パワー エレクトロニクス シミュレーションとは?
電力変換には、IGBT、パワー MOSFET、および他の半導体パワー エレクトロニクスが必要になります。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、安定性の確保、電力品質の向上、動的性能の最適化、および故障への対処が可能になります。パワーエレクトロニクス シミュレーションは、ハードウェアでのテスト前の開発の初期段階で、電気システムのデジタル制御アルゴリズム、パワー半導体、およびバランスの調整を明確にします。バッテリー管理システムおよびモータードライブ、電力コンバーター、インバーターなどのパワー エレクトロニクス ベースのシステムにおける、高速な閉ループ シミュレーションにより、パワー エレクトロニクス エンジニアはコントローラーが実装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。
パワー エレクトロニクス シミュレーションは次のようなタスクに最適です。
- 新規トポロジおよび制御戦略の設計と検証
- エネルギー源、パワー半導体、受動回路要素、および PMSM や誘導モーターなどの装置のモデル ライブラリを使用したシステム挙動の最適化
- 故障および異常条件へのシステム反応の解析
- 実装に移行する前にシミュレーションにより設計上の問題を解決
- 作成したモデルを現行のプロジェクトに限らず、次期プロジェクトでも再利用
昇圧コンバーターのデジタル制御 Simulink モデル
Simulink® を用いたパワー エレクトロニクス シミュレーションにより、標準回路コンポーネントを使用した複数のスイッチングデバイスを持つ複雑なトポロジをモデル化することができます。平均的なモデルまたは理想的なスイッチング挙動で高速なシミュレーションを実行する、または寄生および詳細設計のための詳細非線形スイッチングモデルを使用することができます。SPICE のような汎用回路シミュレーションと異なり、Simulink を用いたパワー エレクトロニクス シミュレーションは、制御設計、最適化ベースの調査、およびシミュレーション モデルからの自動コード生成のための次の機能を提供します。
- 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。
- 周期定常状態の動作点を算出して起動時の過渡応答を排除し、シミュレーションを高速化するとともに、周波数応答推定のための正確な動作条件を提供します。
- システム同定の手法を使用してパラメトリックモデルを当てはめ、ボード線図解析や根軌跡解析などの古典制御設計手法を適用します。
- 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。スライディングモード制御またはゲイン スケジューリングなどの手法を使用した非線形コントローラーの設計。
- 障害保護回路およびロジックの設計および徹底的なテスト。
- 最適化および解析ツールを使用したシステムパラメーターの最適化と感度解析の実施。
- 複数のシミュレーションを必要とする調査をマルチコアプロセッサおよびコンピューター クラスターで並行的に実行し、調査を加速。
- 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を使用したコントローラーの検証のため、回路または装置モデルから C または HDL コードをマルチコア CPU および FPGA を持つリアルタイム ターゲット コンピューターに対し生成。
- 太陽光発電の単独運転防止などのための、UL 1741 のような政府規制と規格に準拠する組み込みソフトウェアの開発に、形式検証機能を適用。
使用例および使い方
ユーザー事例
記事
ソフトウェア リファレンス
Power Electronics Simulation FAQs
Power electronics simulation models the interaction of digital control algorithms, power semiconductors, and electrical systems to help design controllers for systems like motor drives, power converters, and inverters before hardware testing begins.
You can design and validate new topologies and control strategies, optimize system behavior, analyze fault responses, eliminate design problems early, and reuse models to speed up design iterations and next-generation projects.
Unlike SPICE, Simulink provides capabilities for control design, optimization-based studies, and automatic code generation, allowing you to design controllers, autotune gains, and generate C or HDL code for implementation.
You can run fast simulations with average models or ideal switching behavior or use detailed nonlinear switching models that include device parasitics and are suited for detailed design of complex converter topologies with multiple switching devices.
Yes, you can generate C or HDL code from control algorithms for rapid prototyping or implementation on microcontrollers and FPGAs, and from circuit models for hardware-in-the-loop validation.
You can design and compare controller architectures, apply classical control techniques like loop shaping with Bode plots, autotune controller gains, design nonlinear controllers, and validate controller behavior under fault conditions.
You can use optimization and analysis tools to tune system parameters, conduct sensitivity and trade-off studies, and accelerate design exploration by running multiple simulations in parallel on multicore processors and computing clusters.
You can model energy sources, power semiconductors like IGBTs and MOSFETs, passive circuit elements, and machines such as PMSM and induction motors using standard circuit components and model libraries.
参考: 物理モデリング, MPPT アルゴリズム, Simscape Electrical, PID 制御, Simulink を用いたパワー エレクトロニクス制御設計, BLDC モーター制御, バッテリー管理システム (BMS), 力率の補正, バッテリーの充電状態, dual active bridge
