eHS

eHS（即Electric Hardware Solver）是OPAL-RT基于FPGA的工具箱，用于电力电子电路和电力系统的实时仿真 。它与同名缩写“Environment, Health and Safety”所指的环境、健康与安全软件无关。eHS于2012年面向MATLAB/Simulink用户发布，采用通用且可重新编程的电气求解器，无需编码或状态空间推导即可对电路进行仿真。 该软件可实现低至 32 ns 的时间步长，开关频率最高可达 500 kHz，广泛应用于车载充电器、太阳能逆变器、电机驱动器、电动推进系统以及行波继电保护的硬件在环测试。

基于FPGA的电力电子产品仿真 在现场可编程门阵列（FPGA）上而非CPU上求解电路方程，从而使求解器能够以纳秒级的时间步长并行运行。正是这种时间分辨率，使得对快速开关的换流器 进行实时仿真 成为可能。eHS的最小时间步长可达32 ns，支持高达500 kHz的开关频率，并具有625皮秒的过采样能力。

当模型包含快速开关器件、谐振换流器 或动态响应时间小于约10微秒时，应使用FPGA；当模型规模较大但运行较慢时（例如扩展网格网络或车辆级动态模型），则应使用CPU。大多数实际系统需要同时使用这两种方式。eHS支持协同处理仿真 ，因此FPGA负责处理高频开关，而CPU则在同一目标平台上管理更广泛的系统行为。

当仿真 的时间步长过粗，无法分辨开关瞬态市场活动 时，精度会下降，因此状态转换会落在两个时间步之间，求解器会报告一个发生在错误时刻的开关事件。 通常的解决方法，如对换流器模型进行平均处理或人为地解耦网络，都是以牺牲精度为代价来换取稳定性。eHS 通过 625 皮秒的过采样和换流器模型插值来解决这一问题，能够解析远小于仿真 时间步长的开关瞬时，并且无需手动解耦，即可在单个目标上运行多达 21 个三相换流器模型。

是的。SiC 和 GaN 器件的开关速度远快于硅器件，这通常迫使工程师简化拓扑结构或采用平均化模型。 eHS 中的“高速转换器求解器”可对包括谐振式换流器 以及带双向开关的拓扑结构在内的先进架构进行仿真，而无需为了适应预定义的转换器模型而简化拓扑结构。它支持电压源转换器（VSC）应用中高达 500 kHz 的频率，以及谐振式转换器模型中高达 250 kHz 的频率。

eHS 与 Simscape Specialized Power Systems (SPS)、PLECS、PSIM 以及 OPAL-RT 内置的原理图编辑器兼容。 无需编写代码。求解器具有通用性和可重编程性，因此电路以原理图形式绘制，而非通过推导状态空间方程或使用HDL编写。模型可直接部署到OPAL-RT和NI实时平台上，无需重新构建电路；参数集可实时更改，以便在无需重新编译的情况下测试故障条件。

eHS 在 FPGA 上实时运行功率级，而待测的物理控制器则接收真实的 PWM 和模拟信号，因此可以在原型机或车辆问世之前对控制硬件进行验证。 对于车载充电器，这涵盖了基于 OP4610XG 平台、开关频率高达 180 kHz 的 AC-DC PFC 和 DC-DC LLC 谐振级。对于电机驱动器，经过优化的 FPGA 模型涵盖了 PMSM、IPM、BLDC、SPM、感应电机和开关磁阻电机。