OBC DCDC HIL测试系统解决方案

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一、OBC DCDC HIL测试系统概述

随着新能源汽车对电池性能与充电技术要求的不断提升，OBC DCDC系统的控制逻辑复杂度显著增加，测试需求也呈现多样化趋势。当前测试项目涵盖：

交流充电接口、充电逻辑的仿真测试（GBT 18487.1-2015）；
CAN通信接口测试（GBT 27930-2015）
信号级故障注入测试；
交流输入测试；
直流输出测试；
充电保护功能测试；
双向OBC（逆变功能）。

为应对这一挑战，硬件在环（HIL）测试系统成为核心解决方案——通过实时仿真机运行被控对象模型，结合IO端口与被测控制器连接，可在虚拟环境中高效完成真实设备的功能验证与自动化测试，显著降低开发周期和成本。

与此同时，碳化硅（SiC）器件的普及推动电路开关频率跃升至数百kHz甚至MHz级别，功率密度同步提升，这对OBC-DCDC的控制响应速度和安全性提出更高要求。

针对这一技术难点，熠速选择了高速FPGA模块与高精度数学模型相结合的解决方案，通过将仿真步长压缩至纳秒级，有效解决了高频场景下的控制精度与实时性问题。

二、OBC DCDC技术背景

中国新能源汽车产业在"双碳"战略驱动下实现跨越式发展，2022年产销突破500万辆大关，带动核心三电系统进入技术革新快车道。

作为新能源汽车"能量中枢"的车载电源系统（即OBC DCDC），通过拓扑结构创新与第三代半导体技术融合，正推动充电效率与能量管理能力实现质的飞跃。

OBC作为交流充电的核心枢纽，通过PFC整流+LLC谐振架构实现AC/DC高效转换（效率＞95%），并集成CAN通信模块实现与BMS的智能交互（下图来自英飞凌官网）；DCDC则采用移相全桥或LLC拓扑，将动力电池高压（400-800V）转换为12V/48V低压系统，为整车电子设备供电。

从技术架构看，OBC（车载充电机）与DCDC（直流变换器）共同构建了高压-低压电能转换的立体网络，两大模块通过磁集成技术共享控制电路与滤波单元，形成高度协同的能源管理体系。OBC DCDC近年来的发展趋势如下：

高频化与高效率：SiC/GaN器件应用，推动开关频率提升至数百kHz甚至是MHz级，磁性元件体积减小，功率密度不断突

数字化控制：基于DSP/FPGA的智能控制算法（如自适应PID、谐振频率跟踪），提升动态响应与鲁棒性；

双向充放电：支持V2X功能，通过拓扑重构（如双向LLC）实现能量双向流动；

多合一集成：与PDU（配电单元）、电机控制器等集成，减少体积与成本（如比亚迪“八合一”电驱系统）。

三、测试系统组成

如图所示，OBC DCDC HIL测试系统包括以下三部分：

01 上位机

用于开发OBC DCDC被控对象实时仿真模型，包括电网模型，电力电子拓扑模型恒流，恒压、恒阻、负载模型等；组态式上位机界面；实现自动化测试。

02 实时仿真机

运行OBC DCDC被控对象实时仿真模型，连接被测控制器，模拟和采集各种信号，构建实时仿真测试环境。

03 被测控制器

需要测试的OBC DCDC控制器。

四、实时仿真机

实时仿真机，包括SDD，RAM和CPU，通过PCIe总线扩展模拟IO模块，数字IO模块，通信IO模块以及FPGA IO模块，通过千兆以太网与上位机进行数据交互。设备优势：

Intel Core/Xeon多核高性能CPU，免费开核；
支持并行多核，多仿真机和多FPGA模块的实时运行；
灵活可扩展多种IO及总线通讯模块；
适用于桌面及机柜式RCP&HIL应用（低噪音）。

了应对OBC电路的高开关频率需求，熠速使用FPGA模块运行高速模型，实现了超低延迟的IO通信。AIO延时不大于400ns，DIO不大于10ns。一般而言，从DIO芯片采集到PWM信号，经过FPGA电力电子模型运算，得到三相电流信号并通过AIO芯片输出给控制器，整个过程的延迟在1us以内。

此外，一台主机可同同时支持多个FPGA模块，模块之间通过MGT接口实现同步连接，即使在需要上百个模拟、数字和光纤通道的应用中，也能轻松实现足够的闭环速率。

五、高效高速的数学建模

采用传统方式在FPGA芯片上部署各种复杂模型，不仅要面临较高的技术门槛，并且调试繁琐，开发周期很长。为此，熠速为用户提供了基于MATLAB HDL Coder工具箱的FPGA建模解决方案，用户无需掌握VHDL或Verilog等硬件描述语言的专业知识，仅在Simulink可视化开发环境下，即可轻松完成FPGA的编程与部署。