Simulazione di convertitori boost

Progettare controller digitali per convertitori boost mediante la simulazione

Progettare un controller digitale con la simulazione può aiutare ad accertarsi che un convertitore boost CC-CC regoli adeguatamente la tensione al variare della corrente di carico e della tensione di origine. Grazie alla simulazione riuscirai a scegliere i componenti degli stadi di potenza più adatti per ridurre al minimo l’ondulazione della tensione in uscita e ottenere perdite di energia accettabili. La simulazione a circuito chiuso dello stadio di potenza e del controller consente ai progettisti dell’elettronica di potenza di valutare e verificare le loro scelte progettuali prima di implementare un controller e di realizzare un hardware.

In fase di progettazione di un convertitore di potenza, dovresti prendere in considerazione la simulazione per le seguenti attività:

  • Progettazione di un controller di feedback per la regolazione della tensione
  • Ottimizzazione dei componenti RLC insieme alla progettazione del controller
  • Stima delle caratteristiche dinamiche e stazionarie degli interruttori a semiconduttore
  • Analisi delle prestazioni dinamiche e della qualità dell’energia
  • Prototipazione e implementazione del controller digitale su un microprocessore embedded o un FPGA

La progettazione dei sistemi di controllo usando la simulazione con Simulink® ti permette di progettare, convalidare e implementare il tuo convertitore sapendo che funzionerà proprio come volevi quando inizierai i test dell’hardware.

È possibile:

  • Modellare lo stadio di potenza utilizzando componenti di circuito standard o un blocco di convertitore boost predefinito
  • Simulare il modello di convertitore a vari livelli di fedeltà: modelli medi per la dinamica del sistema, modelli comportamentali per le caratteristiche di commutazione e modelli dettagliati di commutazione non lineare per la progettazione dettagliata e parassita
  • Progettare, simulare e confrontare diverse architetture di controller, tra cui il controllo della modalità di tensione e corrente
  • Applicare tecniche di controllo classiche come il loop shaping interattivo con diagrammi di Bode e root-locus su modelli di convertitori non lineari che includono effetti di commutazione che utilizzano metodi come gli sweep di frequenza CA e identificazione del sistema
  • Regolare automaticamente (autotune) i guadagni dei controller in cicli di feedback singoli o multipli utilizzando strumenti di regolazione automatizzati. Progettare controller gain-scheduled per tenere conto delle variazioni dei punti operativi
  • Modellare e valutare l’impatto delle tolleranze dei componenti e degli errori sul funzionamento di un alimentatore a commutazione
  • Valutare la qualità dell’energia dei convertitori boost simulandola come parte di un sistema più ampio in cui un convertitore di potenza CC-CC costituisce uno dei componenti (ad esempio, un alimentatore digitale o un array fotovoltaico collegato alla rete)
  • Generare codice C o HDL da algoritmi di controllo per la prototipazione rapida utilizzando un computer target in tempo reale o per l’implementazione su un microcontroller o FPGA
  • Generare codice C o HDL da modelli di circuito a computer target in tempo reale per convalidare un controller utilizzando la simulazione hardware-in-the-loop

La progettazione di controlli basata sulla simulazione non è limitata ai soli convertitori boost e può essere applicata nello sviluppo di altri tipi di convertitori, tra cui i convertitori buck, Cuk, flayback, forward e push-pull.

Accelerare la progettazione di controllo digitale dei convertitori CC-CC con Simulink

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