Simulation von Aufwärtswandlern

Der Entwurf einer digitalen Regelung mithilfe einer Simulation kann dazu beitragen, dass ein DC/DC-Aufwärtswandler die Spannung korrekt regelt, wenn Laststrom und Quellspannung sich ändern. Die Simulation ist die Grundlage für die richtige Auswahl der Komponenten der Leistungsendstufe, um eine minimale Welligkeit der Ausgangsspannung und akzeptable Leistungsverluste sicherzustellen. Die geschlossene Simulation von Leistungsendstufe und Steuerung ermöglicht es den Leistungselektronikern, ihre Designentscheidungen zu bewerten und zu verifizieren, bevor ein Regler implementiert und Hardware gebaut wird.

Beim Entwurf eines Stromrichters kann die Simulation für die folgenden Aufgaben hilfreich sein:

• Entwurf einer Regelung zur Spannungsregulierung
• Optimierung von RLC-Komponenten parallel zum Regelungsdesign
• Schätzung der stationären und dynamischen Eigenschaften der Halbleiterschalter
• Analyse der dynamischen Leistung und der Stromqualität
• Prototyping und Implementierung der digitalen Regelung auf einem integrierten Mikroprozessor oder einem FPGA

Wenn Sie Regelungssysteme mithilfe von Simulationen in Simulink^® entwickeln, können Sie Ihren Stromrichter in dem Wissen entwerfen, validieren und implementieren, dass er zu Beginn der Hardwaretests wie vorgesehen funktioniert. Folgendes ist möglich:

• Modellieren Sie die Leistungsendstufe mithilfe Standard-Schaltungskomponenten, oder verwenden Sie einen vorgefertigten Boost Converter-Block.
• Simulieren Sie das Modell für Ihren Stromrichter in verschiedenen Genauigkeitsgraden: Durchschnittsmodelle für die Systemdynamik, Verhaltensmodelle für das Schaltverhalten und detaillierte Schaltungsmodelle für die Untersuchung parasitärer Effekte und den detaillierten Entwurf.
• Entwerfen, simulieren und vergleichen Sie verschiedene Reglerarchitekturen, einschließlich der Regelung von Spannungs- und Strommoden.
• Wenden Sie klassische Reglerentwurfstechniken wie interaktives Loop-Shaping mit Bode-Diagrammen und Wurzelortskurven auf nichtlineare Stromrichter-Modelle an, die Schalteffekte umfassen, indem Sie zur Bestimmung des Regelstreckenverhaltens Methoden wie Frequenzgangsmessungen oder die Systemidentifikation nutzen.
• Stimmen Sie Reglerverstärkungen mithilfe automatisierter Optimierungstools in einer oder mehreren Rückkoppelschleifen ab. Entwerfen Sie Regler mit Gain-Scheduling, um Variationen des Betriebspunkts zu berücksichtigen.
• Modellieren und bewerten Sie die Auswirkungen von Bauteiltoleranzen und Fehlerereignissen auf den Betrieb eines Schaltnetzteils.
• Bewerten Sie die Stromqualität eines Aufwärtswandlers, indem Sie ihn als Teil eines größeren Systems simulieren, das einen DC/DC-Wandler als Komponente enthält, wie z.B. bei einer digitalen Stromversorgung oder einem netzgekoppelten PV-Array.
• Generieren Sie C- oder HDL-Code aus Regelungs- und Steuerungsalgorithmen für das Rapid Prototyping mit einer Echtzeit-Plattform oder für die Implementierung auf einem Microcontroller oder FPGA.
• Generieren Sie C- oder HDL-Code aus den Schaltungsmodellen für eine Echtzeit-Plattform zur Validierung des Verhaltens mittels Hardware-in-the-Loop-Simulation.

Das simulationsbasierte Steuerungsdesign ist nicht auf Aufwärtswandler beschränkt, sondern kann auch bei der Entwicklung anderer Wandlertypen eingesetzt werden, einschließlich Abwärts-, Ćuk-, Sperr-, Eintakt- und Gegentakt-Wandler.