Mae AI yn helpu i optimeiddio trawsnewidwyr electronig pŵer

Mae tîm o arbenigwyr o Brifysgol Caerdydd a'r Catapwlt Cymwysiadau Lled-ddargludyddion Cyfansawdd (CSA) wedi creu ffordd newydd a mwy effeithlon o fodelu a dylunio trawsnewidyddion electronig pŵer gan ddefnyddio deallusrwydd artiffisial (AI).

Mae'r dull wedi lleihau amseroedd dylunio ar gyfer technoleg hyd at 78% o’i gymharu â dulliau traddodiadol ac fe'i defnyddiwyd i greu dyfais gydag effeithlonrwydd o dros 98%.

Cyhoeddwyd canfyddiadau'r tîm yn y IEEE Open Journal of Power Electronics a IEEE Transactions on Power Electronics.

Mae trawsnewidydd pŵer yn ddyfais drydanol ar gyfer trosi egni trydanol. Gall drosi cerrynt eiledol (AC) yn gerrynt uniongyrchol (DC) ac i'r gwrthwyneb neu newid foltedd neu amlder cerrynt.

Defnyddir trawsnewidyddion pŵer mewn ystod eang o dechnolegau, o ffonau symudol, cyfrifiaduron a setiau teledu i ynni adnewyddadwy a cherbydau trydan.

Mae dulliau presennol o ddylunio trawsnewidyddion pŵer yn dibynnu i raddau helaeth ar fodelau mathemategol cymhleth sy'n cynyddu amser cyfrifiadurol a chymhlethdod y broses ddylunio yn sylweddol.

Rhaid i drawsnewidydd electronig pŵer wedi'i ddylunio'n dda fod ag effeithlonrwydd uchel, cyfaint bach, bod yn ysgafn, rhad a bod â chyfradd fethu isel.

Felly, prif nod dull dylunio trawsnewidydd pŵer yw nodi'r cyfaddawdau gorau ymhlith y dangosyddion perfformiad hyn.

Yn eu hastudiaeth, archwiliodd y tîm ddull dylunio newydd gan ddefnyddio math o AI a elwir yn rwydweithiau niwral artiffisial (ANN), sy'n defnyddio algorithmau a systemau cyfrifiadurol sy'n dynwared rhwydweithiau niwral rhyng-gysylltiedig yr ymennydd dynol.

Hyfforddwyd yr ANN ar set ddata bresennol o dros 2000 o ddyluniadau, felly roedd y tîm yn gallu dewis y dyluniad mwyaf priodol ar gyfer yr effeithlonrwydd a'r dwysedd pŵer a ddymunir.

Dewisodd y tîm bedair prif gydran ar gyfer y dyluniad sy'n seiliedig ar ANN, gan gynnwys transistorau effaith-maes (FETs) galiwm nitrad (GaN) pŵer, anwythyddion, cynwysyddion, a sinciau gwres.

Dilyswyd y dull dylunio trwy brofion arbrofol ar wrthdröydd un-cam wedi'i seilio ar GaN a grëwyd gan ddefnyddio'r dyluniad penodedig. Roedd effeithlonrwydd a dwysedd pŵer y ddyfais yn cyfateb yn dda i'r dyluniad ac o fewn yr ystod o ddyfeisiau presennol, gan ei gwneud yn dechnegol gystadleuol ac yn fasnachol hyfyw.

Dywedodd cyd-awdur yr astudiaeth, Dr Wenlong Ming, Uwch-ddarlithydd ym Mhrifysgol Caerdydd ac Uwch Gymrawd Ymchwil yn CSA Catapult: “Mae dulliau modelu/efelychu hyfyr cywir a chyflym yn hanfodol i optimeiddio perfformiad systemau electroneg pŵer bandgap eang yn effeithlon ac yn gyflym. Rydym yn falch iawn o gydweithio â Chatapwlt CSA i fynd i'r afael â'r bwlch hwn.”

Dywedodd cyd-awdur yr astudiaeth, Dr Ingo Lüdtke, Pennaeth Electroneg Pwer yng Nghatapwlt CSA: “Mae optimeiddio dylunio electroneg pŵer awtomataidd yn galluogi manteisio i'r eithaf ar fanteision lled-ddargludyddion pŵer bandgap eang o'u cymharu â'u cymheiriaid silicon. Rydym yn gyffrous ein bod yn gweithio gyda Phrifysgol Caerdydd yn y maes arloesol hwn.”

Labordy Electroneg Pŵer Catapwlt CSA yw un o'r rhai mwyaf datblygedig yn y DU i alluogi arloesedd trwy gyfleusterau modelu, nodweddu, integreiddio a dilysu cynhwysfawr ar gyfer trawsnewidyddion pŵer gydag effeithlonrwydd a dibynadwyedd uwch gyda llai o faint, pwysau a chost system.

Mae gan Brifysgol Caerdydd enw da yn rhyngwladol am ei harbenigedd ym maes electroneg lled-ddargludyddion cyfansawdd. Mae'n gartref i'r Sefydliad Lled-ddargludyddion Cyfansawdd, sydd wedi'i leoli yn ei Ganolfan Ymchwil Drosiadol newydd ar Gampws Arloesedd Caerdydd. Mae'r Brifysgol yn un o sylfaenwyr CSConnected a'r Ganolfan Lled-ddargludyddion Cyfansawdd, gan weithio'n agos gydag amrywiaeth o sefydliadau gan gynnwys Catapwlt CSA.