Toshiba acelera la verificación de semiconductores automotrices con simulación, desarrollo basado en modelos y gemelos digitales

Debido a la electrificación, los equipos automotrices se vuelven más complejos cada año. Para cumplir con las demandas tecnológicas, los fabricantes de equipos están promoviendo el desarrollo basado en simulación para obtener conocimientos de diseño predictivo, acortar el tiempo de producción y reducir los costos de creación de prototipos.

Cuando se trabaja con componentes eléctricos y circuitos de sistemas automotrices, es particularmente importante simular con precisión el calor y la interferencia electromagnética (EMI), las dos características más críticas relacionadas con la confiabilidad del sistema. Sin embargo, para simular estas características de manera más efectiva, primero es necesario incorporar modelos precisos de dispositivos semiconductores en el sistema, lo que generalmente requiere un tiempo de análisis prolongado.

Al integrar Ansys Twin Builder, Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation desarrolló una solución para agilizar este proceso mediante la creación de Accu-ROM, una tecnología de desarrollo basada en modelos (MBD). Accu-ROM se combina con la tecnología de gemelos digitales para acelerar la simulación y verificación de las características térmicas y EMI cuando los dispositivos semiconductores se integran en un sistema.

La nueva tecnología, que está integrada en Twin Builder, elimina los cálculos innecesarios para reducir el tiempo de simulación en casi un 90 % y acelerar el tiempo de verificación en un factor de seis.

Un esfuerzo conjunto: simulación y gemelos digitales

Toshiba tiene una amplia gama de productos semiconductores que son esenciales para la electrificación de automóviles, con un enfoque principal en inversores de automóviles, sistemas de administración de baterías y unidades de motor. Las aplicaciones de estos productos incluyen dirección asistida eléctrica (EPS), bombas de agua eléctricas y ventiladores para aire acondicionado eléctrico.

El equipo también confió en Twin Builder para diseñar sistemas EPS con un enfoque similar a nivel de sistema. Cuando se verifican elementos usando métodos convencionales o simulaciones físicas únicas, los diseños tienden a ser estrechos, enfocados en condiciones muy específicas y verificados dentro de ese margen.

Alternativamente, mediante el uso de simulación multifísica a nivel de sistema, se pueden simular al mismo tiempo múltiples elementos, como sistemas eléctricos y mecánicos. Esto significa que la verificación se puede realizar en tiempo real bajo las cargas que ocurren en la operación real, lo que permite una mayor optimización.

Aún así, las simulaciones que incorporan una variedad de elementos requieren un análisis más prolongado, lo que da como resultado plazos de verificación y diseño más prolongados, pero Accu-ROM utiliza un enfoque MBD para optimizar el proceso de verificación.

Temas de vanguardia en verificación

A diferencia de la tecnología anterior de Toshiba, Accu-ROM calcula los componentes mecánicos y los circuitos electrónicos por separado verificando primero los componentes mecánicos y luego simplificando el modelo para los componentes mecánicos. A continuación, la tecnología verifica todo el sistema, incluidos sus circuitos eléctricos. Este enfoque elimina los cálculos de componentes mecánicos innecesarios que consumen mucho tiempo durante la verificación.

Al evaluar los circuitos eléctricos por separado, el modelo genera automáticamente un modelo VHDL-AMS a partir del modelo SPICE. Con el modelo VHDL-AMS, los ingenieros y diseñadores pueden limitar el rango de verificación a parámetros esenciales como el calor y el ruido EMI, lo que agiliza el proceso de verificación.

Como tal, Toshiba alienta a Accu-ROM a respaldar el desarrollo de semiconductores automotrices de alta disipación de calor y bajo nivel de ruido, lo que facilita a los clientes el uso de los productos de Toshiba y los sistemas de verificación. Accu-ROM también puede ser beneficioso para semiconductores en otras aplicaciones, incluidos electrodomésticos y equipos industriales.

Independientemente de la aplicación, la tecnología ayudará a los ingenieros y diseñadores de todas las industrias a simular calor y EMI en poco tiempo y con alta precisión para la optimización a nivel de sistema, incluidos los componentes eléctricos, térmicos y mecánicos.

“La simulación nos ayuda a desarrollar productos de mayor rendimiento”, dice Okano. “Además, al desarrollar modelos de simulación para MBD y proporcionárselos a nuestros clientes, pueden reducir significativamente el tiempo y el costo de validar nuestros productos. Como resultado, creemos que hemos mejorado el atractivo de nuestros productos desde una perspectiva comercial”.

Los ingenieros de Toshiba informaron resultados significativos utilizando la tecnología Twin Builder y Accu-ROM, incluida una reducción del 90 % en el tiempo de simulación para el funcionamiento del sistema y una disminución en el tiempo de verificación de 30 días a cinco días.

Avanzando con Insight

Twin Builder utiliza ROM producidas a partir de productos estructurales, fluidos, electromagnéticos (EM) y semiconductores de Ansys para modelar ensamblajes mecánicos, actuadores y máquinas EM, parásitos de circuitos y cables, redes térmicas e integridad de señales. Las ROM también se pueden importar desde una variedad de herramientas de terceros.

“Ansys tiene herramientas que pueden simular con precisión varios fenómenos físicos como sistemas eléctricos, térmicos y mecánicos, y las características obtenidas con estas herramientas se pueden integrar en un solo sistema para la simulación”, dice Okano.