只原型方法影响产品设计如何？

一个在 10 设计工程师仍然依靠纯粹的物理原型，重大的、 不必要的成本可能会加入他们的设计。这根据从 6SigmaET，调查了超过 350 名工程师工作在工业、 消费和大批量生产的电子产品研究。

而不是运行模拟，以测试他们的产品，这项新研究突出了许多工程师 （49%) 产生多个物理原型在整个设计过程。这，当然，明显将添加到终端生产成本的电子产品、 组件和设计。

进一步的研究结果，从 6SigmaET 的研究突出显示 40%的设计工程师使用模拟来减少物理原型，而 10%纯粹依靠模拟并不能产生任何物理原型，目的”正确的第一次”在设计他们的产品时。它至关重要正确验证之前制造的设计，以避免质量差的产品，潜在的设计问题，如经济过热和干扰，以及昂贵的”回到制图板”产品召回。

一些业内专家都分享他们对原型和作用的看法，它在设计过程中扮演了。这里是他们所说的话︰

克里斯托弗 · 巴索、 技术研究员、 安森美半导体和电源设计几本书的作者

原型测试是一个重要的步骤在开发周期中的一个项目。然而，在我看来，扎实的理论研究必须在前面这个实验的阶段。这项研究可以包括基于方程的方法来计算组件值、 压力和各种约束半导体或被动会忍受。解决像 Mathcad 或甚至在某种程度上，Excel 可以很好的工具，此方法。

“然后，一旦这个阶段已经结束，仿真模板可以帮助测试虚拟原型来验证计算导致预期的行为︰ 没有转换器提供合适的电压下所选的输入的值和负载;均方根电流，因此在我的预料; 的棒球场的电源开关的导通损耗等。？系统工作时，您已经在计算机上，您可以组装一个原型。经验表明，你通常不很远的地方从最后的结果，至少在名义工况。

“板凳验证不是最后的阶段。你通常收集实际数据丰富的计算机模型，使其行为更接近于现实。例如，添加你没有确定的寄生效应起初 （泄漏条款、 杂散电容，各种各样的损耗，等等）。一旦模型是精致的你必须评估对组分变异的设计敏感性所界定的制造商的数据表。

“你需要采取正确的行动来保护产品免受不可避免生产利差。例如，如何相和获得边缘或交叉频率变化，输出电容等效串联电阻 (ESR) 的漂移，或如果之间选定光电耦合器，电流传输比 (CTR) 预计相差很大？评估这些偏差的影响是很难在板凳上，和一个好的模型可以节省你大量的时间来检查这些点通过参数模拟或蒙特卡罗扫。然后你能想到的适当治疗修复发现的问题。如果你没有时间按生产按钮之前检查你设计的鲁棒性，你可能最终修补产品处于高压的模式，当故障发生时。相信我，你想要避免这种情况。

“正如你所看到的在我看来，原型不是最后一圈，而是一个中间的步骤来验证或你在定义阶段作出正确的假设。仿真一定帮助，但是，再次，应被视为辅助设计工具，让你几乎测试 PC 上的原型和追逐你可能做的总设计错误。毕竟，如果你计算错了钳电阻值在反激式项目中，图书馆不会燃烧，你会避免黑烟和噪音在实验室里第一个电源上。我成功的秘诀吗？解析分析、 仿真、 原型验证和与同事多次审查。你的下一个设计的好运气 ！”

史蒂夫 · 桑德勒，Picotest

“在大多数情况下，和我们所有的研讨会和讲习班，我们教的测量在时间是一个单一的即时快照。测量告诉我们什么”是”并不是什么”可以。我们使用的测量和模拟相结合，以确定运行特性的敏感性和组件和环境的公差来确定什么影响”可以是”。

“我们也使用的仿真模型和测量在音乐会中优化的性能特点。在典型情况下，我们进行测量，利用评估板或第一草案原型 PCB 设计获取组件数据，厂家没有提供或似乎是犯罪嫌疑人。这些测量然后支持用于优化设计的高逼真度模拟模型的建立。这高保真模型和优化结果在第二，改进电路和 PCB 设计”。

应用工程，崔副总裁杰夫 · 斯穆特

“随着越来越多的工程师被要求穿多个帽子，加上有限的资源和不断增加的压力，要得到一些零部件市场迅速，还有诱惑采取”生成和测试”的战略，而不是依靠健全的工程分析和仿真。陷阱是容易陷入。

“因为仍然至关重要的是发布到生产与实物样品之前验证设计，原型是通常被视为”捷径”，发现的任何问题将是未成年人或有小的设计调整很容易固定的假设。不幸的是，这种策略常常蜿蜒前行扩展项目日程表和增加项目成本的问题，可以通过分析和仿真，建立一个代价高昂的原型和经常排气小时的测试后未检测到。

大卫步伐，高级技师，电源管理，德州仪器

“验证硬件设计的分析、 建模、 和仿真技术在过去十年或二十迅猛。今天，新设计的鲁棒性可以很大程度上归因于广泛的建模和仿真。硬件原型是必须了解互动和验证仿真模型中，但通过仿真，建立设计毛利与组件和环境变化。

“工程师仅仅依靠硬件原型是几乎肯定能找到参数或功能故障，如批量生产开始。使用硬件验证仿真结果和大量的仿真来扩展测试用例的数量可以产生鲁棒设计准备大批量制造。

电力电子技术模拟了几篇文章︰

“状态集︰ SPICE 模型，确保的非线性电路，模拟”由劳伦斯 · 米尔斯，主席，Intusoft （2011 年 7 月）

主要的新”状态集”SPICE 模型在快速的平均建模用于电源供应器及相关控制系统保证直流收敛的非线性电路。许多非线性电路在 SPICE 模拟，使用”节点集”语句来建议初始值期间有多个稳定的工作点解决方案。然而，模拟器启动做迭代以占支路电流时，必须释放建议。

状态集，另一方面，将创建一个新的电路分支元素输出初始化期间整个直流工作点计算。一旦计算出各营业点，状态集分支的输入连接到其输出，以便能够进行交流和瞬态分析。状态集是本质上是一个增益元素，有两个终端，输入和输出，在信号的流向是从输入到输出控制系统的方式。

虽然状态集是一个简单的概念，标准的香料模拟器不能处理解决的状态集的问题。仿真启用模拟器用户可以轻松地添加一个代码模型，获得期望的结果。其他香料模拟器 （Pspice 和 Hspice） 需要添加一个新的原始元素。

“在 CCM 升压转换器补偿 RHPZ︰ 使用模拟器，”克里斯托弗 · 巴索，主任，产品应用工程，安森美半导体 （2009 年 7 月）

在以前的文章 [关于这一问题] （电力电子技术，2009 年 6 月），我们展示了如何补偿 boost 变换器在连续导电模式 (CCM) 用解析的方法操作。尽管其令人厌恶的方面，分析研究是极其重要的设计阶段，因为它推出了两极的依赖和零点随寄生元件的位置。因此，它是设计师的职责，以确保这些寄生元件的影响是很好的控制，并按照正确的设计边距尽管不可避免生产分散。

但是，如果分析推导工作很好的一种经营模式，例如 CCM，他们需要进行返工转换器转换成不同的模式，例如不连续导电模式 (DCM) 的情况下。此外，它是极难预测采用的补偿策略所引起的瞬态响应。

在这方面，具有自动切换功能的 SPICE 模型可以做更好地评估和测试你所做出的选择。然而，作为与任何自动化的工具，他们最少需要的工程判断结果提出质疑。它有点像使用 GPS 不看纸质地图以确认通过一个合理的行程，通过这台机器。

“热模拟提高可靠性和缩短上市时间，在电力电子系统设计中，”汤姆格雷戈里，产品的专业公司，6SigmaET （2015 年 6 月）

功率半导体表示的效率数字几乎都是”最好的情况下”。许多电力系统操作不反映在数据表中理想化的条件下。例如，他们可能运行显著低于最大负载为很多时间 — — 数据中心电源代表一个典型例子，这是常有的事。在这些较低的负荷，效率通常下降，有时极大地。

与低最优的输入电压，或在极端环境中，在室温下不符合那些在已发布的数据，也可能操作电力系统。电气控制系统在跨蒙古铁路火车穿越戈壁沙漠面临非常测试热条件，例如。总之，许多因素可以导致现实世界效率，因此现实世界热条件可能不同于那些在产品规格中指出。即使达到了 98%的效率，2%千瓦仍然是热量的 2 的 40 W，有要去某个地方。

使用热模拟早在设计流量大大减少的规模和数量的热因素所需的更改。电子、 机械和热工程师应共同合作，才能充分欣赏设计变化对热性能的影响。