Bewertung der Genauigkeit von Echtzeitsimulationen für Hochfrequenz-Resonanzwandleranwendungen
Echtzeit-Simulation: Verbesserung von Hochfrequenz-Resonanzwandler-Anwendungen
Hochfrequenz-Resonanzumrichter sind in der modernen Leistungselektronik unverzichtbar, insbesondere bei der Elektrifizierung des Verkehrs. Diese Wandler bieten einen bidirektionalen Leistungsfluss mit hohem Wirkungsgrad, was sie zu einer bevorzugten Wahl für Anwendungen macht, die eine hohe Leistungsdichte erfordern. Die Entwicklung und Validierung von Reglern für diese Wandler ist jedoch ein komplexer und zeitaufwändiger Prozess. Hier spielen Hardware(HIL) Tests eine entscheidende Rolle bei der Beschleunigung und Vereinfachung des Entwicklungszyklus.
Die Herausforderung einer realitätsnahen Echtzeitsimulation
Eine der größten Herausforderungen bei der Echtzeitsimulation von Hochfrequenz-Resonanzwandlern ist die Aufrechterhaltung eines hohen Maßes an Simulationsgenauigkeit. Die präzise Modellierung der Schaltvorgänge und des Resonanzverhaltens ist entscheidend für realistische Ergebnisse. Herkömmliche numerische Integrationsmethoden, wie die Backward-Euler-Methode (BE), reichen oft nicht aus, um Resonanzkreise genau darzustellen, so dass fortschrittlichere Methoden eingesetzt werden müssen.
Die OPAL-RT Lösung
Um diese Herausforderungen zu meistern, hat OPAL-RT einen fortschrittlichen FPGA-basierten elektrischen hardware (eHS) entwickelt, der speziell für die realitätsnahe Echtzeitsimulation von Hochfrequenz-Resonanzwandlern ausgelegt ist. Dieser Vorteil Solver:
- Erfasst Schaltsignale mit einer Abtastfrequenz von mehr als 1GHz.
- Verwendet eine numerische Integrationsmethode hoher Ordnung zur genauen Simulation von Resonanzkreisen.
- Implementiert ein effizientes FPGA-basiertes Design, das die Simulationszeitschritte minimiert und 135 ns für ein gesamtes DC-DC-Wandlersystem erreicht, das aus mehreren Umwandlungsstufen ohne Komponentenentkopplung besteht.
Anwendung in der Praxis: Hybrid-Elektroflugzeuge
Ein praktischer Anwendungsfall, der die Effektivität dieser Technologie demonstriert, betrifft ein DC-DC-Wandlersystem, das für ein Hybrid-Elektroflugzeug entwickelt wurde. Dieses System Funktionen wie ein Mehrport-Wandler mit zwei Hauptstufen:
- Eine Spannungsausgleichsstufe, die mit 100 kHz arbeitet.
- Eine Resonanzwandlerstufe, die mit bis zu 250kHz arbeitet und Folgendes umfasst:
- Ein bidirektionaler CLLC-Wandler, der an die Hochspannungslast (HV) angeschlossen ist.
- Ein unidirektionaler LLC-Wandler, der Niederspannungslasten (LV) verbindet.
Unter Verwendung des eHS-Solvers von OPAL-RT wurden Echtzeitsimulationen mit Offline-Referenzsimulationen verglichen, die einen Solver mit variablen Schritten verwenden. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Verbesserung der Simulationstreue bei Verwendung der numerischen Integrationsmethode PADE-5 gegenüber der BE-Methode, insbesondere bei der Modellierung des Resonanzinduktorstroms auf der Primärseite des Umrichters.
Die Zukunft der Tests in der Leistungselektronik
Mit der Weiterentwicklung der Leistungselektronik, insbesondere bei Anwendungen wie Elektrofahrzeugen und Hybridflugzeugen, wird die Nachfrage nach realitätsnahen Tests weiter steigen. Um diese Technologien voranzutreiben, sind präzise und zuverlässige Echtzeit-Simulationsmodelle erforderlich. Die neuesten eHS-Solver und hardware von OPAL-RT setzen einen neuen Standard in der Simulationsgenauigkeit und ermöglichen es Ingenieur:innen , innovative leistungselektronische Systeme mit Vertrauen zu entwickeln und zu testen.
Mit kontinuierlichen Fortschritten in der Echtzeitsimulation kann Ingenieur:innen den Design- und Validierungsprozess beschleunigen und so die Zukunft der hocheffizienten Elektronik mit hoher Leistungsdichte vorantreiben.
