전력 전자 시뮬레이션

시뮬레이션을 이용하여 전력 전자용 디지털 컨트롤러를 설계

전력 전환에는 IGBT 제어, 전력 MOSFET, 기타 고체 전력 전자기기가 필요합니다. 시뮬레이션을 통해 디지털 제어기를 설계하면 안정성을 보장하고 전력 품질을 개선하며, 동적 성능을 최적화하고 고장 조건을 처리하는 데 도움이 됩니다. 전력 전자 시뮬레이션을 하면 디지털 제어 알고리즘과 전력 반도체의 상호작용, 전기 시스템의 균형 등에 대한 통찰을 하드웨어 테스팅을 시작하기 전, 개발 초기에 얻을 수 있습니다. 배터리 관리 시스템 및 모터 드라이브, 전력 컨버터, 인버터와 같은 전력 전자 기반 시스템을 빠르게 폐루프 시뮬레이션하면 전력 전자 엔지니어는 제어기를 구현하기 전에, 자신이 선택한 설계를 평가하고 검증할 수 있게 됩니다.

다음과 같은 과제에는 전력 전자 시뮬레이션을 고려해야 합니다.

  • 새로운 토폴로지와 제어 전략을 설계하고 검증
  • 에너지 소스, 전력 반도체, 패시브 회로 소자, PMSM 및 유도 모터 등 머신의 모델 라이브러리를 이용하여 시스템 거동을 최적화
  • 결함 및 비정상적 조건에 대한 시스템 응답을 분석
  • 구현을 진행하기 전에 시뮬레이션을 통해 발견한 설계 문제 해결
  • 모델을 재사용하여 설계 반복과 차세대 프로젝트를 가속화

부스트 컨버터의 디지털 제어 대한 Simulink 모델.

Simulink®를 이용하여 전력 전자 시뮬레이션을 하면, 표준 회로 구성요소를 이용하여 다수의 스위치 장치가 있는 복잡한 토폴로지를 모델링할 수 있습니다. 평균 모델 또는 이상적인 스위칭 거동을 적용하여 빠르게 시뮬레이션을 실행하거나 기생 및 상세 설계를 위해 상세한 비선형 스위칭 모델을 사용할 수 있습니다. SPICE와 같은 범용 회로 시뮬레이터와는 달리, Simulink를 이용한 전력 전자 시뮬레이션은 제어 설계, 최적화 기반 연구, 시뮬레이션 모델로부터의 자동 코드 생성에 관한 다음과 같은 능력이 있습니다.

  • 제어기 아키텍처를 설계하고 시뮬레이션하며 비교합니다.
  • AC 주파수 스위핑 또는 시스템 식별과 같은 방법을 이용하여, 스위칭 효과가 포함된 비선형 시스템 모델에 대한 보데 선도 및 근궤적도을 이용한 상호작용식 루프 형성과 같은 고전적인 제어 기법을 적용합니다.
  • 자동 튜닝 툴을 이용하여 단일 또는 다수의 피드백 루프에서 제어기 게인을 자동으로 튜닝합니다. 슬라이딩 모드 제어 또는 게인 스케줄링 등의 기법을 이용하여 비선형 제어기를 설계합니다.
  • 결함 방지 회로와 로직을 설계하고 철저히 테스트합니다.
  • 최적화 및 분석 툴을 이용하여 시스템 파라미터를 최적화하고 민감도 분석을 수행합니다.
  • 멀티코어 프로세서와 컴퓨팅 클러스터에서 병렬로 실행함으로써, 다수의 시뮬레이션이 필요한 연구의 속도를 높입니다.
  • 제어 알고리즘으로부터 C 또는 HDL 코드를 생성하여, 실시간 타겟 컴퓨터를 이용하여 래피드 프로토타이핑하거나 마이크로컨트롤러나 FPGA에 구현합니다.
  • HIL(hardware-in-the-loop)을 이용하여 제어기를 검증하기 위해, 회로와 머신 모델로부터 멀티코어 CPU와 FPGA가 있는 실시간 타겟 컴퓨터에 C 또는 HDL 코드를 생성합니다.
  • 태양광 발전에 관한 단독운전 방지 등과 같은 어플리케이션에 대해 UL 1741과 같은 정부 규정과 표준에 부합하게 임베디드 소프트웨어를 개발하도록 공식적 검증 기능을 적용합니다.

Simulink를 이용한 DC-DC 컨버터 디지털 제어 설계 가속화

소프트웨어 참고문헌

  • 반도체 - 반도체를 이용한 전력의 변환 및 정류에 관한 기술 문서
  • 패시브 장치 - AC 전력 케이블, 변압기, RLC 부하 및 송전선을 이용한 전력 전송 및 변환에 대한 기술 문서
  • 머신 - 비동기 및 동기 머신, 모터, 머신 측정에 대한 기술 문서

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