在简单分析了几种有代表性的半导体器件物理现象后，来看看用于半导体器件仿真的基本建模方法和仿真软件。

在此分析的器件建模最终是要用于变换器仿真中去，一般存在两种实现方式。一种是子电路方式，一种是数学方程方式。在子电路方式中，使用仿真平台中已经有的元件来搭建电路实现对所分析新器件行为的仿真。在子电路中，既包括了已有的半导体器件，还会有无源器件、可控电压或电流源等。这种方式实现的模型一般比较复杂且计算时间长，主要用于不提供数学方式描述器件行为接口的仿真软件中。更有效的方式是将描述器件行为的数学方程直接用于器件建模中，这不仅需要仿真软件的接口，还需要合理的求解方法。所以在一些应用中，会将子电路方式和数学方程方式进行有机的结合。

在器件基本建模方法方面，这里罗列了五种基本方法，它们是功能模型法、近似求解法、转换法、集总电荷模型法和离散化数字求解法。功能模型法，一般将电力半导体器件看成一个“黑箱子”，只考察该器件的外部特性，而不详细考察器件内部的物理过程，查表法和经验描述等都可以看成这类方法；近似求解法指的是非精确物理模型求解，比如假设条件法、替代法等；转换法是指采用域转换的方法，具体的有拉普拉斯变换和格林公式法等；集总电荷模型法指的是将器件的电荷储存区域分成几个部分，每个部分假设成为一个电荷储存节点；数值求解法指的是将器件主要区域剖分离散化，采用数值解法求解的方法，具体的有有限差分和有限元等。一般来说，数值求解方法都跟器件内部结构有密切关系，参数求解困难，计算速度较慢，在对变换器中多个器件都需要建模的仿真中，这种方法在使用中存在相当困难。

对于电力半导体器件所涉及的物理现象，不是所有的基本仿真方法都可以使用。表8-2对此进行了简单的总结比较，对于不同的基本仿真方法可以采用简单量化比较，如表8-3所示。虽然在不同基本仿真的综合评比中，功能型模型的方法不是最好的，但在一些既需要考虑器件行为，又需要考虑变换器的控制特性的仿真中，得到了较广泛的应用。

表8-2 不同基本仿真方法中的基本物理现象

(www.daowen.com)

注：+使用、0可以使用、-不能使用。

表8-3 不同基本仿真方法的评估

注：1=很好、5=很差。

从器件建模实现变换器仿真的仿真软件来看，存在几种较成熟的可以用于电力电子电路仿真的商用软件，比如PSPICE、MATLAB/Simulink、SABER、SIM-PLORER、PSIM等。这些商用软件各自有各自的特点和适用范围。对于PSPICE来说，其主要应用于电子电路的仿真，虽然在近几年中有很多科研工作者在PSPICE下实现了大功率器件模型，但是在将这些模型用于电路仿真并采用比较灵活的控制策略时仍有很大局限性；MATLAB下的Simulink工具包也具有仿真电力电子电路的功能，但是其采用的功率器件模型较简单；SABER和SIMPLORER是功能强大的电力电子电路仿真软件，是被很多大公司采用的仿真和设计工具，适用于长期开发同类产品的设计，ABB的ACS1000变频器仿真平台就是以SA-BER作为核心的，一般需要专业的软件工程师来开发和维护；PSIM是针对电力电子和电机控制而设计的仿真软件包，在该软件包中，大部分的器件采用的都是理想模型，比如有双电阻的理想模型开关，理想的受控电压、电流源，理想的传感和控制器件等，这些理想器件没有涉及器件本身的诸多物理特性，模型简单，参数少，为采用子电路法实现功能模型带来了方便。