ハーフブリッジ

概略ブロック図

対応する IGBT の配置と命名を含むハーフブリッジの概略ブロック図を図 2に示します。

リアルタイム/VHIL シミュレーションのハーフブリッジ コンポーネントの重みは 1 です。

コントロール

制御パラメータとしてスイッチごとのデジタル入力を選択すると、ゲートドライブ入力を任意のデジタル入力ピン（1～32（64））に割り当てることができます。たとえば、 S1を1に割り当てると、デジタル入力ピン1はS1スイッチゲートドライブにルーティングされます。さらに、 gate_logicパラメータは、外部コントローラの設計に応じて、アクティブハイ（高レベル入力電圧VIHでスイッチがオン）またはアクティブロー（低レベル入力電圧VILでスイッチがオン）のゲートドライブロジックを選択します。TyphoonSimでは、デジタル信号は内部の仮想IOバスから読み取られます。したがって、デジタル出力1に何らかの信号が送信されると、デジタル入力1に表示されます。

制御パラメータとして「内部変調器」を選択すると、デジタル入力ピンの代わりに内部PWM変調器を使用してS_topおよびS_botスイッチを駆動できるようになります。この構成では、2つの追加コンポーネント入力が存在します。En入力は内部PWM変調器の有効/無効を切り替えるために使用され、 Inはリファレンス信号入力として使用されます。

制御パラメータとして「レッグごとのデジタル入力」を選択すると、レッグ駆動入力を任意のデジタル入力ピン（1～32（64））に割り当てることができます。例えば、 S_topに1を割り当てた場合、デジタル入力ピン1は内部デッドタイムモジュールを介してS_topおよびS_botスイッチゲート駆動ピンに配線されます。

制御パラメータとして「モデル」を選択すると、信号処理モデルからIGBTゲート駆動信号を直接設定できます。コンポーネント上に入力ピン「gates」が表示されます。これは2要素のベクトル入力で、最初の値（インデックス0）はS_topゲートを制御し、2番目の値（インデックス1）はS_botゲートを制御します。モデルから制御する場合、ロジックは常にアクティブハイになります。

タイミング

遅延を有効にすると、IGBTのターンオンおよびターンオフ遅延がシミュレーションに含まれます。この機能の詳細については、専用のスイッチング遅延セクションをご覧ください。

PESB最適化

PESB最適化オプションは、特定のコンバータモデルで利用可能です。PESB最適化を有効にすると、すべてのコンバータの短絡状態空間モードが統合され、同じ状態空間モードとして扱われます。例えば、三相コンバータ内の1つのレグが短絡し、PESB最適化が有効になっている場合、三相コンバータ内のすべてのレグも短絡状態になります。この短絡モデリングの簡素化により、マトリックスメモリを大幅に節約できます。

損失計算

損失計算プロパティを有効にすると、コンポーネントはすべてのスイッチング素子 (IGBT およびダイオードまたは MOSFET) のスイッチングおよび伝導電力損失を計算します。 MOSFET スイッチング素子の場合、ダイオード特性は内部 MOSFET ボディ ダイオードを表します。スイッチング電力損失は、3D ルックアップ テーブル (LUT) を使用して、電流、電圧、温度の関数として計算されます。また、損失の 2D 入力テーブルもサポートされています。2D 損失テーブルを挿入すると、電流と温度の依存性のみを想定します。伝導電力損失は、Vt および Vd ルックアップ テーブルを使用して、電流と温度の関数として定義できます。これらの LUT は、1D または 2D のいずれかです。LUT が 1D テーブルの場合、順方向電圧降下は電流のみに依存します。LUT が 2D テーブルの場合、順方向電圧降下のジャンクション温度への依存性が含まれます。

逆電流導通時のMOSFETの場合、MOSFETチャネルと内部ボディダイオード間の電流分担計算が行われます。インポートオプションと、必要なすべての電力損失パラメータを正しく入力する方法については、「電力損失のインポート」セクションを参照してください。

IGBTスイッチタイプの場合、入出力電力損失ポートは4つの要素のベクトルを受信/生成します。最初の要素（インデックス0）は上側IGBT、2番目の要素（インデックス1）は上側IGBTのダイオードです。最後の2つの要素は、それぞれ下側IGBTとそのダイオードです。MOSFETスイッチタイプの場合、電力損失ポートは2つの要素のベクトルを受信/生成します。最初の要素（インデックス0）は上側MOSFET、2番目の要素（インデックス1）は下側MOSFETです。

使用可能なコンポーネント プロパティは次のとおりです。

• スイッチタイプ- 半導体の種類を選択するプロパティ。使用可能なオプションはIGBTとMOSFETです。
• 電流値- スイッチング素子電流軸[A]
• 電圧値- スイッチング素子のスイッチング損失、電圧軸[V]
• 温度値- スイッチング素子の温度軸 [°C]
• Vtテーブル- スイッチ順方向電圧降下、f(I,T) [V]
• Vdテーブル- ダイオードの順方向電圧降下、f(I,T) [V]
• 表のEt - スイッチのスイッチングON損失、出力エネルギー、f(I, V, T) [J]
• Etオフ表- スイッチのスイッチングオフ損失、出力エネルギー、f（I、V、T）[J]
• Ed offテーブル- ダイオードのスイッチングOFF損失、出力エネルギー、f(I, V, T) [J]

順方向電圧降下

順方向電圧降下プロパティを有効にすると、半導体デバイスの順方向電圧降下がモデルに挿入されます。これは、理想的なスイッチと直列に接続された可変電圧源によって表されます。スイッチとそのダイオードの順方向電圧降下パラメータは個別に指定されます。

順方向電圧降下は、電流と温度の関数としてルックアップテーブルに基づいて定義されます。これらのLUTは1次元または2次元のテーブルです。LUTが1次元テーブルの場合、順方向電圧降下は電流のみに依存します。LUTが2次元テーブルの場合、順方向電圧降下は温度にも依存します。インポートオプションと、必要なすべての電力損失パラメータを正しく入力する方法については、 「import power loss」を参照してください。

この場合、追加のポート（ T_junctions ）が存在します。このポートにジャンクション温度を接続する必要があります。温度計算も有効になっている場合は、 T_junctionsポートはT_casesポートに置き換えられます。

IGBTスイッチの場合、FVDの入力値は4つの要素のベクトルです。最初の要素（インデックス0）は上側IGBT、2番目の要素（インデックス1）は上側IGBTのダイオードです。最後の2つの要素は、それぞれ下側IGBTとそのダイオードです。MOSFETスイッチの場合、入出力ポートは2つの要素のベクトルです。最初の要素（インデックス0）は上側MOSFET、2番目の要素（インデックス1）は下側MOSFETです。

使用可能なマスクのプロパティは次のとおりです。

• スイッチタイプ- 半導体の種類を選択するプロパティ。使用可能なオプションはIGBTとMOSFETです。
• 電流値- 電流軸を切り替える [A]
• 温度値- スイッチ温度軸 [°C]
• Vtテーブル- スイッチ順方向電圧降下、f(I,T) [V]
• Vdテーブル- ダイオードの順方向電圧降下、f(I,T) [V]

温度計算

温度計算プロパティを有効にすると、コンポーネントはすべてのスイッチング素子（IGBTおよびダイオード）の電力損失（P_loss）と接合温度（T_junctions）を計算します。電力損失の合計は、内部生成された熱ネットワークコンポーネントを介して伝達されるスイッチング損失と伝導損失の合計を表します。内部生成された熱ネットワークコンポーネントは、電力損失、入力ケース温度、および指定された熱モデルパラメータから接合温度も計算します。温度計算用の入出力ポートは4つの要素のベクトルであり、 「損失計算」セクションで説明したのと同じ方法でインデックス付けされます。

追加の温度計算マスクのプロパティは次のとおりです。

• 熱ネットワークタイプ- 内部熱ネットワークのタイプを定義します
• Rthスイッチ- IGBTスイッチの熱抵抗一覧
• Tthスイッチ / Cthスイッチ- IGBTスイッチの熱時定数または熱容量のリスト
• Rthダイオード- ダイオードの熱抵抗のリスト
• Tthダイオード / Cthダイオード- ダイオードの熱時定数または熱容量のリスト
• 計算実行速度- 損失と温度の計算ロジックの実行速度（[s]）

出力電圧コンパレータ

出力電圧コンパレータ信号は、ハーフブリッジコンポーネントを含むモデルのデジタル信号リストに表示されます。モデルで使用されるハーフブリッジごとに、この信号が「component_name.vout_cmp」という名前で1つ生成されます。ここで、 component_nameは回路図エディタにおけるハーフブリッジコンポーネントの名前です。

デジタルエイリアス

コンバータがデジタル入力で制御される場合、コンバータが使用するすべてのデジタル入力にエイリアスが作成されます。デジタル入力エイリアスは、既存のデジタル入力信号と並んで「デジタル入力」リストに表示されます。エイリアスは「Converter_name.Switch_name」のように表示されます。ここで、 「Converter_name」はコンバータのコンポーネント名、 「Switch_name」はコンバータ内の制御可能なスイッチ名です。

オーバーサンプリング設定（詳細設定タブ）

このプロパティでは、コンポーネントで使用するGDSオーバーサンプリングアルゴリズムを選択できます。 「グローバルGDSオーバーサンプリング」と「スイッチレベルGDSオーバーサンプリング」の2つのオプションがあります。これらのアルゴリズムの詳細については、専用のドキュメントページをご覧ください。スイッチレベルGDSオーバーサンプリングは、高いスイッチング周波数を使用し、1つのシミュレーションステップで複数のGDS遷移が発生する可能性があるアプリケーションに適しています。代表的な例としては、デュアルアクティブブリッジや共振コンバータなどがあります。

ポート

• DC+（電気）
  • DC側+ポート。

• DC（電気）
  • DC側ポート。

• 出力（電気）
  • AC側ポート

• ゲート（イン）
  • モデル制御を選択した場合に使用可能
  • スイッチの2つの入力ゲート信号のベクトル

• エン（イン）
  • 内部変調器制御を選択した場合に使用可能
  • 内部変調器を有効/無効にするために使用されます

• 中（中）
  • 内部変調器制御を選択した場合に使用可能
  • 内部変調器の変調信号値を指定するために使用

• 周波数（インチ）
  • 内部変調器制御が選択され、変調器の動作モードとして可変搬送周波数が選択されている場合に使用可能
  • 変調器の搬送周波数を指定するために使用される

• オフセット（インチ）
  • 内部変調器制御が選択され、変調器の位相動作モードとして可変キャリア位相オフセットが選択されている場合に使用可能
  • 変調器の搬送波位相オフセットを指定するために使用

• Tジャンクション（入力）
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効で、温度計算が無効の場合に使用できます。
  • スイッチ損失計算のための接合温度を提供するために使用される
  • スイッチタイプがIGBTの場合、 T_junctionsはスイッチとダイオードごとに1つずつ、合計4つの温度値で構成されます。
  • スイッチタイプがMOSFETの場合、 T_junctionsは2つの温度値で構成されます（MOSFETとボディダイオードは同じ温度になります）。

• T_cases（イン）
  • 温度計算が有効になっている場合に利用可能
  • 熱モデルのケース温度を提供するために使用される
  • スイッチタイプがIGBTの場合、 T_junctionsはスイッチとダイオードごとに1つずつ、合計4つの温度値で構成されます。
  • スイッチタイプがMOSFETの場合、 T_junctionsは2つの温度値で構成されます（MOSFETとボディダイオードの温度は同じです）

• cond_losses（出力）
  • 損失計算が有効になっている場合に利用可能
  • スイッチング素子の伝導損失を表す
  • スイッチタイプがIGBTの場合、 cond_lossesは4つの値で構成されます。それ以外の場合は、2つの値で構成されます。

• sw_losses（出力）
  • 損失計算が有効になっている場合に利用可能
  • スイッチング素子のスイッチング損失を表す
  • スイッチタイプがIGBTの場合、 sw_lossesは4つの値で構成されます。それ以外の場合は2つの値で構成されます。

• P_loss（出力）
  • 損失と温度計算の両方が有効になっている場合に使用可能
  • スイッチング素子の導通損失とスイッチング損失の合計を表す
  • スイッチタイプがIGBTの場合、 P_lossは4つの値で構成されます。それ以外の場合は2つの値で構成されます。

• Tジャンクション（出力）
  • 損失と温度計算の両方が有効になっている場合に使用できます。この場合、ケース熱モデルがコンポーネント内部にあり、ケース温度がコンポーネントへの入力として提供されるため、 T_junctions は出力となります。
  • スイッチング素子の接合温度を表す
  • スイッチタイプがIGBTの場合、 T_junctionsは4つの値で構成されます。それ以外の場合は、2つの値で構成されます。

一般（タブ）

• コントロール
  • スイッチの制御方法を指定します。スイッチごとのデジタル入力、レッグごとのデジタル入力、内部変調器、モデルから選択できます。
  • 各コントロールの詳細については、 「コントロール」セクションをご覧ください。

• もし スイッチあたりのデジタル入力 コントロールとして選択した場合、次のプロパティを使用できます。
  • S1
    • S1スイッチを制御するために使用されるデジタル入力
  • S1_ロジック
    • S1の制御信号に適用されるロジック
    • アクティブハイまたはアクティブロー
  • S2
    • S2スイッチを制御するために使用されるデジタル入力
  • S2_ロジック
    • S2の制御信号に適用されるロジック
    • アクティブハイまたはアクティブロー
  • ゲート制御の有効化
    • 有効にすると、ゲート制御信号の変更を適用するかどうかを制御できるようになります。
  • セン
    • ゲート制御の有効化が有効になっている場合に利用可能
    • スイッチングを有効/無効にするデジタル入力
  • Sen_logic
    • ゲート制御の有効化が有効になっている場合に利用可能
    • Sen信号に適用されるロジック

• もし 脚あたりのデジタル入力 コントロールとして選択した場合、次のプロパティを使用できます。
  • S1
    • S1スイッチを制御するために使用されるデジタル入力
  • S1_ロジック
    • S1の制御信号に適用されるロジック
    • アクティブハイまたはアクティブロー
  • デッドタイム期間
    • 2つのゲート信号間に生成されるデッドタイム期間を指定します。
  • ゲート制御の有効化
    • 有効にすると、ゲート制御信号の変更を適用するかどうかを制御できるようになります。
  • セン
    • ゲート制御の有効化が有効になっている場合に利用可能
    • スイッチングを有効/無効にするデジタル入力
  • Sen_logic
    • ゲート制御の有効化が有効になっている場合に利用可能
    • Sen信号に適用されるロジック

• もし モデル コントロールとして選択した場合、次のプロパティを使用できます。
  • 実行率
    • コンポーネントのゲート信号の更新間隔を定義します。ゲート信号は、コンポーネントへの信号処理入力として提供されます。

• もし 内部変調器 コントロールとして選択した場合、次のプロパティを使用できます。
  • 動作モード
    • 内部変調器の搬送周波数のソースを指定します
    • 動作モードが固定搬送周波数の場合、コンポーネントのプロパティで周波数を指定できます。
    • 動作モードが可変搬送周波数の場合、信号処理ポートを使用して周波数を指定できます。
  • 搬送周波数（Hz）
    • 動作モードが固定搬送周波数の場合に使用可能
    • 内部変調器の搬送周波数を指定します
  • 位相動作モード
    • 搬送波の位相オフセットの指定方法を定義します
    • 位相動作モードが固定搬送波位相オフセットの場合、位相オフセットはコンポーネントプロパティで指定されます。
    • 位相動作モードが可変搬送波位相オフセットの場合、周波数は信号処理ポートを使用して指定できます。
  • 搬送波位相オフセット
    • 位相動作モードが固定キャリア位相オフセットの場合に使用可能
    • 内部変調器の搬送波位相オフセットを度単位で指定します。
  • デッドタイム
    • 内部変調器のデッドタイムを秒単位で指定します
  • 基準信号[最小、最大]
    • 搬送信号の最小値と最大値を指定します
    • 最小キャリア信号値と最大キャリア信号値の2つの値を含むベクトル
  • ロードモード
    • 内部変調器に変調信号の新しい値が適用されるイベントを指定します。
      • 最小値を選択した場合、キャリアが最小値に達したときに新しい値が適用されます。
      • 最大値を選択した場合、キャリアが最大値に達したときに新しい値が適用されます。
      • どちらかを選択した場合、キャリアが最小値または最大値に達したときに新しい値が適用されます。
• DTV検出
  • DTV 検出は TyphoonSim ではまだサポートされておらず、その値を変更しても TyphoonSim シミュレーションにはまったく影響しません。
  • デッドタイム違反検出を有効/無効にします。
  • DTV フラグは HIL SCADA で使用できます。

測定値（タブ）

• S1: 私
  • TyphoonSimではまだサポートされていないため、この信号はゼロに設定されます。この信号を有効にしても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
  • スイッチS1の内部電流測定を有効にします。信号は信号リストで利用可能になります。

• S2: 私
  • TyphoonSimではまだサポートされていないため、この信号はゼロに設定されます。この信号を有効にしても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
  • スイッチS2の内部電流測定を有効にします。信号は信号リストで利用可能になります。

タイミング（タブ）

• 遅延を有効にする
  • TyphoonSimではまだサポートされていないため、この信号はゼロに設定されます。この信号を有効にしても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
  • オン/オフイベントの遅延を有効にする

• 遅延をオンにする
  • イベントをオンにするために適用される遅延を指定します

• 遅延をオフにする
  • イベントをオフにするために適用される遅延を指定します
    • 電流値とそれに対応するターンオフ遅延から構成されるベクトル。すべての電流値には、予想されるターンオフ遅延が続く必要があります。

詳細設定（タブ）

• オーバーサンプリング設定
  • コンポーネントに適用するオーバーサンプリングの種類を指定します。選択可能なオプションは、スイッチレベルGDSオーバーサンプリングとグローバルGDSオーバーサンプリングです。詳細については、「オーバーサンプリング」設定（「詳細」タブ）のセクションをご覧ください。
  • GDSオーバーサンプリングは、リアルタイムシミュレーションにおいて高忠実度のシミュレーションを実現するために特に用いられる手法です。TyphoonSimシミュレーションでは、可変ステップソルバーがスイッチングイベントを発生時に正確に処理できるため、このオーバーサンプリングは必要ありません。オーバーサンプリングの設定値を変更しても、TyphoonSimシミュレーションには全く影響しません。

• PESB最適化
  • PESB最適化はリアルタイムシミュレーションの最適化に特化しており、TyphoonSimには全く適用されません。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションには全く影響しません。
  • PESB最適化を有効/無効にします。詳細については、 PESB最適化のセクションをご覧ください。

損失（タブ）

• 順方向電圧降下
  • 順方向電圧降下は TyphoonSim ではまだサポートされていません。
  • コンバータの順方向電圧降下を有効/無効にします。詳細については、「順方向電圧降下」セクションをご覧ください。

• 損失計算
  • コンバータの損失計算を有効/無効にします。詳細は「損失計算」セクションをご覧ください。

• スイッチXMLファイル
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • スイッチの損失データをXMLファイルから読み込むために使用します。サポートされているファイル形式の詳細については、対応する損失計算または順方向電圧降下のセクションをご覧ください。

• ダイオードのxmlファイル
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • ダイオードの損失データをxmlファイルから読み込むために使用します。サポートされているファイル形式の詳細については、対応する損失計算または順方向電圧降下のセクションをご覧ください。

• スイッチタイプ
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • スイッチタイプ（MOSFETまたはIGBT）を指定します。スイッチタイプに関する情報がxmlファイルに記載されている場合は、自動的に適用されます。

• 現在の値
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • 特定のポイントにおけるコンバータ損失を指定するために使用される電流値のベクトル。損失データがXMLファイルから読み込まれる場合、自動的に入力されます。

• 電圧値
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • 特定のポイントにおけるコンバータ損失を指定するために使用される電圧値のベクトル。損失データがxmlファイルから読み込まれる場合、自動的に入力されます。

• 温度値
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • 特定のポイントにおけるコンバータ損失を指定するために使用される温度値のベクトル。損失データがxmlファイルから読み込まれる場合、自動的に入力されます。

• Vtテーブル
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • スイッチ導通電圧降下値用の2Dルックアップテーブルです。損失データをxmlファイルから読み込むと、自動的に入力されます。テーブル形式の詳細については、「損失計算」セクションをご覧ください。

• Vdテーブル
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • ダイオード導通電圧降下値の2Dルックアップテーブルです。損失データをxmlファイルから読み込むと、自動的に入力されます。テーブル形式の詳細については、「損失計算」セクションをご覧ください。

• テーブルの上に
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • スイッチオン時のスイッチング損失を計算するための3Dルックアップテーブルです。損失データがXMLファイルから読み込まれた場合は、自動的に入力されます。テーブル形式の詳細については、「損失計算」セクションをご覧ください。

• テーブルから降りる
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • スイッチのターンオフ時のスイッチング損失を計算する3Dルックアップテーブルです。損失データがXMLファイルから読み込まれた場合は、自動的に入力されます。テーブル形式の詳細については、「損失計算」セクションをご覧ください。

• エドはテーブルから降りた
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • ダイオードのターンオフ時のスイッチング損失を計算する3Dルックアップテーブルです。損失データをXMLファイルから読み込むと、自動的に入力されます。テーブル形式の詳細については、「損失計算」セクションをご覧ください。

• 温度計算
  • 損失計算が有効になっている場合に利用可能
  • コンバータの損失温度計算を有効/無効にします。熱モデルを指定する必要があります。詳細は「温度計算」セクションをご覧ください。

• 熱ネットワークタイプ
  • 温度計算が有効になっている場合に利用可能
  • 熱ネットワークモデルのタイプを指定します: Foster または Cauer

• スイッチRth
  • 温度計算が有効になっている場合に利用可能
  • スイッチの熱抵抗
  • ベクター

• ダイオードRth
  • 温度計算が有効になっている場合に利用可能
  • ダイオードの熱抵抗
  • ベクター

• スイッチTth
  • 温度計算が有効で、熱ネットワークタイプがFosterの場合に使用可能
  • スイッチ熱時定数
  • ベクター

• ダイオードTth
  • 温度計算が有効で、熱ネットワークタイプがFosterの場合に使用可能
  • ダイオードの熱時定数
  • ベクター

• スイッチCth
  • 温度計算が有効で、熱ネットワークタイプがCauerの場合に使用可能
  • スイッチの熱容量
  • ベクター

• ダイオードCth
  • 温度計算が有効で、熱ネットワークタイプがCauerの場合に使用可能
  • ダイオードの熱時定数
  • ベクター

• 計算実行率
  • 損失計算または順方向電圧降下が有効な場合に使用可能
  • 損失計算の実行レート。損失計算の入力と出力を更新する間隔を定義します。

特典（タブ）