基于FPGA板卡的OBC和DCDC变换器的实时仿真

——OBC和DCDC变换器对实时仿真系统的要求——

    OBC、DCDC变换器的核心是LLC谐振变换器，其应用非常广泛：

1. 新能源汽车领域的OBC、DCDC以及地面的快充系统；
2. 新能源的储能变流器PCS等；
3. 手机，平板，笔记本电脑等便携式充电设备等；

    由于应用场景的不同，LLC谐振变换器的拓扑型式多种多样，一般包括原边功率电路，谐振电路（含变压器），次边功率电路，输出电路。虽然LLC谐振变换器的功率范围从几W至几百kW，但为了实现高效率，高功率密度等目标，LLC谐振变换器的开关频率一般在50~300kHz之间；对于实时仿真系统的要求如下：

1.  FPGA硬件的IO接口延时小；
2.  FPGA模型的计算速度快；

——Speedgoat 的FPGA解决方案——

     针对以上问题，Speedgoat的IO334 FPGA板卡以及IO3XX-21的数字扩展卡，配合Speedgoat的HDL Coder Integration Package（HCIP）可以很好的解决这两个问题；

            Speedgoat的IO334 FPGA板卡以及IO3XX-21的数字扩展卡的IO接口延时非常小，从PWM输入、模型计算、到DAC输出的延时为几百纳秒。

    针对FPGA模型的计算速度快的要求，可以选择Speedgoat的HDL Coder Integration Package（HCIP）工具和MATLAB/Simulink的HDL Coder工具的基于Simulink的高速FPGA实时仿真解决方案。利用Simulink中的FPGA开发工具HDL Coder将Simulink模型转换为HDL代码，调用Xilinx公司的Vivado编译器进行代码编译。整个流程通过Speedgoat的HCIP工具无缝整合到一起，嵌入在HDL Workflow Advisor流程中，基本流程和技术特点如下：

 高速FPGA实时仿真模型开发流程和技术特点  

HDL Workflow Advisor流程

——示例——

    以之前储能充电项目的Resonant LLC Converter拓扑作为示例，如下图所示：

 Resonant LLC Converter电路拓扑

    根据上图的电路拓扑，利用Simulink中HDL Coder工具箱中的模块，搭建数学模型，如下图所示：

 Resonant LLC Converter数学模型

首先离线仿真，确认数学模型的仿真结果与期望结果一致，再调用HDL Workflow Advisor流程，生成HDL代码，编译下载至Speedgoat的IO334 FPGA板卡中运行，实时仿真结果如下：

          100%负载，开关频率：97.23kHz

12.5%负载，开关频率100.30kHz

 1.25%，开关频率107.75kHz

空载下，开关频率110.48kHz

此外再验证开关频率200kHz时的仿真结果如下：

仿真波形，开关频率200kHz

——总结——

    针对OBC和DCDC变换器的实时仿真系统，FPGA硬件的IO接口延时小和FPGA模型的计算速度快的需求，Speedgoat的IO334 FPGA板卡以及IO3XX-21的数字扩展卡，配合Speedgoat的HDL Coder Integration Package（HCIP）可以很好的解决这两个问题；在储能充电LLC谐振变换器项目中验证，确实是可行的；针对LLC谐振变换器的拓扑型式多种多样的问题，熠速提供客制化的建模和培训服务以及FPGA数学模型库来协助客户，加速建模过程。此外熠速还提供闭环调试，系统集成等服务，为客户提供交钥匙工程。