测试与测量 | 瑞苏盈科FPGA核心板在实时仿真与测试（HIL）中的应用

从电动汽车、航空航天到工业机械和可再生能源发电，电力电子技术对广泛的现代应用至关重要。在所有这些应用中，电力电子技术都被用来控制电力的电压、电流和频率，或在交流电和直流电之间进行转换。

电力电子解决方案的开发、测试和验证极具挑战性。现代电力电子系统在高开关频率下运行，许多元件会给系统带来非线性。此外，系统的正常运行取决于电路和控制（以及其他物理域，如机械域）之间的相互作用，因此系统必须作为一个整体进行设计。

Plexim

Plexim公司总部位于瑞士苏黎世，其使命是为电气工程师提供可靠的工具，以应对他们在此类复杂电力电子系统的概念设计、实现和验证过程中所面临的挑战。自 2002 年首次发布以来，Plexim的PLECS电路模拟器已成为学术界和工业界复杂电气系统建模和模拟的事实标准。

Plexim借助RT Boxes（RT Box CE、RT Box 1、RT Box 2 和 RT Box 3）还为硬件在环和快速控制原型开发应用提供了紧凑、功能强大的设备。电力电子工程师可以轻松地将使用PLECS电路模拟器设计的离线模型转换为在线实时模拟，并提供完整的模拟和数字输入/输出。RT Box在Enclustra SoM（模块化系统）模块上运行，具有多个标准CPU内核和一个现场可编程门阵列 (FPGA)。

客户面临的挑战

Plexim在开发RT Box时面临的主要挑战是如何为实时运行模拟提供足够的性能。在HiL（硬件在环测试）中，电力电子控制器被连接到实时仿真系统中进行测试，RT Box必须捕获时间延迟约为7ns的PWM信号。从一开始，要满足I/O的低延迟要求并实现微秒级的周期时间，显然需要将FPGA与标准CPU紧密集成。

多个RT端子盒可通过高速双向链路连接在一起

以满足更大、更复杂系统的要求

Plexim公司的工程师希望将重点放在开发过程中他们能够增加最大价值的方面，即开发外围电子设备。他们没有重新制造和自己设计板载FPGA，而是开始寻找将FPGA与标准CPU以及他们所需的所有外设结合在一起的商用模块，以缩短产品上市时间。

解决方案

他们在Enclustra的Mercury ZX5 SoM（系统级模块）中找到了第一款产品RT Box 1所需的性能。Enclustra提供的模块不仅方便，而且结构紧凑，能够提供足够数量的超低延迟I/O，功能强大，可实现微秒级的周期时间。RT Box 1中使用的Mercury ZX5采用AMD Xilinx Zynq 7015/7030 SoC器件，配备ARM双核Cortex-A9处理器和AMD Xilinx Artix-7/Kintex-7 28nm FPGA结构。

水星Mercury ZX5核心板

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Plexim进一步开发了RT Box 2和RT Box 3，以满足客户更具挑战性的应用需求。对于这些版本，他们选择了Enclustra的Mercury+ XU1 SoM（系统级模块）。Mercury+ XU1以AMD Xilinx的Zynq Ultrascale+ MPSoC为基础，配备了ARM双核/四核Cortex-A53处理器和16纳米FinFET+ FPGA结构。Mercury+ XU1模块提高了性能，使RT Box 3为用户提供的I/O数量是RT Box 2的两倍。

水星Mercury+ XU1核心板

来自客户的肯定

"Enclustra的SoM解决方案为我们的应用提供了适量的外设，并配备了符合我们需求的SoC类型。通过从Enclustra采购SoM，我们能够将解决方案的上市时间缩短一年左右。在交货期长达 72 周的时代，这是一个很大的优势。"

Plexim首席执行官Jost Allmeling表示