- 著者： ダウウェイ・ビークルのCEO、ジョニー・リュー
- 公開日: 2026年6月26日
- 読了時間： 8分
- カテゴリ： ハードウェアエンジニアリング／回路シミュレーション／モデルベース設計
Table of Contents
エグゼクティブサマリー
要点： LTspiceやPSpiceのような標準的なSPICEツールは基本的な回路チェックには十分機能しますが、 MATLAB Simulink（Simscape経由） ハードウェアエンジニアに大きな利点をもたらします。データシートのパラメータから直接カスタムモデルを構築して実行できます。 ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）テスト. このガイドでは、Simulink でシンプルな定電流源を設定する手順を説明します。 ソルバー構成より速い標準を選択する NPNバイポーラトランジスタ SPICEオプションを切り替えて、ワークスペースを整理します。
1. 学術界を超えて：実世界のエンジニアリングにおけるMATLABとSimulink
多くの新人エンジニアは MATLAB これは大学の研究や数学論文のためだけのものですが、実際の産業分野、特に自動車エレクトロニクス、電気自動車（EV）、制御システムにおいては、非常に頼りになる主力ツールです。
エンジニアリングチームを率いる日々の業務において、私たちはMATLABの幅広い機能を以下の目的で使用しています。
- アルゴリズムの作成とテスト。
- データの分析と計算の実行。
- 制御システムの設計と信号処理。
- 物理的なハードウェアをシミュレーションし、結果をグラフ化する。
はい、MATLABは巨大で重いプログラムです。快適に動作させるには高速なコンピュータが必要です。しかし、組み込みのツールボックスは非常に便利です。私が最もよく使うツールは Simulink （物理的および論理的シミュレーション用） アンテナ設計者 基本的な数値計算機能とカスタムグラフ作成機能に加え、ツールボックスも備えています。
一般的な紹介ではなく、実際に機能するシステムを構築する方法を見ていきましょう。 定電流源回路 Simulink を使用する場合、知っておくべき主要なエンジニアリング上の選択肢と設定手順について説明します。
2. Simulinkを開いてワークスペースを設定する
コマンドラインから Simulink を起動する方法
時間を節約するために、複雑なビジュアルメニューをクリックするのは避けましょう。私は、MATLABコマンドウィンドウにこのコマンドを入力してEnterキーを押すことで、スタートページを直接開きます。 入力:
simulink
これにより、すぐにSimulinkのスタート画面が表示され、そこで空のモデルを開いてプロジェクトファイルを保存できます。
高速コンポーネント検索（入力挿入）
ワークスペースが開いたら、ライブラリツリーをブラウジングするのに時間を費やす必要はありません。 入力して挿入 ショートカット:
- キャンバス上の空いている場所をダブルクリックしてください。
- 部品の名前またはショートカットを入力します（例： 「R」 持ち出す 抵抗器)
- 重要な選択: 物理的な回路を構築しているので、物理領域からコンポーネントを選択するようにしてください（シムスケープ / ファウンデーションライブラリ / 電気標準的な Simulink 信号ブロックではなく、）を使用します。
3. コンポーネントの選択：トランジスタのシミュレーション速度と電源
定電流源を構築するには、部品を慎重に選ばなければなりません。
NPNバイポーラトランジスタとSPICE NPNの比較
トランジスタを検索すると、Simulink では主に 2 つのオプションが表示されます。
- NPNバイポーラトランジスタ （シムスケープ標準モデル）
- SPICE NPN （SPICE互換モデル）
両方のパートに関する公式ドキュメントを読むには、以下の MathWorks のページを参照してください。
？クイックヒント： 私のシミュレーションでは、 私はいつも標準的なNPNバイポーラトランジスタを使用しています. これは簡略化された計算方法を採用しているため、一般的な回路テストに必要な精度を維持しながら、はるかに高速に動作します。
電源と接地
回路を動作させるには、以下の部品をキャンバスに追加してください。
- 直流電圧源： これは主電源電圧を示します。
- パルス電圧源： これは、回路のオン/オフを切り替えるための制御信号として機能します。
- 電気関連の参考資料： これはゼロ電位接地（0V）です。他のSPICEエンジンと同様に、物理シミュレーションでは、定義された接地基準点がないとノード式を計算できません。
4. 重要なリンク：ソルバー構成
Simscapeでソルバーなしで電気シミュレーションを実行しようとすると、MATLABはすぐに停止してエラーを表示します。 ソルバー構成 回路図上のブロック。
[ DC Source ] ───┐
│
[ Pulse Source ] ───[ Transistor Circuit ] ─── [ Electrical Reference (0V) ]
│
[ Solver Configuration ]
ソルバー設定ブロックが必須なのはなぜですか？
標準的な信号の流れ図は、単純な段階的な数式を計算します。物理回路は異なり、エネルギーが保存される連立方程式に依存します。 ソルバー構成 このブロックは数学エンジンです。回路経路をMATLABで解ける方程式に変換するために必要な数値ソルバーのオプション、誤差制限、ステップサイズを設定します。
5. スコープの配線、測定、および調整
すべての部品をキャンバス上に配置したら、それぞれの電気端子間を線で接続して、閉じた物理的なループを形成します。
回路値の測定
定電流源の電流と電圧レベルを確認するには：
- 置く 範囲 キャンバス上にブロックを配置します。
- スコープはSimscapeの物理的な接続ポイントに直接接続できないことに注意してください。 プローブ プローブはオシロスコープと一緒に使用します。プローブは、分岐電流やノード電圧などの物理値を測定し、オシロスコープが読み取れる標準信号に変換します。
スコープのディスプレイをきれいにする
デフォルトでは、複数の信号を同時に確認している場合、スコープの表示が乱雑になることがあります。これを解決するには、次の手順に従ってください。
- ダブルクリック スコープブロックを使用して表示ウィンドウを開きます。
- 上部のメニューバーに移動して、以下を選択してください。 表示 -> レイアウト (映像 -> 布局)。
- ここでは、グリッドのレイアウトを変更して、グラフを上下に重ねて表示するのではなく、別々のウィンドウに表示することができます。
- 設定を開いて、線の太さ、色、背景スタイルを変更することで、グラフをより見やすくすることもできます。
6. SimulinkとSPICE（LTspiceおよびPSpice）：直接比較
回路の迅速なテストには、ほとんどのハードウェア設計者がPSpiceまたはLTspiceを使用します。プロフェッショナルな作業におけるSimulinkの比較は以下のとおりです。
| 機能/指標 | MATLAB Simulink (Simscape) | 伝統的なスパイス（LTspice / PSpice） |
|---|---|---|
| 初期学習曲線 | 中程度（物理領域を理解する必要がある） | 低レベル（標準回路図） |
| シミュレーション速度 | 高速（特に標準的な物理モデルの場合） | モデルの複雑さと制限によって異なります |
| カスタムパラメータモデリング | 素晴らしい （データシートの値から直接モデル化） | 不良（ベンダー固有の .lib ファイル) |
| システムレベルの統合 | 業界標準 （熱制御システム、モーター制御システムと接続します） | 劣悪（主に電気回路に限られる） |
| ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL） | サポート対象 （Speedgoatのようなリアルタイムハードウェア上で動作可能） | 非対応（デスクトップでのみ動作します） |
真の価値：カスタムパラメータモデリングとHIL
Simulinkは、最初はLTspiceやPSpiceよりもセットアップに少し時間がかかるように感じるかもしれません。しかし、システム全体の設計においては、2つの大きな利点があります。
- SPICEモデルがない？問題ありません。 SPICE プログラムでは、メーカーが
.spiまたは.libトランジスタのファイルだけでは、正確なシミュレーションはできません。Simulinkでは、メーカーのデータシートからパラメータ（ゲート電荷、オン抵抗、熱制限など）を直接入力することで、物理的な部品を自分で設定できます。 - ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）テスト： Simulinkで設計した回路をリアルタイムコードに変換し、ハードウェアシミュレータ上で実行できます。これにより、実際の制御基板をシミュレーション回路と比較してテストできるため、大幅な時間短縮につながります。
7. よくある質問
Q1：標準のSimulinkでは必要ないのに、Simscapeではなぜ「電気参照」と「ソルバー構成」が必要なのですか？
答え： Simscapeは、単純な一方向の数学的信号ではなく、エネルギーが双方向に流れる物理方程式を使用しています。
標準的な Simulink ブロックは、単純な入出力演算 ($y = f(x)$) に基づいて動作します。一方、Simscape は実際の物理的な接続をシミュレートします。これらの方程式を解くには、コンピュータはゼロ電圧の開始基準点 (接地/電気基準) と、物理状態を計算するための専用のソルバーブロックを必要とします。
Q2：標準の「NPNバイポーラトランジスタ」ブロックが「SPICE NPN」ブロックよりも高速なのはなぜですか？
答え： 標準モデルは簡略化された理想的な物理方程式を使用するのに対し、SPICEバージョンは複雑な非線形方程式を実行する。
標準のSimscapeトランジスタは、システムテスト中に迅速な結果を得るために、細かい物理的詳細を省略します。一方、SPICE NPNブロックは、SPICEファイルから得られる正確な物理的挙動を再現しようとし、各ステップで微細な容量変化を計算します。この余分な計算により、シミュレーションの速度が低下します。
まとめ
MATLAB Simulink を使用したハードウェアシミュレーションは、小さな回路部品だけでなく、システム全体がどのように連携して動作するかに焦点を当てるのに役立ちます。ソルバー、接地、プローブの設定には従来の SPICE ツールに比べていくつかの追加手順が必要ですが、データシートの仕様に基づいてモデルを構築し、リアルタイムのハードウェアテストを実行できるため、非常に価値のあるスキルとなります。
SimulinkでSPICEモデルを使ったシミュレーションの速度が遅いという問題に遭遇したことはありますか？もし解決できた場合は、下のコメント欄で教えてください！