在为恶劣的汽车环境设计和部署高级解决方案时，设计人员需要用户友好、快速且硬件密集度较低的交互式仿真**工具。 采用分布式智能可以释放系统性能，但它需要系统弹性和实时反馈能力。
在汽车行业，设计人员需要解决、减少和预防可能导致发动机控制模块 （ECM） 或其他电子控制单元 （ECU） 等关键部件损坏的严重问题。 这些系统故障可能导致事故或其他安全隐患。
为了应对这些危害，汽车制造商采用了各种保护措施，例如保险丝、断路器和过压保护装置，以及防止关键部件过热的热管理技术。
精确的仿真工具有助于在潜在问题发生之前识别它们，使工程师能够对设计进行必要的修改或调整，从而从一开始就防止它们发生。
此外，仿真还可用于优化电气系统的设计，以处理可能遇到的最大电流和电压，使汽车系统更安全、更可靠。
全面的仿真能力至关重要
在下一代汽车的开发中，工程师在配电方面面临许多挑战，需要分布式智能方法来同时解决几个关键因素：
车辆韧性。 能效。
可持续性。 对事故、恶劣天气、设备故障等不可预见情况的适应能力对于车辆的恢复能力至关重要。 能源效率在降低功耗、碳排放和维护成本方面发挥着关键作用，同时有助于提高车辆性能和可靠性。 可持续性是减少车辆对环境影响和促进低碳的关键因素。
为了实现这些目标，工程师必须使用经过全面仿真验证的创新解决方案和概念来开发先进的汽车系统，以满足行业需求，并提供更安全、更可靠、更可持续和更愉快的驾驶体验。 配电系统中使用的智能电源开关是复杂的电子元件，需要进行电热仿真实验，以确保最佳性能。
电气仿真实验对于分析电源开关的电气行为是必不可少的，包括处理开关高压电流的能力、响应时间以及检测和隔离故障的能力。 另一方面，分析开关在运行过程中产生的热量需要热模拟实验，因为热量会影响开关的性能和可靠性。 通过进行电热仿真实验，工程师可以优化智能开关的设计，以确保其满足设计的性能要求，同时保持安全的工作温度。 模拟验证方法可以提高配电系统的能效、可靠性和安全性，同时确保系统实现合理有效的保护机制和诊断功能。
1.了解产品为确保最佳选择，必须在用户友好、可定制的交互式环境中进行仿真，以便您可以快速了解智能开关的行为。 第一步是确定哪些产品符合电气要求。
意法半导体的电热仿真器Twistersim是实现此目的的理想工具，专为选择VIProPOWER产品而设计，包括智能高边和低边驱动器，以及用于电机控制的全桥拓扑结构。 仿真工具可准确从列表中选择候选器件，并提供基本产品信息。 因此，设计人员可以快速轻松地评估不同智能开关的性能，并为特定应用选择最合适的开关，如图 1 所示。
图 1：Vipower 智能驱动器预选。
基于电源电压、器件拓扑结构、通道数、负载类型和特性、电源类型、环境温度和 PCB 功耗面积等各种输入数据，该仿真器可以提供有关估计最大结温 （TJMAX） 的宝贵信息，以便快速有效地进行产品预选。
此信息对于为每个通道选择合适的导通电阻 （RON） 以及确保运行中的热预算满足器件的绝对最大额定值至关重要。
2.深入了解性能为了研究驱动器的电热行为，仿真器生成了一个原理图电路，其中包含分别连接到电池和负载的预选器件以及输入和输出电路（图 2）。
图 2：Vipower 驱动器仿真实验的电路图。
其中：vbatt 是电池电压;
VIN是微控制器的输入电压;
Rline In 和 Rline Out 是驱动器输入和输出端的导线寄生电阻器。
在开始仿真之前，您需要执行定义步骤来自定义项目参数。 在此阶段，设计人员确定电路图中元件的参数值和模拟设置。
电路图中元件的参数值对于确定电路的行为至关重要，必须仔细调整尺寸以确保电路符合性能规格。
模拟设置定义了设计人员希望通过仿真实验再现和分析的工作条件，例如，设计人员可能希望检查电路中的电压和电流波形、确定功耗或评估电路的热行为。
通过自定义项目参数和设置仿真变量，设计人员可以确保仿真结果准确反映电路的行为，并提供优化设计所需的信息（图 3）。
图 3：仿真定义过程。
使用 Twistersim 进行仿真实验的一大好处是可以在仿真过程中实时显示结果。 此功能允许设计人员在仿真过程中监控电路的行为，并快速识别问题或需要改进的领域。
仿真结果的实时展示可以帮助设计人员提高设计优化的效率和效果，例如，当仿真结果显示电路消耗过多电流或温度上升过快时，设计人员可以快速调整电路参数，并立即看到参数变化对仿真结果的影响。
此功能可以节省时间和资源，因为设计人员不必等到仿真结束才能快速识别和解决问题。 TwistersIM的仿真结果实时显示可以提高设计优化的效率和有效性，从而提高配电系统的能源效率、可靠性和安全性。
3.根据您的需求定制仿真结果
图 4：根据数据可视化定制曲线和图表。
工程师可以修改仿真参数、数据和可视化，以满足他们的特定需求，做出明智的决策，并获得最佳结果。 仿真器提供了多种用于分析和优化VIPopower电路的工具，如热图、电流-电压波形和功耗分析，如图4所示。
设计人员可以使用 Twistersim 来设计和开发具有有效诊断和保护功能的高效且有弹性的驱动器，方法是优化其设计的性能和可靠性，降低因热应力或电应力引起的故障风险，并集成错误再现和极限参数记录。 此外，这种设计方法可以减小线束尺寸和重量，从而减少车辆的碳足迹。
关键场景在恶劣的汽车生态系统中，尤其是反复短路事件可能导致热关断 （TSD） 的情况下，考虑实施热保护机制至关重要。
在这种情况下，驱动程序会尝试使用功率限制保护（最大电流和热滞后周期）重新启动系统，并保持 TSD 模式，直到过热问题得到解决。
TwistersIM也具有这种特定的控制功能，以高边驱动器VND9012AJ（采用ViPower M0-9技术开发的智能电源开关）为例，TwistersIM可以准确地再现开关的运行情况，然后将仿真结果与实验数据进行比较，如图5所示。
图5：VND9012AJ仿真结果与重复短路事件情况下的实验数据的比较。
式中：iout为驱动器的输出电流;
DT是模拟结果与测量数据中TSD事件之间的时间差。
仿真结果表明，TwistersSIM是一种高效的工具，可以准确模拟热保护机制的限流和热关断（TSD）触发条件。
输出电流值的模拟数据误差小于2%，而TSD发生时间误差约为08ms。这证明 Twistersim 在实际条件下具有很高的系统行为正确率。
结论
随着下一代汽车的出现，工程师面临着开发先进解决方案的挑战，而部署分布式智能可以在系统中释放强大的性能。 为了实现这一目标，新设计必须优先考虑能源效率和弹性，而全面的仿真工具对于确保准确性和有效性至关重要。
通过充分利用 TwistersIM 的功能，开发人员可以优化新的 Vipower 驱动器设计，以实现最高的性能和可靠性，同时最大限度地降低热应力或电应力引起的故障风险，为绿色和低碳可持续发展铺平道路。
意法半导体（STMicroelectronics）
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