벅 컨버터 시뮬레이션이란?

시뮬레이션을 이용하여 디지털 제어기를 설계하면, 부하 전류와 소스 전압이 변화할 때 DC-DC 벅 컨버터가 적절히 전압을 조절하도록 하는데 도움이 될 수 있습니다. 시뮬레이션을 통해 전력부 구성요소을 적절히 선택함으로써 전력 전압 리플을 최소화하고 전력 손실을 적절한 수준에 유지합니다. 전력부와 제어기를 폐루프 시뮬레이션함으로써 전력 전자 엔지니어는 제어기를 구현하고 하드웨어를 구축하기 전에 자신이 선택한 설계를 평가하고 검증할 수 있게 됩니다.

전력 컨버터를 설계할 때, 다음과 같은 과제 수행에 시뮬레이션을 고려해야 합니다.

전압 조절을 위해 피드백 제어기 설계

• 제어기 설계와 동시에 RLC 구성요소 최적화
• 반도체 스위치의 정상 상태 및 동적 특성을 추정
• 동적 성능과 전력 품질을 분석
• 임베디드 마이크로프로세서 또는 FPGA에 디지털 제어기를 프로토타이핑하고 구현

Simulink^®를 통한 시뮬레이션을 이용하여 제어 시스템을 설계하면, 하드웨어 테스팅을 시작할 때, 컨버터가 의도한 대로 작동한다는 점을 알고 컨버터를 설계, 검증, 구현할 수 있습니다. 이를 위해 다음과 같은 것들을 수행할 수 있습니다.

• 표준 회로 구성요소 또는 미리 구축된 벅 컨버터 블록을 활용하여 전력부를 모델링합니다.
• 시스템 동역학을 반영한 평균 모델, 스위칭 특성을 반영한 거동 모델, 기생 설계 및 상세 설계를 반영한 상세한 비선형 스위칭 모델 등 다양한 충실도로 컨버터 모델을 시뮬레이션합니다.
• 전압 모드 제어와 전류 모드 제어 등 다양한 제어기 아키텍처를 설계 및 시뮬레이션하고 비교합니다.
• AC 주파수 스위핑 또는 시스템 식별 등의 방법을 활용하여, 스위칭 효과가 포함된 비선형 컨버터 모델에 대한 보데 선도 및 근궤적도를 이용한 상호작용식 루프 형성 등 고전적인 제어 기법을 활용합니다.
• 자동 튜닝 툴을 이용하여 단일 또는 다수의 피드백 루프에서 제어기 게인을 자동으로 튜닝합니다. 동작점 변화를 반영하기 위해 게인 스케줄링 제어기를 설계합니다.
• 스위칭 전원의 작동에 있어서 대해 구성요소의 공차와 결합 이벤트가 미치는 영향에 대해 모델링하고 평가합니다.
• 구성요소 중에 하나인 DC-DC 전력 변환기가 정류기 또는 시동 발전기와 같이 더 큰 시스템의 일부로서 시뮬레이션하여 벅 컨버터의 전력 품질을 평가합니다.
• 실시간 타겟 컴퓨터를 이용하여 래피드 프로토타이핑하거나 마이크로컨트롤러 또는 FPGA에 구현하기 위해, 제어 알고리즘으로부터 C 또는 HDL 코드를 생성합니다.
• HIL(hardware-in-the-loop) 시뮬레이션을 이용하여 컨트롤러를 검증하기 위해, 회로 모델로부터 실시간 타겟 컴퓨터로 C 또는 HDL 코드를 생성합니다.