Simulation d'un hacheur série (Buck converter)

Concevoir un contrôleur numérique par simulation permet de garantir qu'un convertisseur Buck DC-DC régulera correctement la tension en cas de variations du courant de la charge ou de la tension de la source. La simulation permet de choisir les bons composants de l'étage de puissance pour assurer une oscillation minimale de la tension de sortie et des pertes de puissance acceptables. La simulation en boucle fermée de l'étage de puissance et du contrôleur permet aux ingénieurs en électronique de puissance d'évaluer et de vérifier leurs choix avant d'implémenter un contrôleur et de développer le hardware.

Lorsque vous concevez un convertisseur de puissance, vous devriez envisager la simulation pour effectuer les tâches suivantes :

• La conception d'un contrôleur pour la régulation de la tension
• L’optimisation des composants RLC en parallèle de la conception du contrôleur
• L’estimation des caractéristiques statiques et dynamiques des interrupteurs de puissance
• L’analyse des performances dynamiques et de la qualité de la conversion
• Le prototypage et l’implémentation du contrôleur numérique sur un microprocesseur embarqué ou un FPGA

Le développement de systèmes de contrôle grâce à la simulation avec Simulink^® vous permet de concevoir, valider et implémenter votre convertisseur avec la certitude qu'il fonctionnera comme prévu lorsque vous débuterez les tests matériel. Avec la simulation, vous pouvez 

• Modéliser l'étage de puissance à l'aide de composants standards, ou utiliser directement un bloc prêt à l’emploi représentant un convertisseur Buck complet
• Simuler ce modèle de convertisseur avec différents niveaux de fidélité : modèles moyens pour la dynamique du système, modèles comportementaux pour prendre en compte les caractéristiques de commutation et modèles de commutation non linéaires détaillés pour rendre compte des parasites et pour la conception détaillée

• Concevoir, simuler et comparer différentes architectures de contrôleurs, notamment le contrôle en tension et le contrôle en courant
• Appliquer des techniques de contrôle de type loop-shaping ou encore de placement de pôles sur des modèles de convertisseurs non linéaires comportant des commutations (notamment grâce à des méthodes telles que le balayage de fréquences (AC) ou l'identification de systèmes)
• Régler automatiquement les gains de contrôleurs comportant une ou plusieurs boucles de rétroaction. Concevoir des contrôleurs aux gains tabulés pour tenir compte des variations de points de fonctionnement.
• Evaluer l'impact du tolérancement des composants ou celui des défaillances sur le fonctionnement d'une alimentation à découpage
• Évaluer la qualité de conversion d’un convertisseur Buck en le simulant en tant que partie d'un système plus étendu (par exemple un redresseur ou un système de démarrage de génératrice)
• Générer du code C ou HDL à partir d'algorithmes de contrôle, par exemple à des fins de prototypage rapide sur une machine temps-réel, ou pour les implémenter sur un FPGA ou un microcontrôleur
• Générer du code C ou HDL à partir de modèles physiques de circuits en vue de le déployer sur une machine temps-réel afin de construire un banc HIL pour la validation de contrôleurs (hardware-in-the-loop)

Le recours à la simulation pour la conception de contrôleurs ne se limite pas aux convertisseurs Buck. Elle peut être appliquée au développement d'autres types de convertisseurs, notamment les hacheurs parallèle (Boost), les alimentations à découpage (Cuk, Flyback, Forward) ou encore les amplificateurs de tension (Push-Pull).