Emulación Hardware-in-the-Loop (HIL) basada en FPGA de circuitos de electrónica de potencia utilizando modelado conductual a nivel de dispositivo
Autores: Baghdadi, Mohamed; Elwarraki, Elmostafa; Ait Ayad, Imane
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Emulación Hardware-in-the-Loop (HIL) basada en FPGA de circuitos de electrónica de potencia utilizando modelado conductual a nivel de dispositivo
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Convertidores electrónicos de potencia
Simuladores de hardware en el lazo
FPGA
IGBT
Simulación de circuitos no lineales
Codificador HDL
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Modelos precisos de convertidores electrónicos de potencia pueden mejorar significativamente la precisión de los simuladores hardware-in-the-loop (HIL). Esto puede resultar en ciclos de diseño más rápidos y rentables en aplicaciones industriales. Este documento presenta un modelo de hardware detallado del IGBT y del diodo de potencia a nivel de dispositivo sugerido para emular convertidores electrónicos de potencia en una matriz de puertas programables en campo (FPGA). La visualización estática del componente IGBT implica un arreglo de modelos equivalentes tanto para el MOSFET como para el transistor bipolar en una configuración en cascada. El aspecto dinámico está representado por capacitancias no lineales interelectrodos. En un esfuerzo por acelerar el proceso de desarrollo mientras se producen resultados confiables, el algoritmo para el sistema de simulación fue construido utilizando prototipado rápido basado en FPGA a través del HDL Coder en el software MATLAB (R2019b). Esencialmente, el HDL Coder transforma los bloques de Simulink de estos dispositivos dentro de MATLAB en un lenguaje de descripción de hardware (HDL) adecuado para su implementación en una FPGA. Para evaluar el modelo de hardware IGBT sugerido y la técnica de simulación de circuitos no lineales, se replica un circuito de chopper y se lleva a cabo una simulación FPGA-in-the-loop para comparar la eficacia y precisión del modelo con los resultados de simulación offline y los resultados de simulación en tiempo real utilizando el software MATLAB Simulink y la placa de desarrollo Altera FPGA Cyclone IV GX.
Descripción
Modelos precisos de convertidores electrónicos de potencia pueden mejorar significativamente la precisión de los simuladores hardware-in-the-loop (HIL). Esto puede resultar en ciclos de diseño más rápidos y rentables en aplicaciones industriales. Este documento presenta un modelo de hardware detallado del IGBT y del diodo de potencia a nivel de dispositivo sugerido para emular convertidores electrónicos de potencia en una matriz de puertas programables en campo (FPGA). La visualización estática del componente IGBT implica un arreglo de modelos equivalentes tanto para el MOSFET como para el transistor bipolar en una configuración en cascada. El aspecto dinámico está representado por capacitancias no lineales interelectrodos. En un esfuerzo por acelerar el proceso de desarrollo mientras se producen resultados confiables, el algoritmo para el sistema de simulación fue construido utilizando prototipado rápido basado en FPGA a través del HDL Coder en el software MATLAB (R2019b). Esencialmente, el HDL Coder transforma los bloques de Simulink de estos dispositivos dentro de MATLAB en un lenguaje de descripción de hardware (HDL) adecuado para su implementación en una FPGA. Para evaluar el modelo de hardware IGBT sugerido y la técnica de simulación de circuitos no lineales, se replica un circuito de chopper y se lleva a cabo una simulación FPGA-in-the-loop para comparar la eficacia y precisión del modelo con los resultados de simulación offline y los resultados de simulación en tiempo real utilizando el software MATLAB Simulink y la placa de desarrollo Altera FPGA Cyclone IV GX.