Der schnellste Echtzeitsimulator für Leistungselektronik
Mit dem neuen Nanostep® Solver (erscheint Q4 2024) können Sie Echtzeitsimulationen mit einer Schrittweite von nur 4 ns auf der RT Box durchführen. Dies ist ein Durchbruch für das Testen von hochdynamischen Regelungsalgorithmen und unterstützt Schaltfrequenzen bis in den MHz-Bereich. Dieser Solver ist exklusiv für die RT Box und ist für alle Hardwaremodelle verfügbar.
Um den Nanostep Solver auf Ihrer bestehenden RT Box zu verwenden, aktualisieren Sie die Firmware ohne zusätzliche Kosten hier.
Über die RT Box
Die RT Box ist ein Echtzeitsimulator. Sie wurde speziell für Anwendungen in der Leistungselektronik entwickelt mit vielseitigem Einsatzgebiet, beispielsweise für Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests von Reglern und für Rapid Control Prototyping (RCP).
Die RT Box wird gemeinsam mit einem Host-Computer betrieben, auf dem PLECS Coder verfügbar ist. 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.
Die Auswahl von RT Box-Hardware bietet Lösungen, die für die besonderen Herausforderungen bei der Modellierung verschiedener Stromrichtertypen mit ausreichender Genauigkeit optimiert sind. In der Bibliothek finden Sie Komponente für viele Standardtopologien. Sie können aber auch eigene Komponenten erstellen. Alle Geräte arbeiten innerhalb des PLECS-Ökosystems, das von Ingenieuren weltweit bevorzugt wird. Die RT Box ist in vier Varianten mit unterschiedlichen Leistungsstufen und einer Kombination aus CPU- und FPGA-basierten Solvern für jede Schaltung erhältlich:
| RT Box CE | RT Box 1 | RT Box 2 | RT Box 3 | |
|---|---|---|---|---|
| Prozessor | Xilinx Zynq | Xilinx Zynq Ultrascale + | ||
| CPU Kerne | 2 x 1 GHz | 4 x 1.5 GHz | ||
| ↳ für Simulationen | 1 | 3 | ||
| Solver | ||||
| CPU-basiert | ✓ | |||
| FlexArray | - | ✓ | ||
| Nanostep® | 1 Einheit, 7.5 ns Schrittweite (fixiert) | 2 Einheit,4 ns Schrittweite (fixiert) | ||
| Zielgruppe | Unterricht im Vorlesungsraum und Labor | Vielseitig einsetzbar mit niedrigen Kosten für HIL und RCP | Multi-core und FPGA für schnellschaltende Schaltkreise mit höherer Komplexität | Mehr I/O für mehrstufige Umwandler und Microgrids |
Die kompletten, technischen Spezifikationen der RT Box Familie finden Sie in der Vergleichstabelle.
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| Die RT Box Familie bietet eine Lösung für jede Anwendung. |
Die RT Box von Innen
Der Prozessor der RT Box besteht aus einer FPGA und mehreren CPU-Kerne. Die enge Integration 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 übernimmt die Kommunikation mit dem Benutzer, während die übrigen Kerne für die Echtzeitsimulation eingesetzt werden.
Werden Echtzeitsimulationen auf den CPU Kernen ausgeführt, kann man vollständig benutzerdefinierte Stromrichter entwickeln oder einfach Rechenressourcen für Teile des Systems einsparen, die keine schnellen Aktualisierungsraten erfordern. Bei CPU-basierten Simulationen ist der Berechnungszeitschritt in der Regel größer als 1 Mikrosekunde.
Die RT Box 2 und 3 bieten eine FPGA-basierte Simulation, die neben der massiv-parallelen Verarbeitung auch Pipelining nutzt. FPGA-basierte Berechnungen können Zeitschritte von nur 250 ns erreichen, was eine erhebliche Leistungssteigerung für Echtzeitanwendungen bedeutet.
Hochpräzise Simulationen mit NanostepDer Nanostep Solver ermöglicht Simulationen zur Regelung gängiger Topologien der Leistungselektronik und unterstützt Schaltfrequenzen im MHz-Bereich durch die extrem kleinen Simulationsschritte. Jeder Simulationsschritt umfasst Abtastung, Berechnung und Bestimmung des Diodenschaltzustands. Weitere Informationen zum Nanostep Solver finden Sie in unserem Titelgeschichte Bodo's Power Systems Anfang 2024.
Die Schrittweite des Solvers ermöglicht hochpräzise Simulationen, zentral für Anwendungen, die eine präzise Regelung erfordern. Dies gilt insbesondere für DC/DC Wandler mit einem induktiven AC-Zwischenkreis, bei denen die Leistungsübertragung sehr empfindlich auf die Phasenverschiebung zwischen dem Strom- und dem PWM-Signal reagiert. Beispiele hierfür sind Resonanzwandler oder Dual Active Bridges (DABs), deren Ströme häufig das Vorzeichen ändern oder in den Lückbetrieb übergehen. In diesen Fällen ist ein Einblick in das Stromverhalten zwischen den einzelnen Schaltvorgängen unerlässlich.
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| Der Ausgangsstrom eines DAB-Wandlers, der nominell mit 1 MHz geschaltet ist und mit dem Nanostep-Solver mit einer Schrittweite von 4 ns simuliert wird. |
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Solvertypen, die für die RT Box - Familie verfügbar sind:
| Gerät | CPU | FPGA | |
| Solvertyp | CPU | FlexArray | Nanostep® |
| Schrittweite | ≥ 1 us* | ≥ 250 ns* | 4ns / 7.5 ns (fixiert) |
| Schaltfrequenz | ≤ 50 kHz | ≤ 150 kHz | ≤ 1.5 MHz |
| Verfügbarkeit | RT Box CE, 1, 2, 3 | RT Box 2, 3 | RT Box CE, 1 (7.5 ns) RT Box 2, 3 (4 ns) |
| Vorteile | Entwicklung vollständig benutzerdefinierter Stromrichter und Einsparung von Berechnungsressourc-en für langsamere Elemente | Schnellere Simulationen für verschiedene Schaltungselemente und Leistungsmodule | Hochfrequenzanwendungen und Regelgenauigkeit |
| Anwendungsfälle | - Alle linearen/schaltenden Komponente - Thermische Komponente - Verlustmodellberechnungen - Schaltkreise mit magnetischen Komponenten - Elektrische Maschinen - Kontrollblocks (incl. C-Scripts und State Machinen ) |
- Topologien basierend auf Power Module blocks,
Incl. multi-level Topologien - Passive Bauteile - Quellen - Messgeräte - Trennschalter |
Bestimmte Topologien: - DAB - LLC - PSFB - Andere Gleichstromwandler - VSIs 2/3-stufig - ** |
| * Abhängig von der Modellgrösse ** Zusätzliche Topologien, welche im Moment nicht vom Nanostep Solver unterstützt werden, können auf Anfrage kundenspezifisch angepasst oder entwickelt werden. |
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Anschlüsse der RT Box
Analoge I/Os
Die ADCs und DACs in der RT Box haben beide 16 Bit Auflösung und werden jeweils simultan abgetastet bzw. aktualisiert. 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.
Tutorials
Eine Sammlung von Videos hilft Ihnen bei der Einrichtung und dem Betrieb der RT Box.
Preise und Verfügbarkeit
Detaillierte Preis-Informationen finden Sie in unserem Shop. Für ein verbindliches Angebot und Lieferzeiten in Ihrer Region kontaktieren Sie uns bitte unter info@plexim.com.