RT Box

Die neue HIL-Plattform für Leistungselektronik

Die PLECS RT Box ist ein Echtzeitsimulator auf dem neuesten Stand der Technik. Mit seinen 32 analogen und 64 digitalen Ein- und Ausgängen und seiner 1 GHz Dual-Core CPU handelt es sich um einen vielseitig einsetzbaren Digitalrechner, der sich sowohl für Hardware-in-the-Loop (HIL) Simulationen als auch zum schnellen Aufbau von Regeleinrichtungen eignet.

RT Box front view

Hardware-in-the-Loop Simulationen

Wird die RT Box für HIL Tests benutzt, emuliert sie üblicherweise den Leistungsteil eines leistungselektronikschen Systems. Der Leistungteil kann ein einfacher DC/DC-Wandler sein, ein AC-Antriebssystems oder ein komplexer Mulitlevel-Wechselrichter. Die zu testende Schaltung ist dabei die Regelungshardware, die mit der RT Box verbunden wird. Mit einem solchen Aufbau kann der gesamte Regler ohne den tatsächlichen Leistungsteil getestet werden.

Die Eingänge des Reglers sind zumeist Analogsignale, die von den Spannungs- und Stromwandlern kommen. In einer HIL-Simulation werden diese Signale von den analogen Ausgangskanälen der RT Box bereitgestellt. Daneben erwartet der Regler möglicherweise digitale Eingangssignale wie z. B. Geschwindigkeitsmessungen mittels Hall-Sensoren. Solche Reglereingänge werden mit den digitalen Ausgangskanälen der RT Box verbunden.

In Leistungselektronik-Anwendungen erzeugt der Regler eine Vielzahl von PWM-Signalen, um die einzelnen Leistungshalbleiter anzusteuern. Die PWM-Signale können von den digitalen Eingängen der RT Box erfasst werden. Dabei werden sie mit einer zeitlichen Auflösung von weniger als 10 ns abgetastet. Mit den erfassten Eingangssignalen simuliert die RT Box den Leistungsteil und stellt die Simulationsergebnisse innerhalb weniger Mikrosekunden an den analogen Ausgängen bereit. Dank der so geringen Latenzzeit zwischen Ein- und Ausgängen "denkt" der Regler er steuere tatsächlich ein reales Umrichtersystem.

Schnelle Regleraufbauten

Alternativ kann die RT Box auch als Regler für einen Leistungsteil eingesetzt werden. Für diesen Anwendungsfall werden die Spannungs- und Stromsensoren mit den analogen Eingängen der RT Box verbunden. Die Digitalausgänge werden benutzt, um hochauflösende PWM-Signale für die Leistungshalbleiter zu erzeugen. Die RT Box besitzt mehr analoge und digitale Kanäle als die meisten MCUs, arbeitet mit hohen Abtastraten und hat eine schnelle CPU. Der Benutzer profitiert daher von einer deutlich gesteigerten Leistungsfähigkeit im Vergleich zu integrierten Regelsystemen.

Wenn Sie zwei RT Boxen besitzen, können Sie diese für einen Test des virtuellen Gesamtsystems direkt miteinander koppeln. Eine RT Box simuliert dabei den Leistungsteil, und die andere arbeitet als Regler.

Die RT Box von Innen

Prozessor

Im Herzen der RT Box steckt ein Xilinx Zynq System-on-Chip, der ein FPGA und 2 CPU-Kerne beinhaltet. Die enge Verbindung zwischen dem FPGA und der CPU ermöglicht eine sehr niedrige Latenzzeit, wenn Daten zwischen den I/O-Kanälen und der CPU ausgetauscht werden. Einer der CPU-Kerne wird für die Echtzeitsimulation eingesetzt, während der andere Kern die Kommunikation mit dem Benutzer übernimmt.

Analoge I/Os

Die ADCs und DACs in der RT Box haben beide 16 Bit Auflösung und eine maximale Abtastrate von 2 MSPS. Die Ein- und Ausgangspannungen können den üblichen industriellen Spannungspegeln angepasst werden. Alle Ein- und Ausgänge sind geschützt vor ESD, Kurzschlüssen und versehentlich angelegter Überspannungen.

Die analogen Eingänge messen differentiell, um Gleichtakt-Störungen zu unterdrücken. Falls gewünscht können sie aber auch im single-ended Modus betrieben werden..

Digitale I/Os

Die digitalen I/Os werden üblicherweise zur hochauflösenden PWM-Erfassung und zur PWM-Erzeugung eingesetzt; sie können aber auch allgemeine I/O-Funktionalitäten übernehmen. Die Signale sind kompatibel mit Spannungspegeln von 5 V und 3.3 V.

Integration mit PLECS

Die RT Box arbeitet Hand in Hand mit einem Host-Computer, auf dem PLECS Standalone oder PLECS Blockset und der PLECS Coder laufen. Der PLECS Coder übersetzt dabei ein PLECS-Modell in echtzeitfähigen C-Code, der für die RT Box kompiliert wird. Das ursprüngliche Modell auf dem Host-Computer kann mit Hilfe des External Modes mit der Simulation auf der RT Box verbunden werden. Dies ermöglicht dem Benutzer, die Simulationsergebnisse von der RT Box in einem PLECS Scope darzustellen und Parameter im laufenden Betrieb zu verändern.

Technische Spezifikationen

Processor Xilinx Zynq Z-7030 1 GHz
Analog inputs Channels 16, simultaneous sampling
  Resolution 16 bit
  Voltage ranges -10 ... 10 V
-5 ... 5 V
  Input type Differential
  Sample rate 2 Msps, no cycle latency
  Input impedance 1 MΩ, 24 pF
  Connector D-SUB 37 pin male
Analog outputs Channels 16, simultaneous sampling
  Resolution 16 bit
  Voltage ranges -10 ... 10 V
0 ... 10 V
-5 ... 5 V
0 ... 5 V
  Sample rate 2 Msps, no cycle latency
  Output impedance 0 Ω
  Output current ≤ 5 mA
  Connector D-SUB 37 pin female
Digital inputs Channels 32
  Logic levels 3.3 V (5 V tolerant)
  Connector D-SUB 37 pin male
Digital outputs Channels 32
  Logic levels 3.3 V
5 V
  Connector D-SUB 37 pin female
I/O protection Short-circuit Permanent
  Overvoltage -24 ... 24 V
Connectivity Ethernet RJ-45, Gigabit
  High speed interconnect 4 x SFP+
6.25 Gbps per lane
  USB device USB 2.0 high speed, type A
  Host PC USB 2.0, type B
  Firmware SD card
Power supply Internal 100 ... 240 Vac, 50 ... 60 Hz
50 VA
Size D x W x H 310 x 250 x 100 mm

Preise und Verfügbarkeit

Die RT Box ist zur Auslieferung bereit. Der Verkaufspreis exkl. Versand und Steuern beträgt in den USA $ 9'800 und in Deutschland € 8'400.-. Besuchen Sie unseren Shop für weitere Informationen oder kontaktieren Sie uns unter info@plexim.com für ein verbindliches Angebot und Lieferzeiten in Ihrer Region.