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自動車および航空宇宙産業では既にモデルベースHIL試験が採用されている一方、パワーエレクトロニクス産業ではようやく追いつきつつある段階である。朗報としては、第4世代HILが最先端のモーター駆動装置や自動車用パワーエレクトロニクスアプリケーションに必要な、これまでにない高精度モデルを実現している点だ。
高スイッチング周波数コンバータ、新型ワイドバンドギャップ半導体、および新トポロジーは、次世代コントローラの必要性を促進している。これらは、シミュレーション時間ステップのさらなる微細化、ゲート駆動サンプリング時間の高速化、ループバック遅延の低減、およびモデル忠実度の向上（非線形性、空間高調波などを含む）を要求するHILテストを必要としている。
HIL試験において最も要求の厳しい電力電子応用分野は、おそらく電気自動車（EV）領域の2つ、すなわち高性能モーター駆動装置とバッテリー充電器である。こうした応用はリアルタイムシミュレーションの忠実度に対して重大な課題を提示する。特に高スイッチング周波数DC-DCコンバータ応用（例：デュアルアクティブブリッジ（DAB））では、電力伝送が高周波数で行われるため、この傾向が顕著である。 この種の実際のアプリケーションでは、時間分解能向上手法を採用した場合でも、500nsのシミュレーションステップでは不十分であり、許容できないほど高いシミュレーション誤差が生じる。
超高忠実度スーパーチャージド。
この課題への当社の答えが第4世代HILデバイス「HIL404」です。これは当社最速のHILマシンであり、シミュレーション時間ステップを200nsまで短縮できる能力と、3.5nsの入力サンプリング分解能を組み合わせることで、高忠実度リアルタイムシミュレーションを全く新たな次元へと押し上げます。
HIL404の利点を示すため、デュアルアクティブブリッジ（DAB）アプリケーションにおいてHIL402とHIL404の相対電力誤差を比較分析した。モデルは100kHzでスイッチングし50nsのデッドタイムを持つ外部開ループ制御器によって制御される。電力伝送を測定し、所定の位相シフトにおける解析モデルと比較した。 誤差は主にシミュレータの時間分解能の限界に起因します。ここでは、HIL404が提供する2.5倍小さいシミュレーション時間ステップと高周波サンプリングの利点が明確に確認できます。
高度な電動機モデル。ワンクリックで。
しかし、HIL404は単なる超高周波数用途向けに調整された高速版HIL402というだけではありません。これは、当社の産業用グレード6シリーズデバイスの多くの先進機能を4シリーズにもたらすデバイスであり、例えば以下のような特長を備えています：
- 非線形機械モデリング；
- 正確なリアルタイム変換器電力損失計算；および
- CAN、RS232、USB 3.0、ETHプロトコルへの標準搭載による拡張接続性。デバイス並列化サポートを含む。
実際、HIL 404はJMAGの有限要素モデル（FEM）から直接取得した高精度なJMAG-RT電動機モデルの直接インポートをサポートします。ワンクリックで、非線形かつ空間的に変化するインダクタンスを持つFEM由来モデルが、これまでにない精度でリアルタイムに動作します。
さらに、HIL404はデータシートのルックアップテーブルからパワー半導体のスイッチング損失および導通損失をワンクリックで直接インポートする機能をサポートしています。高精度で正確な熱モデルをリアルタイムで実行することが、これほど簡単になったことはありません。
既存のTyphoon ソリューションの超高精度性と使いやすさを活用し、さらに高速性を付加することで、HIL404はHIL試験手法を新興の高周波電力変換アプリケーションに真に適用可能にします。
クレジット
著者 | ドゥシャン・マジュストロヴィッチ
ビジュアル | Typhoon
編集者 | デボラ・サント
