這裡要介紹Twin Builder (as known as Simpler before 2018.04)， 它是一套可以整合多物理領域、系統級模擬的軟體，主要應用領域於電力電子、馬達、機電控制系統方面的模擬。三個主要特點讓它與眾不同：

• 功率元件特徵化：透過掃描紙本的電性規格，得到精準的動態模型(BJT/MOSFET/IGBT/Diode)，從此不用擔心做電力電子模擬沒有適合的model

• 3D模型連結：透過獨家技術，可以與ANSYS各領域FBU/MBU/EBU/SBU旗艦級產品做模擬連結

• 除了支持PSpice model，還免費支持Modelica library模型 (軟體安裝後內涵)

Twin Builder is an intuitive, multi-domain, multi-technology and model-based simulation program. It enables engineers to simulate complex power electronic and electrically controlled systems. Three main points let it unique：

• Power device characterize：Get accurte dynamic models for BJT/MOSFET/IGBT/Diode by scanning product specification. From now on, user don't need to worry about no accurate models for simulation.

• Link 3D physical model：you can link accurate ANSYS models from FBU/MBU/EBU/SBU products

• Beside supporting PSpice model, free support Modelica lribary models (install embedded)

What is Twin Builder?

從2014年起，ANSYS除了原三大產品線：結構應力、流體、電磁，多了System (SBU：Twin Builder+SCADE)，這新增的產品線有何特殊之處? 各位對LabView應該不陌生吧，電腦螢幕的軟體介面可以透過GPIB介面，直接控制、監測、蒐集/運算系統資料。你就把這樣的使用概念"延伸"，從電腦端的數值操控/顯示介面，到系統端的所有東西(硬體機構/材料、機電系統、控制迴路)都用軟體完成。打個比方：用MBU+FBU+EBU+SBU來建起一個水力/風力的發電監測/最佳化的模擬系統，當水流速/風速/角度改變時(FBU)，此時扇葉應力的改變(MBU)，牽動發電系統輸出功率改變與發電效率改變(EBU)，整個系統每一環節的數值/參數，都可以透過一個圖形化操控面板來控制與檢視(SBU)。

多物理領域的系統整合模擬，實現現實世界中複雜系統問題的 分析與解決，這正是ANSYS的強項。這也是這兩年工業4.0的熱門名詞"數位孿生"(Digital Twin)的概念。美國奇異公司與Rockwell，在這方面與ANSYS就有很多合作與成果。

市面常見的電力電子模擬方案

在電力電子應用領域，目前常聽到的模擬軟體有PSpice (Cadence)、LTspice (LINEAR)、Simplis (代理商)、Simplorer (ANSYS)、IsSpice、PSIM。後面兩家一般是學校使用的多。電力電子工程師最大的困擾是：市場上的模型沒有通用的規格，大家彼此電路/模型不兼容，逼得客戶只能選邊站，如果一開始使用需求沒想清楚，日後發現所選擇的方案某部分功能做不到時，就必須再購買另外一套軟體。

大致上來說，Pspice是電力電子領域歷史最悠久的老大哥，LTspice與Simplis則是近幾年的新興之秀。如果你只想跑跑電路行為(switching behavior)，與電源轉換效率分析...等模擬，那這三家方案都不錯。但如果你想更進一步考慮電路中電感與變壓器精準的耗損與設計優化、電路結合系統的EMI分析，或無線傳能的最佳化分析，並得到與量測接近的結果，那就得考慮Simplorer。 關鍵在於電路軟體結合physical 3D model的模擬收斂能力(co-simulation convergence)，與生成高準度dynamic model of power device的能力。

你可以把Simplorer功能想成是Pspice+Simulink，不只能做電路模擬，還能實現控制系統，而且Simplorer是上述電力電子軟體中唯一有Modelica認證的。

How to start using and learning Twin Builder (Simplorer)?

自2018.1(R19.1)起，原Simplorer完整功能，改稱Twin Builder (that means digital twin builder)，而與EBU產品連接做電力電子模擬的有限功能範圍，筆者估且稱為Simplorer。

開啟Simplorer後，從Help可以找到Getting Started Guide，從[File]\ [Open Examples]可以找到很多應用範例。

1. Simplorer Getting Started Guide, 範例

2. Power Electronics

   • Switching Power Supply (SPS), 範例

   • Simplorer links Pspice, 範例

   • Simplorer links Icepak, 範例

   • Power Device Model Tuning, 範例

   • Average vs. Dynamic IGBT models, 範例

   • Thermal-Aware Power Device Model, 範例

   • 第三類半導體電源轉換器的EMC技術, 範例

   • 第三類半導體GaN(氮化鎵)與SiC(碳化矽), 範例

   • Radiated EMI Analysis using Simplorer+HFSS, 範例

   • Conducted EMI Analysis using Simplorer+Q3D, 範例

   • Wireless Power Analysis using Simplorer+HFSS\Maxwell

3. System Simulation

   • Twin Builder links C++

   • Twin Builder links Simulink

   • Twin Builder links Modelica

   • Twin Builder links VHDL-AMS, 範例

   • Twin Builder links SCADE Rapid Prototyper, 範例

4. Others

   • 密技：如何讓Simplorer模擬加速?, 範例

參考

• Toshiba與Ansys在電力電子與馬達控制的合作

• TI官方認證的Application Note：How to Do PCB Modeling For a Power Converter

Q & A (下列項目按一下展開)

• Simplorer與Designer circuit使用選擇上如何區分?

  -- 兩者都可連結SIwave、HFSS、Q3D，也都可以對HFSS做push-excitation，但只有Simplorer可以連結Maxwell。
  -- 馬達、電力電子或機電整合系統的分析使用Simplorer(內有現成的電源IC與fly-back變壓器模型)，SI/PI的分析則用Designer circuit。
  -- 系統中有用到較複雜的SPICE (as sub-circuit)或IBIS-AMI者，用Designer circuit；需要整合"控制系統"者，則用Simplorer。
  -- EMC的分析，由於這幾年新版的Designer Circuit已支持PSPICE, 有現成EMC模塊(LISN,ESD,EFT)，模擬結果對於min. time step不像Simplorer對Hmin那麼敏感，故筆者傾向推薦使用Designer Circuit。尤其當使用HFSS時，更是建議搭配Designer勝於Simplorer。
  -- 如果同一測題，您覺得Simplorer跑比Designer circuit慢一倍速度，可以從[Options]\ [General options]\ [Twin Builder]\ [General]，關閉 "update reports during simulation" 即可明顯加速。請參考

• Simplorer與Designer circuit操作上有何基本差別?

  有一基本差別，Simplorer必須define outputs
  -- [Simplorer Circuit] \ [Output Dialo]
  -- Simplorer的每一個component都有內建的電路example，可以load example學習，超好超酷的
  -- 其餘操作都跟Designer蠻像的，如[Draw]\[Report]\[Rectangular Report]