과제
공진형 컨버터는 DC/DC 컨버터에 널리 사용되는 토폴로지입니다. 공진형 컨버터는 넓은 작동 범위에서 매우 높은 에너지 밀도와 뛰어난 효율성을 제공합니다. 이러한 뛰어난 특성 덕분에 공진형 컨버터는 전기차의 온보드 충전기에 자주 사용됩니다.
오늘날에는 컴포넌트의 크기와 무게가 매우 중요합니다. 특히 자동차 산업과 같은 모바일 애플리케이션의 경우 더욱 그렇습니다. 이러한 맥락에서 알아야 할 한 가지 중요한 사항은 다음과 같습니다. 공진형 컨버터의 스위칭 주파수가 높을수록 인덕턴스와 변압기가 작아집니다. 이러한 이유로 고주파는 의심할 여지없이 모바일 애플리케이션을 위한 완벽한 선택입니다. 공진형 컨버터의 전력과 응용 분야에 따라 오늘날 스위칭 주파수는 약 100kHz에서 최대 수 MHz까지 다양합니다.
실리콘 카바이드(SiC) 및 질화갈륨(GaN)과 같은 와이드 밴드갭(WBG) 반도체 는 실리콘(Si) 기반 반도체에 비해 훨씬 더 높은 스위칭 주파수에서 비슷한 손실로 작동할 수 있습니다. 실제로 약 10배 더 높은 스위칭 주파수를 처리할 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 자동차 애플리케이션에서는 약 100kHz 이상의 스위칭 주파수가 와이드 밴드갭(WBG) 반도체의 일반적인 영역입니다. 이러한 애플리케이션의 스위칭 주파수는 일반적으로 최대 500kHz 범위이며, 더 높은 주파수로 이동하고 있는 추세입니다.
해결 과제
전력 전자 회로의 HIL(Hardware-in-the-loop) 시뮬레이션은 공진형 컨버터의 제어를 테스트하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 목표는 HIL 시스템에서 전체 전력 전자 장치를 시뮬레이션하며 신호 수준(Signal level)에서 제어를 테스트하고 검증하는 것입니다.
그러나 시뮬레이션에 사용되는 모델에는 시뮬레이션할 수 있는 스위칭 주파수에 대한 내재적 한계가 있습니다. 이 한계는 알고리즘의 컴퓨팅 성능을 포함한 다양한 요인의 결과입니다.
따라서 스위칭 주파수가 급격히 증가하려면 사용된 알고리즘의 성능이 더 높아야 합니다. 안타깝게도 기존 모델과 툴은 필요한 컴퓨팅 성능을 거의 제공하지 못합니다.
dSPACE 솔루션
높은 스위칭 주파수에서 실행되도록 특별히 설계된 시뮬레이션 모델은 성공의 열쇠입니다. dSPACE의 XSG Power Electronics Systems(PES) 솔루션은 이러한 전문 툴입니다. dSPACE의 강력한 소프트웨어는 일반적인 전력 전자 회로의 즉시 사용 가능한 시뮬레이션 모델이 포함된 라이브러리를 제공하며, 고도로 동적인 전기 시스템을 개발하고 테스트하는 데 이상적인 선택입니다. 라이브러리이기는 하지만 포함된 모델은 컴포넌트 등급, 스위칭 요소 유형 및 인터페이스 구성 측면에서 사용자 정의할 수 있습니다.
그리고 가장 좋은 점은: XSG PES는 최대 500kHz의 높은 스위칭 주파수에서 CLLC 공진형 컨버터를 시뮬레이션할 수 있어 고속 스위칭 공진형 컨버터를 테스트하는 데 완벽한 선택이라는 점입니다.
dSPACE의 XSG PES 솔루션은 회로에 필요한 FPGA 모델을 생성합니다. 이 모델을 기존 FPGA 프레임워크에 통합한 후, dSPACE 실시간 하드웨어용 구성 및 구현 소프트웨어인 ConfigurationDesk를 사용하여 FPGA 빌드를 구성하고 생성할 수 있습니다. 마지막으로, FPGA 빌드를 SCALEXIO HIL(hardware-in-the-loop) 시스템에 업로드하여 시뮬레이션과 테스트를 실행하고 결과를 추적할 수 있습니다.
