コンバーター

このセクションでは、Typhoon HIL Schematic Editor のコンバーターコンポーネントの概要を説明します。

リアルタイム/VHILシミュレーションでは、コンバータのスイッチとダイオードは、オン抵抗がゼロ、オフ抵抗が無限大、スイッチング遷移が瞬時（R_on=0、R_off=inf）である理想スイッチとしてモデル化されます。 さらに、リアルタイム/VHILシミュレーションでは、すべてのコンバータのスイッチングブロック（三相インバータ、三相ダイオード整流器など）は、回路図でそのままのみ使用できる閉じたブラックボックスとしてモデル化されます。 現在、リアルタイム/VHILシミュレーションでは、個別のスイッチを使用して新しいスイッチングコンバータを構築することはできません（詳細については、このナレッジベースの記事を参照してください）。 また、このシミュレーションコンテキストでは、コンバータコンポーネントに示すように、各パワーエレクトロニクスコンバータには独自の重みがあります。 コンバータの重みは、単一のプロセッシングコア（SPC）で実行できるブロックの数を定義します。 TyphoonSimでは、コンバータの重みは考慮されず、無視できます。

TyphoonSimのシミュレーションでは、コンバータ部品は個々のスイッチ部品（IGBT、ダイオード、サイリスタ）に分解されます。スイッチとダイオードは可変抵抗（R_on/R_off）としてモデル化されます。TyphoonSimでは、個々のスイッチを用いることで、新しいスイッチングコンバータを構築することができます。

コンバータコンポーネント

各 SPC は、使用するデバイスとその構成に応じて、重量が 3 または 4 のパワー エレクトロニクス スイッチング ブロックを処理する能力を備えています。選択したデバイス構成で、SPC あたりの最大使用可能コンバータ重量が 3 であると仮定します。たとえば、降圧コンバータの重量が 1 で、5L NE タイプ コンバータの重量が 2 であるため、これら 2 つの PESB を 1 つの SPC に収めることができます。3 つの降圧コンバータも 1 つの SPC に収めることができます。三相インバータの重量は 3 であるため、追加のコンバータをこのインバータと同じ SPC に収めることはできません。念のため、回路は、使用可能なカップリング コンポーネントの一部を使用して、個別の処理コアに分割されます。

強化された解像度コンバータ

高解像度コンバータは、通常コンバータが使用するFPGAリソースを使用しないコンバータです。これらのコンバータは、シミュレーションステップを削減するために、特定のコンバータトポロジグループ向けに最適化された専用のFPGAハードウェアリソース上で実行されます。ソルバーは、一部のHILデバイス構成に存在する特殊なハードウェアリソースです（デバイス構成表を参照）。特定のコンバータソルバーの詳細については、そのソルバーの専用ドキュメントをご覧ください。

TyphoonSim では、上記のセクションで説明したように、拡張解像度コンバーターは他のすべてのコンバーター ライブラリ コンポーネントと同じ方法で実装されています。

現在、次の特殊なコンバータ ソルバーが利用可能です。

現在のバージョンの Schematic Editor では、次の種類の拡張解像度コンバータ コンポーネントを選択できます。

コンバータ制御オプション

制御可能なコンバーターを制御するには、いくつかのオプションがあります。
  • デジタル入力（スイッチごとまたはレッグごと） - スイッチごとにすべての制御可能なコンバータでサポートされます
  • 内部変調器（内部FPGAベース変調器） -コンバータコンポーネントにリストされているコンバータのサブセットでサポートされています。
  • モデル（信号処理モデルからの直接スイッチ制御） - すべての制御可能なコンバータでサポートされています
コントロールオプションの切り替えは、 コントロール プロパティは、 一般的な タブの コンポーネントのプロパティ メニュー。値はコンボ（ドロップダウン）ボックスから選択できます。

デジタル入力制御オプションは、すべての制御可能コンバータでデフォルトでサポートされています。GDSオーバーサンプリング時間（例：PWMゲート駆動信号）はシミュレーション時間ステップよりも長く、 HIL402、602+、604デバイスでは最大6.25 ns、HIL101デバイスでは最大4.5 ns、HIL404、HIL506、HIL606デバイスでは最大3.5 nsです。TyphoonSimでは、デジタル信号は内部仮想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にも表示されます。

制御オプションとして内部変調器を選択した場合、使用するPWMチャネル数に応じて、1つのイネーブル入力と1～3つのリファレンス信号入力が存在します。例えば、ハーフブリッジは1つのPWMチャネルを使用するため、リファレンス入力は1つしか必要ありません。三相インバータは3つのPWMチャネルと、対応する3つのリファレンス入力を必要とします。図1は、ハーフブリッジおよび三相インバータの各コンポーネントのPWM変調器入力を示しています。

図1.ハーフブリッジと3相インバータのPWM制御入力

モデル制御オプションは、すべての制御可能なコンバータで利用可能です。制御オプションを「モデル」に設定すると、ゲート駆動信号の入力ベクトルである追加の信号入力が表示されます。入力ベクトルの長さは、コンバータ内の制御可能なスイッチの数に等しくなります。例えば、ハーフブリッジには制御可能なスイッチが2つあるため、制御信号の長さは2です。一方、三相インバータには制御可能なスイッチが6つあるため、制御信号の長さは6です。

PWM有効化

PWM 信号は、コンバータ コンポーネントの[全般]タブで[PWM 有効化]チェックボックスをオンにすることでアクティブになります。

Senパラメータは、外部PWMイネーブル信号を供給するデジタル入力ピンを選択します。信号がアクティブになると、PWM信号が有効になり、対応するコンバータスイッチを制御します。Sen_logicパラメータは、アクティブハイ（デジタル入力のハイレベルでPWM信号がオン）またはアクティブロー（デジタル入力のローレベルでPWM信号がオン）のデジタルロジックを選択します。

タイミング

スイッチング遅延 - タイミング機能は、IGBTのターンオンおよびターンオフ遅延（アクティブゲート信号遷移から導通開始までの遅延、およびその逆）をモデル化します。ターンオフスイッチング遅延オプションは、スイッチング時点の出力電流の関数として定義されますが、ターンオン遅延オプションは一定です。遅延の最大値は10µsに制限されています。

スイッチング遅延ブロックはDTV（デッドタイム違反）ロジックの前に置かれるため、最小デッドタイム期間の検出にも使用できます。その場合、ターンオン遅延をゼロに設定し、ターンオフ遅延を最小デッドタイム期間の値に設定する必要があります。

図2スイッチング遅延ブロックの相対位置

スイッチング遅延は、コンバータコンポーネントの「タイミング」タブにある「遅延を有効にする」チェックボックスをオンにすることで有効になります。固定遅延と可変遅延を定義できます。可変遅延は、図3に示すようにベクトル形式で定義できます。

図3.三相インバータのプロパティウィンドウのタイミングタブとターンオフ可変遅延曲線の例
注意:仮想 HIL を使用する場合、タイミング(スイッチング遅延) 機能はサポートされません。
注:タイミング(スイッチング遅延) 機能は現在、ハーフ ブリッジ、 NPC レグ、 NPC T タイプ レグ、 3 レベル フライング コンデンサ インバータ レグ、 3 相インバータ、 3 相 NPC インバータ、 3 相 T タイプ インバータ、および3 相 3 レベル フライング コンデンサ インバータコンポーネントに実装されています。
機能は無視されます:コンバーター コンポーネントのゲート信号遅延は TyphoonSim ではまだサポートされておらず、その値を変更してもシミュレーションにはまったく影響しません。

測定

パワーエレクトロニクススイッチングブロック内のスイッチの内部電流測定を有効にすることができます。測定対象となる電流は、スイッチ名の横にあるチェックボックスをオンにすることで選択できます。

チェックされた測定値は、出力変数リストに「コンバータ名.スイッチ名_I」として表示されます。例えば、コンバータ名が「ハーフブリッジ」で、ハーフブリッジS2（下）スイッチの電流測定値にチェックが入っている場合、アナログ出力変数リストには「ハーフブリッジ.S2_I 」というアナログ信号が表示されます。

機能は無視されます: TyphoonSimではコンバータコンポーネントの電流測定が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。

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。

無視された機能: 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。

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。