スイッチレベルのGDSオーバーサンプリング

無視された機能： 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使用される手法です。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まったく影響しません。

リアルタイムのみ:このドキュメントは、リアルタイム/VHIL シミュレーションにのみ有効です。

スイッチレベル GDS オーバーサンプリングの概要

スイッチレベルGDSオーバーサンプリングはコンポーネントレベルで実装されています。表1で、スイッチレベルGDSオーバーサンプリングをサポートするコンポーネントをご確認ください。ほとんどのモデルはグローバルGDSオーバーサンプリングで問題なく動作しますが、スイッチング周波数が高く、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モデルは、スイッチレベルGDSオーバーサンプリングを使用してシミュレーションする必要があります。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アプリケーションが挙げられます。

注意:スイッチレベルの GDS オーバーサンプリングが、それをサポートするコンポーネントで有効になっている場合、同じサブ回路内のすべてのコンポーネントに対してグローバル GDS オーバーサンプリングは無視されます。

注意:スイッチレベルの GDS オーバーサンプリングは、短絡モード動作をサポートしません。

表1 .スイッチレベルGDSオーバーサンプリングをサポートするコンバータ
スイッチレベルのGDSオーバーサンプリングをサポートするコンバータ
コンバータ名	重さ
ハーフブリッジ	1
ブースト	1
アクティブクランプフォワードフライバック	2
アクティブクランプフライバック	1 - オーバーサンプリング設定としてグローバル GDS オーバーサンプリングを選択した場合。2 - オーバーサンプリング設定としてスイッチレベル GDS オーバーサンプリングを選択した場合。

スイッチレベルGDSオーバーサンプリングの動作原理を、ハーフブリッジの例を用いて説明します。前述のように、スイッチレベルGDSオーバーサンプリングは、1つのシミュレーションステップ内ですべてのGDS遷移を補正するように設計されています。これは以下の方法で行われます。

制御可能な各スイッチの平均デューティサイクルは、シミュレーションステップレベルで計算されます。そのため、すべての遷移が補正されます。図1では、1つのシミュレーションステップで値が変化する2つのゲート駆動信号を確認できます。また、両方の信号の平均デューティサイクルがどのように変化するかを確認できます。これらの平均デューティサイクル値はコンバータに入力されます。GDSのサンプリング周期が短いため、デューティサイクルは非常に正確に計算されます。詳細については、 GDSのオーバーサンプリングを参照してください。
コンバータはゲート駆動信号のデューティサイクルに関する情報を受け取り、この情報を用いてコンバータの出力を計算します。コンバータは制御された電圧源と電流源を用いてモデル化されます。図2は、スイッチレベルGDSオーバーサンプリングを用いたハーフブリッジコンポーネントのモデルを示しています。電圧源と電流源は平均GDSデューティサイクルによって制御されます。平均化はシミュレーションステップレベルで行われ、シミュレーションステップ周期はPWM周期に比べて短いため、スイッチングリップルは保持されます。モデルにはダイオードが含まれているため、コンポーネントは不連続導通モードをサポートします。

図2スイッチレベルGDSオーバーサンプリングを使用するハーフブリッジコンポーネントの実装

図 3 は、スイッチレベル GDS オーバーサンプリングを使用するハーフブリッジを含むモデルを示しています。一方、図 4 は、このモデルから観測された結果と、オフラインソルバーで観測された参照結果の比較を示しています。GDS が変更された瞬間に違いが生じていることがわかりますが、スイッチレベル GDS オーバーサンプリングを使用しない場合にサンプリングエラーによって発生するエラーをコンバーターが正常に補正していることは明らかです。また、アルゴリズムの複雑さにより、スイッチレベル GDS オーバーサンプリングにより、GDS 入力と状態出力の間に 1 シミュレーションステップの遅延が導入されることにも言及することが重要です。これは結果から確認でき、 L_SL_gds_ovs はL_referenceに対して 1 シミュレーションステップ遅延していることがわかります。

図3スイッチレベルGDSオーバーサンプリングを使用するハーフブリッジを含むモデル

図4オフラインシミュレータ（参照結果）による観測結果とスイッチレベルGDSオーバーサンプリングを用いたモデルによる観測結果の比較

図5はデュアルアクティブブリッジコンバータのモデルを示しています。スイッチング周波数は80kHzに設定され、シミュレーションステップは0.5マイクロ秒に設定されています。このモデルは、スイッチレベルGDSオーバーサンプリング機能を使用してシミュレーションされています。図6は、シミュレーションで観測された結果を示しています。ご覧のとおり、観測結果は期待通りであり、すべての波形が期待通りの形状になっています。したがって、スイッチレベルGDSオーバーサンプリングを使用すれば、スイッチング周波数が比較的高い場合でも、DABコンバータを正確にシミュレーションできます。

GDSオーバーサンプリング周波数と最小タイムステップ

GDSオーバーサンプリングの分解能は、デバイスのIOタイミングによって定義されます。詳細については、各HILデバイスのドキュメント（ハードウェアマニュアルから入手可能）の「IOタイミング」セクションをご覧ください。つまり、HIL402、602+、604デバイスでは最大6.25ns、HIL101デバイスでは4.5ns、HIL404、HIL506、HIL606デバイスでは最大3.5nsとなります。