Die Aufgabe
Resonanzumrichter sind eine weit verbreitete Topologie für DC/DC-Wandler. Sie bieten eine sehr hohe Energiedichte und einen hervorragenden Wirkungsgrad über einen weiten Betriebsbereich. Dank dieser hervorragenden Eigenschaften werden Resonanzumrichter häufig in On-Board Chargern von Elektrofahrzeugen eingesetzt.
In unserer heutigen Welt sind die Größe und das Gewicht von Komponenten von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei mobilen Anwendungen wie in der Automobilindustrie. Hierbei ist wichtig zu wissen: Je höher die Schaltfrequenz des Resonanzumrichters, desto kleiner werden die Induktivitäten und Transformatoren. Deshalb sind hohe Frequenzen zweifellos die ideale Wahl für mobile Anwendungen. Je nach Leistung und Anwendung der Resonanzumrichter reicht ihre Schaltfrequenz heutzutage von etwa 100 kHz bis hin zu mehreren MHz.
Halbleiter mit großem Bandabstand (Wide-Bandgap, WBG) wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) können im Vergleich zu Halbleitern auf Siliziumbasis (Si) mit wesentlich höheren Schaltfrequenzen arbeiten – bei ähnlichen Verlusten. Tatsächlich können sie Schaltfrequenzen verarbeiten, die etwa 10 Mal höher sind. Dank dieser Eigenschaft sind Schaltfrequenzen über etwa 100 kHz das typische Einsatzgebiet für WBG-Halbleiter in Automobilanwendungen. Die Schaltfrequenzen in diesen Anwendungen liegen in der Regel bei bis zu 500 kHz , und der Trend geht zu noch höheren Frequenzen.
Herausforderungen
Die Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation von leistungselektronischen Schaltungen ist eine bewährte Methode zum Testen der Steuerungen von Resonanzumrichtern. Ziel ist es, die Steuerungen auf der Signalebene zu testen und zu validieren, während die gesamte Leistungselektronik auf einem HIL-System simuliert wird.
Die für die Simulation verwendeten Modelle stoßen jedoch an ihre Grenzen, wenn es um die Schaltfrequenz geht, die sie simulieren können. Das ergibt sich aus verschiedenen Faktoren, unter anderem aus der Rechenleistung der Algorithmen.
Der drastische Anstieg der Schaltfrequenz erfordert daher eine höhere Leistungsfähigkeit der verwendeten Algorithmen. Leider sind die bestehenden Modelle und Tools kaum in der Lage, die erforderliche Rechenleistung zu erbringen.
Die dSPACE Lösung
Simulationsmodelle, die speziell für hohe Schaltfrequenzen ausgelegt sind, sind der Schlüssel zum Erfolg. Unsere Lösung XSG Power Electronics Systems (PES) ist ein solch spezialisiertes Tool. Die leistungsstarke dSPACE Software bietet eine Bibliothek mit einsatzbereiten Simulationsmodellen gängiger leistungselektronischer Schaltungen und eignet sich perfekt für die Entwicklung und den Test hochdynamischer elektrischer Systeme. Obwohl es sich um eine Bibliothek handelt, lassen sich die enthaltenen Modelle hinsichtlich der Komponentenwerte, der Art der Schaltelemente und der Schnittstellenkonfiguration individuell anpassen.
Und das Beste: XSG PES kann CLLC-Resonanzumrichter bei hohen Schaltfrequenzen von bis zu 500 kHz simulieren und ist damit die ideale Wahl für den Test schnell schaltender Resonanzumrichter.
Unsere XSG-PES-Lösung erstellt das benötigte FPGA-Modell Ihrer Schaltung. Nachdem Sie dieses Modell in Ihr bestehendes FPGA-Framework integriert haben, können Sie den FPGA-Build mit ConfigurationDesk, unserer Konfigurations- und Implementierungssoftware für dSPACE Echtzeit-Hardware, konfigurieren und generieren. Abschließend können Sie den FPGA-Build in Ihr SCALEXIO Hardware-in-the-Loop (HIL)-System hochladen, um Simulationen und Tests durchzuführen und die Ergebnisse zu verfolgen.
