Simulation en temp réel sur FPGA d'un double pont actif à convertisseurs trois niveaux à point neutre calé

Avec le développement de la technologie des énergies électriques et la demande écologique croissante, les convertisseurs électroniques deviennent de plus en plus populaires dans nos vies quotidiennes. Cependant, leur structure complexe et leurs variations imprévisibles peuvent entraîner la destruction des composants électroniques, ce qui peut engendrer des coûts supplémentaires lors de la phase de développement. La simulation en temps réel des convertisseurs électroniques est donc indispensable. De plus, la fréquence croissante des commutations des semi-conducteurs nécessite que le pas de calcul de la simulation soit réduit pour garantir sa précision et sa performance en temps réel. Ainsi, la simulation hors ligne basée sur la plateforme CPU perd ses avantages. Au cours de la dernière décennie, les Field-Programmable Gate Arrays(FPGAs) sont devenus la plateforme matérielle privilégiée pour la simulation en temps réel des convertisseurs électroniques grâce à leur structure parallèle, leurs entrées/sorties à faible latence et leur forte puissance de calcul. Pour pouvoir calculer précisément les tensions et les courants du convertisseur à chaque instant, il est essentiel de disposer d’une modélisation et d’un algorithme appropriés. Actuellement, la modélisation fréquente consistent à assimiler tous les composants du convertisseur à un modèle équivalent de Norton et à calculer les tensions et les courants à chaque instant en résolvant un système linéaire. Un algorithme représentatif correspondant à cette modélisation est Modified Augmented Nodal Analysis (MANA). Toutefois, les caractéristiques non linéaires de tension-courant des semi-conducteurs rendent actuellement difficile une simulation précise en temps réel des convertisseurs électroniques. Par conséquent, la modélisation des semi-conducteurs a toujours été un défi dans ce domaine. Les deux modèles couramment utilisés pour le semi-conducteur sont le Associate Discrete Circuit (ADC), qui l’assimile à une inductance, un condensateur ou un modèle de Norton, et le Resistive Switch Model (RSM), qui l’assimile à une impédance Ron et Roff en fonction de son état. En raison des pas de calcul réduite du solveur, nous adoptons le RSM. Un autre défi dans la simulation des convertisseur est la détermination des états des diodes, qui sont implicites pendant les calculs. Un algorithme itératif permet à la diode de converger vers son état correct à chaque instant de calcul. Pourtant, il est difficile d’y parvenir avec des solveurs à des pas de calcul réduits.