부스트 컨버터 시뮬레이션이란?

시뮬레이션을 이용하여 디지털 제어기를 설계하면, 부하 전류와 전원 전압이 변할 때 DC-DC 부스트 컨버터가 전압을 적절히 조절하도록 하는데 도움이 될 수 있습니다. 시뮬레이션을 통해 전력부 구성품을 적절히 선택함으로써 출력 전압 리플을 최소화하고, 전력 손실을 허용 가능한 상태로 유지합니다. 전력부와 제어기를 폐루프로 시뮬레이션함으로써 전력 전자 엔지니어는 제어기를 구현하고 하드웨어를 구축하기 전에 구현한 설계를 평가하고 검증할 수 있습니다.

전력 컨버터를 설계할 때는 다음 과제에 대한 시뮬레이션을 고려해야 합니다.

• 전압 조절을 위한 피드백 제어기 설계
• 제어기 설계와 동시에 RLC 구성품을 최적화
• 반도체 스위치의 정상 상태 및 동적 특성을 추정
• 동적 성능과 전력 품질을 분석
• 임베디드 마이크로프로세서 또는 FPGA에 디지털 제어기를 프로토타이핑하고 구현

Simulink^®를 이용한 시뮬레이션을 통해 제어 시스템을 설계하면, 하드웨어 테스팅을 시작할 때 의도한 대로 작동한다는 것을 안 상태에서 컨버터를 설계, 검증, 구현할 수 있게 됩니다. 다음을 수행할 수 있습니다.

• 표준 회로 구성요소 또는 내장된 부스트 컨버터 블록을 이용하여 전력부를 모델링합니다.
• 시스템 동역학을 고려한 평균 모델, 스위칭 특성을 고려한 거동 모델, 기생 설계 또는 상세 설계를 고려한 상세 비선형 스위칭 모델 등 다양한 충실도에서 컨버터 모델을 시뮬레이션합니다.
• 전압 모드 제어 및 전류 모드 제어 등 다양한 제어기 아키텍처를 설계, 시뮬레이션, 비교합니다.
• AC 주파수 스위핑 또는 시스템 식별과 같은 방법을 이용하여, 스위칭 효과가 포함된 비선형 컨버터 모델에 대한 보데 및 근궤적 플롯을 이용한 상호작용식 루프 형성과 같은 고전적인 제어 기법을 적용합니다.
• 자동 튜닝 툴을 이용하여 하나 또는 여러 피드백 루프에서 제어기 게인을 자동으로 튜닝합니다. 동작점 변화를 고려하기 위해, 게인 스케줄링 제어기를 설계합니다.
• 구성요소의 공차와 고장 이벤트가 스위칭 전원에 미치는 영향을 모델링하고 평가합니다.
• 디지털 파워 서플라이 또는 PV 어레이를 포함한 전력망 등 시스템의 일부로서 DC-DC 전력 컨버터가 구성요소인 더 큰 시스템의 부스트 컨버터를 시뮬레이션하여 전력 품질을 평가합니다.
• 실시간 타겟 컴퓨터를 이용하여 빠르게 프로토타이핑하거나 마이크로컨트롤러 또는 FPGA에 구현하기 위해, 제어 알고리즘으로부터 C 또는 HDL 코드를 생성합니다.
• HIL(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션을 이용하여 제어기를 검증하기 위해, 회로 모델로부터 실시간 타겟 컴퓨터로 C 또는 HDL 코드를 생성합니다.

시뮬레이션 기반 제어 설계는 부스트 컨버터로 한정되지 않으며, 벅 컨버터, 척 컨버터, 플라이백 컨버터, 포워드 컨버터, 푸쉬풀 컨버터 등 다른 유형의 컨버터 개발에도 적용할 수 있습니다.