降圧コンバーターシミュレーションとは?

シミュレーションを用いたデジタルコントローラーの設計により、DC-DC 降圧コンバーターが、負荷電流と電源電圧の変化に伴って適切に電圧を制御しているか確認することができます。シミュレーションにより、電力段コンポーネントを適切に選択して、出力電圧リップルと許容電力損失を最小化することができます。電力段とコントローラーの閉ループシミュレーションにより、パワーエレクトロニクスのエンジニアは、コントローラーが実装されてハードウェアが構築される前に設計の選択を評価して検証することができます。

電力コンバーターを設計するときには、次のようなタスクを実施するシミュレーションを検討する必要があります。

電圧制御のためのフィードバックコントローラー設計

コントローラー設計と同時に RLC 素子の最適化
半導体スイッチの定常状態と動的特性の推定
動特性と電力品質の解析
組み込みマイクロプロセッサまたは FPGA でのデジタルコントローラーのプロタイピングと実装

Simulink^® でのシミュレーションを用いた制御システム設計により、ハードウェアでのテスト時にはコンバーターが意図したとおりに動作するよう、コンバーターを設計、検証、および実装することができます。以下を行うことができます。

標準回路コンポーネントを使用した電力段のモデル化、またはあらかじめ用意されている降圧コンバーターブロックの使用。
さまざまな詳細度でのコンバーターモデルのシミュレーション: システムのダイナミクスの平均モデル、スイッチング特性のビヘイビアモデル、および寄生成分と詳細設計のための詳細な非線形スイッチングモデル。
電圧モード制御や電流モード制御など、異なったコントローラーアーキテクチャの設計、シミュレーション、および比較。
AC 周波数スイープやシステム同定などによるスイッチングの影響を含めた非線形コンバーターモデルでの、ボード線図および根軌跡表示による対話方式のループ整形など、古典制御手法の適用。
自動調整ツールを用いた、単一または複数のフィードバックループでのコントローラーゲインの自動調整。さまざまな操作点に対応するゲインスケジューリングコントローラーの設計。
電源のスイッチング操作における、コンポーネントの許容誤差と故障イベントの影響をモデル化して評価。
たとえば整流器や始動発電機など、DC-DC 電力コンバーターがコンポーネントとなっている大規模システムの一部としてシミュレーションすることにより、降圧コンバーターの電力品質を評価。
リアルタイムターゲットコンピューターを使用したラピッドプロトタイピング、またはマイクロコントローラーや FPGA での実装のため、制御アルゴリズムから C または HDL コードを生成。
ハードウェアインザループシミュレーションを使用したコントローラーの検証のため、回路モデルから C または HDL コードをリアルタイムターゲットコンピューターに生成。