確保模擬結果準確反映電路的行為，並提供優化設計所需的資訊（圖 3）。
圖 3：模擬定義過程。
使用 Twistersim 進行模擬實驗的一大好處是可以在模擬過程中實時顯示結果。 此功能允許設計人員在模擬過程中監控電路的行為，並快速識別問題或需要改進的領域。
模擬結果的實時展示可以幫助設計人員提高設計優化的效率和效果，例如，當模擬結果顯示電路消耗過多電流或溫度上公升過快時，設計人員可以快速調整電路引數，並立即看到引數變化對模擬結果的影響。
此功能可以節省時間和資源，因為設計人員不必等到模擬結束才能快速識別和解決問題。 TwistersIM的模擬結果實時顯示可以提高設計優化的效率和有效性，從而提高配電系統的能源效率、可靠性和安全性。
3.根據您的需求定製模擬結果
圖 4：根據資料視覺化定製曲線和圖表。
工程師可以修改模擬引數、資料和視覺化，以滿足他們的特定需求，做出明智的決策，並獲得最佳結果。 模擬器提供了多種用於分析和優化VIPopower電路的工具，如熱圖、電流-電壓波形和功耗分析，如圖4所示。
設計人員可以使用 Twistersim 來設計和開發具有有效診斷和保護功能的高效且有彈性的驅動器，方法是優化其設計的效能和可靠性，降低因熱應力或電應力引起的故障風險，並整合錯誤再現和極限引數記錄。 此外，這種設計方法可以減小線束尺寸和重量，從而減少車輛的碳足跡。
關鍵場景在惡劣的汽車生態系統中，尤其是反覆短路事件可能導致熱關斷 （TSD） 的情況下，考慮實施熱保護機制至關重要。
在這種情況下，驅動程式會嘗試使用功率限制保護（最大電流和熱滯後週期）重新啟動系統，並保持 TSD 模式，直到過熱問題得到解決。
TwistersIM也具有這種特定的控制功能，以高邊驅動器VND9012AJ（採用ViPower M0-9技術開發的智慧型電源開關）為例，TwistersIM可以準確地再現開關的執行情況，然後將模擬結果與實驗資料進行比較，如圖5所示。
圖5：VND9012AJ模擬結果與重複短路事件情況下的實驗資料的比較。
式中：iout為驅動器的輸出電流;
DT是模擬結果與測量資料中TSD事件之間的時間差。
模擬結果表明，TwistersSIM是一種高效的工具，可以準確模擬熱保護機制的限流和熱關斷（TSD）觸發條件。
輸出電流值的模擬資料誤差小於2%，而TSD發生時間誤差約為08ms。這證明 Twistersim 在實際條件下具有很高的系統行為正確率。
結論
隨著下一代汽車的出現，工程師面臨著開發先進解決方案的挑戰，而部署分布式智慧型可以在系統中釋放強大的效能。 為了實現這一目標，新設計必須優先考慮能源效率和彈性，而全面的模擬工具對於確保準確性和有效性至關重要。
通過充分利用 TwistersIM 的功能，開發人員可以優化新的 Vipower 驅動器設計，以實現最高的效能和可靠性，同時最大限度地降低熱應力或電應力引起的故障風險，為綠色和低碳可持續發展鋪平道路。
意法半導體（STMicroelectronics）
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