The PLL(Phase-Locked Loop) techniques re employed to make the switching frequency of a resonant inverter follow the resonant frequency which may vary due to the load variations during operation. The conventional design guide of PLL is not suitable in these case since the inverter characteristics are not considered. In this paper the phase characteristics of a resonant inverter is analysed and added to the closed loop. And the design of PLL with digital phase detector is illustrated for the output frequency to track the resonant frequency of the inverter.
This paper presents a modified Current Source Parallel Resonant Push-pull Inverter (CSPRPI) for single phase induction heating applications. One of the most important problems associated with current source parallel resonant inverters is achieving ZVS in transient intervals. This paper shows that a CSPRPI with the integral cycle control method has dynamic ZVS. According to this method, it is the Phase Locked Loop (PLL) circuit that tracks the switching frequency. The advantages of this technique are a higher efficiency, a smaller package size and a low EMI in comparison with similar topologies. Additionally, the proposed modification results in a low THD of the ac-line current. It has been measured as less than %2. To show the validity of the proposed method, a laboratory prototype is implemented with an operating frequency of 80 kHz and an output power of 400 W. The experimental results confirm the validity of the proposed single phase induction heating system.
Park, Sang-Jun;Yong, Ki-Ryeok;Lee, Young-Jae;Sung, Sang-Kyung
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.6
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pp.546-554
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2012
This paper suggests a design method of an improved phase control loop for tracking resonant frequency of solid type precision resonant gyroscope. In general, a low cost MEMS gyroscope adapts the automatic gain control loops by taking a velocity feedback configuration. This control technique for controlling the resonance amplitude shows a stable performance. But in terms of resonant frequency tracking, this technique shows an unreliable performance due to phase errors because the AGC method cannot provide an active phase control capability. For the resonance control loop design of a solid type precision resonant gyroscope, this paper presents a phase domain control loop based on linear PLL (Phase Locked Loop). In particular, phase control loop is exploited using a higher order PLL loop filter by extending the first order active PI (Proportion-Integral) filter. For the verification of the proposed loop design, a hemispherical resonant gyroscope is considered. Numerical simulation result demonstrates that the control loop shows a robust performance against initial resonant frequency gap between resonator and voltage control oscillator. Also it is verified that the designed loop achieves a stable oscillation even under the initial frequency gap condition of about 25 Hz, which amounts to about 1% of the natural frequency of a conventional resonant gyroscope.
This paper proposes a compensation algorithm for reducing a specific ripple component on synchronous reference frame phase locked loop (SRF-PLL) in grid-tied single-phase inverters. In general, SRF-PLL, which is based on all-pass filter to generate virtual voltage, is widely used to estimate the grid phase angle in a single-phase system. In reality, the estimated grid phase angle might be distorted because the phase difference between actual and virtual voltages is not 90 degrees. That is, the phase error is caused by the difference between cut-off frequency of all-pass filter and grid frequency under grid frequency variation. Therefore, the effects on phase angle and output current attributed to the phase error are mathematically analyzed in this paper. In addition, the proportional resonant (PR) controller is adapted to reduce the effects of phase error. The validity of the proposed algorithm is verified through several simulations and experiments.
Resonant converters are well suited for induction heating (IH) applications due to their advantages such as efficiency and power density. The control systems of these appliances should provide smooth and wide power control with fewer losses. In this paper, a simple phase locked loop (PLL) based variable duty cycle (VDC) pulse density modulation (PDM) power control scheme for use in class-D inverters for IH loads is proposed. This VDC PDM control method provides a wide power control range. This control scheme also achieves stable and efficient Zero-Voltage-Switching (ZVS) operation over a wide load range. Analysis and modeling of an IH load is done to perform a time domain simulation. The design and output power analysis of a class-D inverter are done for both the conventional pulse width modulation (PWM) and the proposed PLL based VDC PDM methods. The control principles of the proposed method are described in detail. The validity of the proposed control scheme is verified through MATLAB simulations. The PLL loop maintains operation closer to the resonant frequency irrespective of variations in the load parameters. The proposed control scheme provides a linear output power variation to simplify the control logic. A prototype of the class-D inverter system is implemented to validate the simulation results.
In this paper, a novel quasi-direct power control (Q-DPC) scheme based on a resonant frequency adaptive proportional-resonant (PR) current controller with a variable frequency resonant phase locked loop (RPLL) is proposed, which can achieve a fast power response with a unity power factor. It can also adapt to variations of the generator frequency in T-type Three-level shaft synchronous generator (SSG) converters. The PR controller under the static α-β frame is designed to track ac signals and to avert the strong cross coupling under the rotating d-q frame. The fundamental frequency can be precisely acquired by a RPLL from the generator terminal voltage which is distorted by harmonics. Thus, the resonant frequency of the PR controller can be confirmed exactly with optimized performance. Based on an instantaneous power balance, the load power feed-forward is added to the power command to improve the anti-disturbance performance of the dc-link. Simulations based on MATLAB/Simulink and experimental results obtained from a 75kW prototype validate the correctness and effectiveness of the proposed control scheme.
For safety reason ATS(Automatic Train Stop) system is being used, which is a kind of communication system with a feedback amplifier and a transformer on the train and wayside coils. The coils are highly resonant LC circuits, also have very high Q(Quality) factors. The Q factors of wayside ATS coils are to be maintained high enough for the amplifier to operate reliably. In this paper a novel Q measurement system is proposed. The system measures the resonant frequency and the bandwidth of the ATS coils, by controlling the phase difference between the transformer and the coil using digital PLL(Phase Locked Loop). The overall configuration and algorithms of the proposed system and the digital PLL control schemes are presented in details. The experimental waveforms are shown to verify the system performances.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.7
no.5
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pp.863-871
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2003
In this paper, we design a high stable Ku-band phase-locked dielectric resonant microwave oscillator with the gate voltage controls of p-HEMT. By adapting the nonlinear equivalent elements which affects phase noise of microwave oscillator, we optimize the nonlinear elements of p-HEMT to have low phase noise operation. Using the scattering parameters according to bias voltages, we designed the gate voltage control microwave dielectric resonant oscillator and phase-locked loop circuits is applied to have the high stable operations. Designed microwave oscillator as a local oscillator of digital microwave communication shows that output power is 9.17dBm at 10.75GHz and it's phase noise is -88dBc/Hz at 10KHz offset frequency.
This paper presents a secondary-side, dual-mode feedback LLC resonant controller IC with dynamic PWM dimming for LED backlight units. In order to reduce the cost, master and slave outputs can be generated simultaneously with a single LLC resonant core based on dual-mode feedback topologies. Pulse Frequency Modulation (PFM) and Pulse Width Modulation (PWM) schemes are used for the master stage and slave stage, respectively. In order to guarantee the correct dual feedback operation, Phased-Locked Loop (PLL)-based automatic duty control circuit is proposed in this paper. The chip is fabricated using $0.35{\mu}m$ Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) technology, and the die size is $2.5mm{\times}2.5mm$. The frequency of the gate driver (GDA/GDB) in the clock generator ranges from 50 to 425 kHz. The current consumption of the LLC resonant controller IC is 40 mA for a 100 kHz operation frequency using a 15 V supply. The duty ratio of the slave stage can be controlled from 40% to 60% independent of the frequency of the master stage.
This paper presents resonant inverter tuning for current source parallel resonant induction heating systems based on a new self oscillating switching technique. The phase error is suppressed in a wide range of operating frequencies in comparison with Phase Locked Loop (PLL) techniques. The proposed switching method has the capability of tuning under fast changes in the resonant frequency. According to this switching method, a multi-frequency induction heating (IH) system is proposed by using a single inverter. In comparison with multi-level inverter based IH systems, the advantages of this technique are its simple structure, better transients and wide range of operating frequencies. A laboratory prototype was built with an operating frequency of 35 kHz to 55 kHz and 300 W of output power. The performance of the IH system shows the validity of the new switching technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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