实时电源电路的模拟通常在基于FPGA的模拟器上执行。设计此类基于FPGA的平台时，请考虑三个关键方面：
　　开关模型的复杂性：可以使用各种级别的保真度来模拟半导体开关模型，从用于硬件设计的高度详细的瞬态模型到理想的开关模型，甚至是平均转换器模型，这些模型替换了等效源。
　　可实现的时间步骤：根据开关模型的复杂性，需要不同的时间步骤才能正确模拟所有感兴趣的动态。在瞬态模型中对寄生效应的高度详细模拟可能需要平行分辨率，而平均转换器模型可以通过每个切换周期进行一个模拟步骤模拟。
　　易用性：可以通过手动编码和优化VHDL中所需转换器的方程来实现性能。但是，修改这种优化的模型将非常耗时且具有挑战性。相反，更广泛的仿真方法可能缺乏实现所需短期步骤所需的优化。
　　开发有效的HIL模拟器平台的主要挑战是平衡这三个要求。台风HIL平台是专门为电力电子应用而设计的，该设计通过以下设计选择：
　　图形示意图编辑器：图形示意图编辑器用于设计电路。使用可配置的FPGA求解器，而不是生成VHDL代码，以及合成，Bitstream生成等。该模型通过单击编译过程加载到求解器，通常需要不到一分钟。
　　理想的开关模型：与高度详细的开关模型不同，理想的开关模型不需要次纳秒时间步骤来模拟开关换向。但是，它仍然能够模拟具有高保真度以控制设计和测试的电力电子转换器。不同的状态空间矩阵用于模拟与开关状态不同组合相对应的电路。这意味着可以通过两个连续的时间步长模拟开关事件，并使用两个不同的矩阵集。通过添加正向电压下降，可以轻松增强理想的开关模型。
　　GDS Overplempling： HIL模拟器数字输入处的 登机驾驶信号（GDS）的采样速度快于模拟时间步骤。由于控制器时钟与模拟器没有同步，因此门控信号的边缘发生在模拟时间步长的持续时间内。此边缘（切换事件）是时间戳，并使用信息来补偿即将到来的时间步骤中的仿真结果，从而增加了切换事件检测的分辨率。
　　十多年来，台风HIL模拟器已成功地应用于各种电力电子应用中，一代能够以低至200 ns的时间步长模拟电路，而DI采样分辨率为3.5 ns。
　　DC-DC转换器仿真
　　典型的EV充电器由输入功率因数校正（PFC）阶段和一个孤立的DC-DC阶段组成，后者通常使用双活动桥（DAB）或resonant（LLC，CLLLC）转换器拓扑构建。这些DC-DC拓扑的实时模拟尤其要求：
　　高开关频率：这些通常用于减少高频变压器的大小和重量，这在OBC应用中尤为重要，这是由于体积和重量限制。如今，通常使用宽带gap半导体可实现的开关频率超过100 kHz是常见的。
　　开关频率的功率传输：在网格绑定的转换器和电动驱动应用中，主要功率传输以频率至少比开关频率低的数量级。对于具有高频变压器（例如DAB和LLC转换器）的转换器，电源传输在开关频率下发生。这意味着即使是小时分辨率的损失也会直接影响电力传输，从而影响模型的保真度，并因此而影响控制器操作。

　　有趣的是，DAB和LLC拓扑的时间分辨率损失的主要来源既不是仿真时间步，也不是数字输入采样分辨率。取而代之的是，它源于检测二极管电流零交叉，因为通常在实时应用程序中的时间步长分辨率下检测到这种类型的切换事件。通过运行DAB转换器以100 kHz的速度切换为2％，仿真时间步骤有意将其设置为相对较长的500 ns，从而说明了这一点。如图1所示，在大多数工作点，模拟结果与参考功率传递曲线很好地对齐。但是，在某些时候，参考文献有很大的偏差。这些是缠绕电流在死亡时间内交叉零的操作点。

　　图1。DAB 模拟 - 100 kHz开关频率，500 ns时间步长。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　通过与工业合作伙伴的合作调查，台风HIL得出结论，DAB和LLC模型以低至200 ns的时间步骤运行的模型并不能为HIL测试提供足够的忠诚度。为了改善这些模型中的二极管电流零越交检测，已经开发了一个专门的求解器。
　　DC-DC转换器求解器
　　DC-DC转换器求解器是一个优化的FPGA模块，能够在25 ns的时间步长以模拟DAB和LLC转换器家族。这实现了具有两个模拟速率的多速率模拟：
　　可配置的FPGA求解器使用的仿真时间步骤，时间降至200 ns。
　　专用DC-DC转换器求解器使用的求解器步骤，该求解器在25 ns下模拟DAB或LLC模型。

　　模型的这两个部分交换了直流电压和电流。从用户的角度来看，求解器被部署为单个组件 - DAB或谐振转换器，可以适用于不同的拓扑变体，例如CLLLC。这样可以确保易于使用，同时显着改善了模拟保真度（图2）。

　　图2。 示意图编辑器中的双活动桥和谐振转换器组件。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供

　　为了测试该求解器的性能，使用外部控制器创建了一个实验设置，以复制一个现实的方案，其中控制器时钟与模拟器的时间表不同步。该测试初是在DAB转换器模型上进行的，结果如图2所示。电源传递被视为输出。实施了各种调制策略，以涵盖整个操作范围内的各个操作点，包括带有二极管当前零交叉事件的操作点。更详细的数据可以在台风HIL发布的白皮书中找到。结果表明，该模拟对于切换频率300 kHz的性能很好。

　　图3。 双活动桥模拟结果。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　随后，考虑了一个串联谐振频率f r = 250 kHz ，测试了几种LLC共振转换器设计。开关频率从0.5 f R，2 f r变化，输出输入电压比用作基准。并行电感比保持恒定（K = L P  l s = 8）。同时，特征阻抗（z c =√（l s c）变化，导致不同的q因子值和电压特性，如图4所示。仿真数据表明，模拟在完整的状态下表现良好开关频率范围高达500 kHz。

　　除高性能外，设计DC-DC转换器求解器时还考虑了资源利用。结果，可以在单个HIL606设备上模拟多达8个转换器。

　　图4。LLC 转换器的电压增益曲线。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供
　　要点
　　事实证明，快速开关DAB和共振拓扑的准确实时模拟在实践中是一项艰巨的任务。台风HIL提出的优化求解器方法通过在广泛的典型应用中提供高模拟保真度，同时保持典型的离线模拟平台的易用性，从而解决了这些挑战。自2022年以来，基于DC-DC求解器的模型已成功用于开发和测试充电应用程序中的控件。除了本文提供的结果外，还可以根据要求提供更多数据，包括基于指定的基准测试一组参数。