에지 AI 기술을 통해 1°C RMS 정확도 내에서 MOSFET 접합부 온도 예측 지원
에지 AI 모델을 사용하여 전력 컨버터 MOSFET을 정격 접합부 온도 범위 내에서 동작시켜 안전성과 장기 안정성 확보
애플리케이션 개요
전력 컨버터 시스템의 안전하고 안정적인 동작을 위해 MOSFET을 정격 온도 범위 내에서 작동하는 것은 매우 중요합니다. 그러나 급격한 과도 현상이나 비정상적인 부하 조건은 순간적인 접합부 온도 변동을 유발하여 정격을 초과할 수 있으며, 온보드 센서나 열전대와 같은 기존 온도 측정 방식으로는 이를 정확히 측정하기 어렵습니다.
에지 AI 기반 온도 예측 솔루션은 동작 전류, 전압, 냉각 유량, 센서에서 측정된 온도 등 다양한 입력 데이터를 활용하여 접합부 온도 측정 정확도를 향상시킵니다.
TI의 혁신적인 접근 방식은 TI의 C2000 MCU에서 원활하게 실행되는 독자적인 온도 측정 데이터 세트로 학습된 다층 퍼셉트론 에지 AI 모델을 활용합니다. 이 기술을 통해 보다 정확한 접합부 온도 모니터링이 가능합니다.
평가 시작하기
데이터 수집
스위치 온도에 대한 정확한 기준 데이터 확보:
1) 직접 온도 측정
- 전력 MOSFET에 열전대 또는 유사한 온도 센서를 직접 장착 - "골든 레퍼런스" 온도 값을 제공
2) 전력 컨버터를 다양한 조건에서 작동:
- 서로 다른 입력 전압
- 다양한 부하 수준
- 여러 냉각 조건
3) 과도 상태 데이터 수집
- 과도 상태는 기존 온도 추정 방식에서 가장 큰 오차를 유발합니다.
- 정확한 에지 AI 모델을 개발하기 위해서는 과도 상황이 충분히 포함된 학습 데이터가 필요합니다.
사용 가능한 리소스:
- 위 방법으로 생성된 독자적인 데이터 세트를 모델 학습 및 평가에 사용합니다. 제공된 데이터 세트를 사용하거나 자체 수집한 데이터를 가져옵니다.
데이터 품질 평가
골든 레퍼런스 데이터 세트는 다음과 같이 확보합니다.
MOSFET 접합부에 최대한 근접하도록 온도 센서를 설치하며, 일반적으로 MOSFET 패키지에 직접 온도 센서를 연결합니다. 이를 통해 실제 접합부 온도에 가장 근접한 값을 얻을 수 있습니다.
그림 1.1 - MOSFET 온도 예측
그림 1.2 - 온도 센서 데이터(양호)
그림 1.1 - MOSFET 케이스 온도 예측
모델 구축 및 학습
데이터 세트가 준비되면 TI tinyML Model Zoo를 사용하여 모델을 탐색, 학습 및 평가합니다.
요구 사항에 맞는 모델 찾기
성능과 전력 요구 사항에 따라 확장 가능한 TI의 최적화된 일반 시계열 모델 라이브러리를 활용할 수 있습니다.
MOSFET 온도 예측을 위해서는 TI tinyML Model Zoo의 예제 → mosfet_temp_prediction을 참고하면 높은 정확도의 온도 예측을 구현할 수 있습니다.
모델 배포
명령줄 툴로 시작할 수 있으며, tinyml-modelzoo에서는 BYOD(자체 데이터 활용) 또는 BYOM(자체 모델 활용)을 포함해 보다 확장되고 유연한 모델 개발 툴 세트를 제공합니다.
적합한 장치 선택
C2000 MCU 제품군은 다양한 AI 요구 사항을 충족할 수 있는 확장형 성능을 제공하며, F29H859TU-Q1을 통한 C29 아키텍처의 VLIW(초장 명령어) 기반 병렬 처리 성능과 TMS320F28P559SJ-Q1의 TinyEngine™ NPU를 비롯한 다양한 옵션을 포함합니다.
시작하는 데 필요한 모든 하드웨어, 소프트웨어 및 리소스
하드웨어
LAUNCHXL-F29H85X
C2000™ 실시간 MCU F29H85x LaunchPad™ 개발 키트는 에지 AI 사용 사례를 신속하게 개발할 수 있도록 지원합니다.
F29H85X-SOM-EVM
F29H85x controlSOM 평가 모듈은 에지 AI 사용 사례를 신속하게 개발할 수 있도록 지원합니다.
LAUNCHXL-F28P55X
C2000™ 실시간 MCU F28P55X LaunchPad™ 개발 키트는 에지 AI 사용 사례를 신속하게 개발할 수 있도록 지원합니다.
소프트웨어 및 개발 툴
CCStudio™ Edge AI Studio
TI 에지 AI 장치에 모델을 학습, 컴파일 및 배포하기 위한 종합 툴 세트를 제공합니다. 사전 생성된 인기 모델의 벤치마크를 확인할 수 있는 모델 선택 툴도 제공합니다.
CLI 툴
자체 모델을 개발하려는 고급 사용자를 위한 명령줄 인터페이스입니다. 데이터 세트 처리, 모델 학습 및 컴파일을 포함한 엔드 투 엔드 모델 개발 툴을 제공합니다.
F29-SDK
F29 실시간 MCU를 위한 기본 SDK(소프트웨어 개발 키트)입니다.