Simulazione di elettronica di potenza

Progettare controller digitali per elettronica di potenza utilizzando la simulazione

La conversione di potenza richiede il controllo di IGBT, MOSFET di potenza e altra elettronica di potenza a stato solido. La progettazione di un controller digitale con la simulazione può contribuire a garantire stabilità, migliorare la qualità di potenza, ottimizzare la performance dinamica e gestire le condizioni di guasto. La simulazione di elettronica di potenza fornisce una visione nell’interazione degli algoritmi di controllo digitali, semiconduttori di potenza e il bilanciamento del sistema elettrico in anticipo durante lo sviluppo, prima che inizino i test sull’hardware. Per i sistemi di gestione della batteria e i sistemi basati sull’elettronica di potenza come trasmissioni motore, convertitori e invertitori di potenza, la simulazione rapida a circuito chiuso consente ai progettisti dell’elettronica di potenza di valutare e verificare le loro scelte progettuali prima di implementare un controller.

La simulazione di elettronica di potenza dovrebbe essere considerata per le seguenti attività:

  • Progettazione e validazione di nuove topologie e strategie di controllo
  • Ottimizzazione del comportamento del sistema utilizzando librerie di modelli di fonti di energia, semiconduttori di potenza, elementi di circuito passivi e macchine come motori a induzione e PMSM
  • Analisi della risposta del sistema a guasti e condizioni anormali
  • Eliminazione di problemi di progettazione trovati grazie alla simulazione prima di passare all’implementazione
  • Riutilizzo di modelli per velocizzare le iterazioni progettuali e progetti di prossima generazione

Modello Simulink di un controllo digitale di un convertitore boost.

La simulazione di elettronica di potenza con Simulink® consente di modellare topologie complesse con dispositivi di commutazione multipli, utilizzando componenti circuitali standard. È possibile eseguire simulazioni rapide con modelli medi o comportamento di commutazione ideale, o utilizzare modelli di commutazione non lineare dettagliata per progettazione dettagliata e parassita. A differenza di simulatori a circuito generale come SPICE, la simulazione di elettronica di potenza con Simulink fornisce le seguenti funzionalità per progettazione di controllo, studi basati sull’ottimizzazione e generazione di codice automatica da modelli di simulazione:

  • Progettare, simulare e confrontare architetture dei controller
  • Applicare tecniche di controllo classiche come il loop shaping interattivo con diagrammi di Bode e root-locus su modelli di sistemi 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 non lineari utilizzando tecniche come sliding mode control o gain scheduling
  • Progettare e verificare integralmente circuiti e logica di protezione dai guasti.
  • Utilizzare strumenti di ottimizzazione e analisi per ottimizzare i parametri di sistema ed eseguire analisi di sensibilità
  • Accelerare studi che richiedono più simulazioni mediante la loro esecuzione in processori paralleli o multicore e gruppi di calcolo
  • 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 e di macchina a computer target in tempo reale con CPU e FPGA multicore per convalidare un controller utilizzando hardware-in-the-loop
  • Applicare funzionalità di convalida formale per sviluppare software embedded per conformarsi alle normative e agli standard del governo, come UL 1741 per applicazioni come l’anti-islanding per la generazione di energia solare

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

Riferimenti software

  • Semiconduttori - Convert and rectify power using semiconductors - Documentation
  • Dispositivi passivi - Transmit and transform power using AC power cables, transformers, RLC branches and loads, and transmission lines - Documentation
  • Macchine - Asynchronous and synchronous machines, motors, machine measurements - Documentation

Parti dalle operazioni di base per arrivare a quelle più avanzate grazie ad esempi e tutorial interattivi.

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