測(cè)試電力電子控制單元

　　由于在緊湊的設(shè)計(jì)中支持單相和三相電網(wǎng)充電的靈活性，因此在板載充電器（OBC）通常由圖騰孔配置的功率因子校正（PFC）階段組成，并共振（例如，CLLC）轉(zhuǎn)換器提供其他鍍鋅隔離。這樣的OBC如圖1所示。

　　圖1。 由圖騰孔PFC和CLLC轉(zhuǎn)換器組成的板載充電器的示意圖。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供可以進(jìn)行離線模擬，以設(shè)計(jì)適合此類(lèi)轉(zhuǎn)換器的控制器。但是，硬件中的模擬是終驗(yàn)證和驗(yàn)證控制單元的仿真。由于這些測(cè)試是在沒(méi)有功率階段的電信號(hào)水平上進(jìn)行的，因此不存在高電壓或電流，并且可以在沒(méi)有任何風(fēng)險(xiǎn)的情況下測(cè)試和再現(xiàn)故障行為（例如短路）。
　　為此，需要對(duì)電源電子轉(zhuǎn)換器的足夠的實(shí)時(shí)能力模擬模型。為了模擬準(zhǔn)連續(xù)行為，這些模型的速度至少要比控制半導(dǎo)體的PWM頻率快二十倍。這意味著必須實(shí)現(xiàn)模型步長(zhǎng)，以支持500 kHz的頻率，即基于FPGA的仿真模型，這些模型需要考慮快速的結(jié)構(gòu)變化。
　　基于FPGA的現(xiàn)成拓?fù)?br>　　使用特定的實(shí)時(shí)能力模擬模型用于各個(gè)拓?fù)涫怯欣?，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^(guò)有意義的FPGA資源消耗滿(mǎn)足艱難的性能要求。現(xiàn)在在DSPACE XSG XSG Power Electronics（PES）庫(kù)中可用一些針對(duì)圖騰孔PFC整流器，兩級(jí)逆變器，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器和共振轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)成模型，例如，雙向逆變器，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器和諧振轉(zhuǎn)換器。除了將可配置模型簡(jiǎn)單地集成到FPGA應(yīng)用程序中外，庫(kù)模型還提供了高模擬精度，在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)還可以參數(shù)化，并提供了半導(dǎo)體或組件中故障的模擬。

　　這些模型基于理想的開(kāi)關(guān)模型方法，確保了高度準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。通過(guò)評(píng)估門(mén)信號(hào)以及跨開(kāi)關(guān)設(shè)備的電壓和電流來(lái)考慮不同半導(dǎo)體類(lèi)型（例如SIC或GAN MOSFET和二極管）的行為。為此，使用了所有可能的開(kāi)關(guān)組合的狀態(tài)空間表示形式來(lái)描述動(dòng)態(tài)。通過(guò)并行更新它們，然后執(zhí)行開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制性的短時(shí)尺寸。

　　圖2。 模型結(jié)構(gòu)和提供的接口可以輕松耦合幾種拓?fù)淠Ｐ汀D像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供此外，可配置的接口允許多個(gè)拓?fù)淠Ｐ偷暮?jiǎn)易耦合，如圖2所示。在此處，整流器的測(cè)得的輸出電壓VBU用作DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入，而DC/DC轉(zhuǎn)換器繪制的電流IBU則作為DC/DC轉(zhuǎn)換器繪制為負(fù)載電流輸入到Rectififier。這樣，不僅可以將不同拓?fù)涞哪Ｐ徒M合在一起，而且可以輕松實(shí)現(xiàn)多相拓?fù)洌缇哂卸鄠€(gè)交錯(cuò)受控階段的Buck/Boost-Conderters。
　　板載充電器控制器的實(shí)時(shí)測(cè)試
　　Infineon的Aurix TC3XX提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)時(shí)性能，以確保涵蓋主要運(yùn)營(yíng)范圍的高效率。此外，Aurix TC4X提供了高性能解決方案，以覆蓋完整的操作范圍。在本文中，如圖1所示，Aurix TC4X用于演示板載充電器的控制性能，如圖1所示。對(duì)于將其集成到HIL環(huán)境中，需要建立一個(gè)物理連接，以讀取從控制單元中的半導(dǎo)體的射擊信號(hào)，并從控制單元中恢復(fù)所需的模擬測(cè)量值，并從HIL和Voltages和Voltages和Hil i/o中發(fā)送模擬的測(cè)量值。
　　該結(jié)構(gòu)在圖3中說(shuō)明了PFC整流器的基于FPGA的仿真模型和XSG PES庫(kù)中的DC/DC轉(zhuǎn)換器還包括在HIL系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理器上實(shí)現(xiàn)的接口模型。通過(guò)這些接口，可以將FPGA模型進(jìn)行參數(shù)化，例如，更改離散化方法或在模擬過(guò)程中更新設(shè)備參數(shù)。
　　在FPGA上實(shí)現(xiàn)了其他實(shí)用程序，例如示波器，并允許使用HIL系統(tǒng)的數(shù)字I/O通道捕獲的模擬電流和電壓測(cè)量值或門(mén)信號(hào)。

　　為了執(zhí)行HIL測(cè)試，緊湊的現(xiàn)成的HIL系統(tǒng)已經(jīng)足夠了。在這里，使用了帶有DS6001處理器板，DS6602 FPGA基板和DS6651多I/O模塊的Scalexio Labbox。

　　圖3。 在HIL環(huán)境中測(cè)試OBC控制器作為正在測(cè)試的設(shè)備（DUT）測(cè)試OBC控制器的結(jié)構(gòu)。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供圖4描述了使用實(shí)驗(yàn)軟件捕獲的閉環(huán)操作的結(jié)果，該閉環(huán)軟件與三相，50 Hz網(wǎng)格連接相關(guān)。 PFC階段以100 kHz的恒定開(kāi)關(guān)頻率和CLLC轉(zhuǎn)換器的控制范圍為200 kHz的范圍。

　　圖4。 閉環(huán)操作中OBC的HIL模擬結(jié)果。圖像由Bodo的Power Systems  提供網(wǎng)格電壓和電流完全相同，表明適當(dāng)?shù)腜FC操作。 PFC控制器調(diào)整了800 V的常數(shù)直流鏈路電壓。首先，通過(guò)將所需的電池電流增加到10 A，電池的恒定電流為7 A，也可以觀察到DC鏈路電流的增加，并且可以觀察到三相電流。