Tekoäly optimoi tehomuuntimia

Cardiffin yliopiston ja kansallisen yhdistelmäpuolijohteinen kehitystyöjärjestö CSA Catapultin asiantuntijatiimi on luonut uuden ja tehokkaamman tavan mallintaa ja suunnitella tehoelektronisia muuntimia tekoälyn (AI) avulla.

Menetelmä on lyhentänyt tekniikan suunnitteluaikoja jopa 78 % perinteisiin lähestymistapoihin verrattuna ja sitä käytettiin yli 98 %:n hyötysuhteisen tehomuuntimen luomiseen.

Nykyiset tehomuuntimien suunnittelumenetelmät perustuvat suurelta osin monimutkaisiin matemaattisiin malleihin, jotka lisäävät merkittävästi suunnitteluprosessin laskenta-aikaa ja monimutkaisuutta.

Hyvin suunnitellulla tehomuuntimella on oltava korkea hyötysuhde, pieni tilavuus, keveys ja edulliset kustannukset ja alhainen vikaantuvuus.

Siksi tehomuuntimen suunnittelumenetelmän päätavoite on tunnistaa paras kompromissi näiden suorituskykyindikaattoreiden joukosta.

Tutkimuksessaan ryhmä tutki uutta suunnittelumenetelmää käyttämällä tekoälyä, joka tunnetaan nimellä keinotekoiset neuroverkot (ANN), joka käyttää algoritmeja ja laskentajärjestelmiä, jotka jäljittelevät ihmisaivojen toisiinsa liittyviä neuroverkkoja.

ANN koulutettiin olemassa olevan yli 2000 mallin tietojoukon perusteella, joten tiimi pystyi valitsemaan sopivimman rakenteen halutulle tehokkuudelle ja tehotiheydelle.

Ryhmä valitsi neljä pääkomponenttia ANN-pohjaiseen suunnitteluun, mukaan lukien galliumnitraatti (GaN) fettien tehopiirit sekä induktorit, kondensaattorit ja jäähdytyselementit.

Suunnittelutapa validoitiin kokeellisilla testeillä GaN-pohjaisella yksivaiheisella invertterillä, joka luotiin määritellyllä suunnittelulla. Laitteen tehokkuus ja tehotiheys sovitettiin hyvin suunnitteluun ja olemassa olevien laitteiden valikoimaan, mikä teki siitä teknisesti kilpailukykyisen ja kaupallisesti kannattavan.

Tutkimuksen toinen kirjoittaja tohtori Wenlong Ming, toetaa: "Tarkat ja nopeat transienttimallinnus/simulaatiomenetelmät ovat välttämättömiä laajakaistaisten tehoelektroniikkajärjestelmien tehokkaalle ja nopealle optimoinnille.

Tutkimuksen toinen kirjoittaja tohtori Ingo Lüdtke, CSA Catapultin tehoelektroniikan vetäjä, toteaa: "Automaattinen tehoelektroniikan suunnittelun optimointi mahdollistaa laajakaistaisten tehopuolijohteiden etujen täysimääräisen hyödyntämisen.

Yhteistyökumppanit ovat tutkineet myös nopeiden ja tarkkojen SiC MOSFET -mallien transienttisimulaatiota tällä hybriditietopohjaisella mallinnusmenetelmällä. Hybridimallin simulaation suoritusajan havaittiin olevan 30 % lyhyempi verrattuna aiempaan työmalliin.

Aiheesta aiemmin:

Komplementaarista galliumnitridielektroniikkaa