測試與測量 | 瑞蘇盈科FPGA核心板在實時仿真與測試（HIL）中的應用

從電動汽車、航空航天到工業機械和可再生能源發電，電力電子技術對廣泛的現代應用至關重要。在所有這些應用中，電力電子技術都被用來控制電力的電壓、電流和頻率，或在交流電和直流電之間進行轉換。

電力電子解決方案的開發、測試和驗證極具挑戰性?，F代電力電子系統在高開關頻率下運行，許多元件會給系統帶來非線性。此外，系統的正常運行取決于電路和控制（以及其他物理域，如機械域）之間的相互作用，因此系統必須作為一個整體進行設計。

Plexim

Plexim公司總部位于瑞士蘇黎世，其使命是為電氣工程師提供可靠的工具，以應對他們在此類復雜電力電子系統的概念設計、實現和驗證過程中所面臨的挑戰。自 2002 年首次發布以來，Plexim的PLECS電路模擬器已成為學術界和工業界復雜電氣系統建模和模擬的事實標準。

Plexim借助RT Boxes（RT Box CE、RT Box 1、RT Box 2 和 RT Box 3）還為硬件在環和快速控制原型開發應用提供了緊湊、功能強大的設備。電力電子工程師可以輕松地將使用PLECS電路模擬器設計的離線模型轉換為在線實時模擬，并提供完整的模擬和數字輸入/輸出。RT Box在Enclustra SoM（模塊化系統）模塊上運行，具有多個標準CPU內核和一個現場可編程門陣列 (FPGA)。

客戶面臨的挑戰

Plexim在開發RT Box時面臨的主要挑戰是如何為實時運行模擬提供足夠的性能。在HiL（硬件在環測試）中，電力電子控制器被連接到實時仿真系統中進行測試，RT Box必須捕獲時間延遲約為7ns的PWM信號。從一開始，要滿足I/O的低延遲要求并實現微秒級的周期時間，顯然需要將FPGA與標準CPU緊密集成。

多個RT端子盒可通過高速雙向鏈路連接在一起

以滿足更大、更復雜系統的要求

Plexim公司的工程師希望將重點放在開發過程中他們能夠增加最大價值的方面，即開發外圍電子設備。他們沒有重新制造和自己設計板載FPGA，而是開始尋找將FPGA與標準CPU以及他們所需的所有外設結合在一起的商用模塊，以縮短產品上市時間。

解決方案

他們在Enclustra的Mercury ZX5 SoM（系統級模塊）中找到了第一款產品RT Box 1所需的性能。Enclustra提供的模塊不僅方便，而且結構緊湊，能夠提供足夠數量的超低延遲I/O，功能強大，可實現微秒級的周期時間。RT Box 1中使用的Mercury ZX5采用AMD Xilinx Zynq 7015/7030 SoC器件，配備ARM雙核Cortex-A9處理器和AMD Xilinx Artix-7/Kintex-7 28nm FPGA結構。

水星Mercury ZX5核心板

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Plexim進一步開發了RT Box 2和RT Box 3，以滿足客戶更具挑戰性的應用需求。對于這些版本，他們選擇了Enclustra的Mercury+ XU1 SoM（系統級模塊）。Mercury+ XU1以AMD Xilinx的Zynq Ultrascale+ MPSoC為基礎，配備了ARM雙核/四核Cortex-A53處理器和16納米FinFET+ FPGA結構。Mercury+ XU1模塊提高了性能，使RT Box 3為用戶提供的I/O數量是RT Box 2的兩倍。

水星Mercury+ XU1核心板

來自客戶的肯定

"Enclustra的SoM解決方案為我們的應用提供了適量的外設，并配備了符合我們需求的SoC類型。通過從Enclustra采購SoM，我們能夠將解決方案的上市時間縮短一年左右。在交貨期長達 72 周的時代，這是一個很大的優勢。"

Plexim首席執行官Jost Allmeling表示