Simulación de electrónica de potencia

La conversión de potencia requiere el control de IGBT, MOSFET de potencia y otros dispositivos de electrónica de potencia de estado sólido. Diseñar un controlador digital con simulación puede contribuir a garantizar la estabilidad, mejorar la calidad de la potencia, optimizar el rendimiento dinámico y gestionar condiciones de fallo. La simulación de electrónica de potencia proporciona datos sobre la interacción de los algoritmos de control digital, los semiconductores de potencia y el equilibrio del sistema eléctrico en una etapa temprana del desarrollo, antes de que comiencen las pruebas físicas. En el caso de los sistemas de gestión de baterías y los sistemas basados en electrónica de potencia, tales como los accionadores de motores, los convertidores de potencia y los inversores, la simulación rápida de lazo cerrado permite a los ingenieros de electrónica de potencia evaluar y verificar sus elecciones de diseño antes de implementar un controlador.

La simulación de electrónica de potencia se debe tener en cuenta para las siguientes tareas:

• Diseño y validación de nuevas topologías y estrategias de control
• Optimización del comportamiento del sistema mediante librerías de modelos de fuentes de energía, semiconductores de potencia, elementos de circuitos pasivos y máquinas tales como PMSM y motores de inducción
• Análisis de la respuesta del sistema ante fallos y condiciones anormales
• Eliminación de problemas de diseño descubiertos mediante la simulación antes de pasar a la implementación
• Reutilización de modelos para acelerar las iteraciones de diseño y los proyectos de la siguiente generación

La simulación de la electrónica de potencia con Simulink^® le permite modelar topologías complejas con varios dispositivos de conmutación mediante componentes de circuitos estándar. Puede ejecutar simulaciones rápidas con modelos promediados o comportamiento de conmutación ideal, o bien utilizar modelos de conmutación no lineal detallados para parásitos y diseño detallado. Al contrario que los simuladores de circuitos de uso general, tales como SPICE, la simulación de la electrónica de potencia con Simulink proporciona las siguientes prestaciones para el diseño de control, los estudios basados en la optimización y la generación automática de código a partir de modelos de simulación:

• Diseño, simulación y comparación de arquitecturas de controlador.
• Aplicación de técnicas de control clásicas tales como el loop shaping interactivo con diagramas de Bode y el lugar geométrico de las raíces en modelos de sistemas no lineales que incluyen efectos de conmutación mediante métodos como los barridos de frecuencia de CA y la identificación de sistemas.
• Ajuste automático de las ganancias del controlador en un solo lazo de realimentación o en varios de ellos mediante herramientas de ajuste automatizado. Diseño de controladores no lineales mediante técnicas tales como el control en modo deslizante o la planificación de ganancias.
• Diseño y pruebas exhaustivas de lógica y circuitos de protección contra fallos.
• Uso de herramientas de optimización y análisis para optimizar los parámetros del sistema y realizar análisis de sensibilidad.
• Aceleración de estudios que requieran varias simulaciones mediante su ejecución en paralelo en procesadores multinúcleo y clusters de cálculo.
• Generación de código C o HDL a partir de algoritmos de control para realizar prototipado rápido mediante un equipo de plataforma en tiempo real o para la implementación en un microcontrolador o una FPGA.
• Generación de código C o HDL a partir de modelos de circuitos y máquinas en un equipo de plataforma en tiempo real con CPU y FPGA multinúcleo para validar un controlador mediante hardware-in-the-loop.
• Aplicación de capacidades de validación formal para desarrollar software embebido con objeto de cumplir con la normativa gubernamental y con estándares como UL 1741 para aplicaciones tales como evitar la formación de islas en la generación de energía solar.