Digital current control techniques are an attractive option for DC-DC converters. In this paper, a digital predictive peak current control algorithm is presented for buck converters that allows the inductor current to track the reference current in two switching cycles. This control algorithm predicts the inductor current in a future period by sampling the input voltage, output voltage and inductor current of the current period, which overcomes the problem of hardware periodic delay. Under the premise of ensuring the stability of the system, the response speed is greatly improved. A real-time parameter identification method is also proposed to obtain the precision coefficient of the control algorithm when the inductance is changed. The combination of the two algorithms achieves adaptive tracking of the peak inductor current. The performance of the proposed algorithms is verified using simulations and experimental results. In addition, its performance is compared with that of a conventional proportional-integral (PI) algorithm.
This paper presents a design strategy for the control of the Z-source inverter (ZSI). For the Z-network capacitor voltage control, the average current model is derived to describe the dynamics of the voltage control and the controller outputs the average current command for the capacitor. Z-network inductor current reference is derived from the average current model of the Z-network capacitor. The inner current control loop outputs the average voltage command for the Z-network inductor and the shoot-through duty ratio of the ZSI is calculated from the output using the average voltage model of the Z-network inductor. The gain values of the current and voltage controllers are directly obtained by the Z-network parameters and desired bandwidth of each controller without a gain tuning process.
본 논문은 부스트 PFC (Power Factor Correction) 컨버터의 경부하시, 컨버터의 인덕터 전류 왜곡을 수학적으로 분석하고 원인을 정의한다. 경부하시 평균 전류 모드제어에서 인덕터 전류가 불연속적으로 도통하게 되어 부정확한 인덕터 전류 평균값이 전류 제어에 반영된다. 예측 전류 모드제어에서는 인덕터 전류에 비해 전류 리플이 상대적으로 커져 전류 왜곡이 심해진다. 또한 모델 예측 전류제어의 경우 인덕터 전류의 첨두치 부근에서 스위치가 OFF된다. 인덕터 전류 왜곡은 total harmonic distortion 증가와 역률 감소를 유발하기 때문에 반드시 해결되어야 한다. 본 논문은 수학적 분석을 기반으로 부스트 PFC 컨버터의 경부하시 전류 왜곡을 완화할 수 있는 설계 절차를 선정한다. 마지막으로 hardware-in-the-loop simulation을 사용하여 경부하시 제어 방법들을 비교분석했다.
Multiphase dc-dc converters are widely used in modern power electronics applications due to their advantages over single-phase converters. Such advantages include reduced current stress in both the switching devices and passive elements, reduced output current ripple, and so on. Although the output current ripple of a converter can be significantly reduced by virtue of the interleaving effect, the inductor current ripple cannot be reduced even with the interleaving PWM method. One way to solve this problem is to use a coupled inductor. However, care must be taken in designing the coupled inductor to maximize its performances. In this paper, a detailed analysis of a coupled inductor is conducted and the effect of a coupled inductor on current ripple reduction is investigated extensively. From this analysis, a UU core based coupled inductor structure is proposed to maximize the performance of the coupled inductor.
New discrete time domain models for the peak current controlled (PCC) power LED drivers in continuous conduction mode include for the first time the effects of the time delay in the pulse-width-modulator. Realistic amounts of time delay are found to have significant effects on the average output LED current and on the critical inductor value at the boundary between the two conduction modes. Especially, the time delay can provide an accurate LED current for the PCC buck converter with a wide input voltage. The models can also predict the critical inductor value at the mode boundary as functions of the input voltage and the time delay. The overshoot of the peak inductor current due to the time delay results in the increase of the average output current and the reduction of the critical inductor value at the mode boundary in all converters. Experimental results are presented for the PCC buck LED driver with constant-frequency controller.
This paper presents a novel predictive digital control method for boundary conduction mode PFC converters without the need for detecting the inductor current. In the proposed method, the inductor current is predicted by analytical equations instead of being detected by a sensing-resistor. The predicted zero-crossing point of the inductor current is determined by the values of the input voltage, output voltage and predicted inductor current. Importantly, the prediction of zero-crossing point is achieved in just a single switching cycle. Therefore, the errors in predictive calculation caused by parameter variations can be compensated. The prediction of the zero-crossing point with the proposed method has been shown to have good accuracy. The proposed method also shows high stability towards variations in both the inductance and output power. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed predictive digital control method for PFC converters.
A novel current balancing technique for multichannel light-emitting diode (LED) that uses a series resonance and coupled inductor is proposed in this paper. The proposed LED driver balances output currents through frequency control and enables zero-voltage switching. The proposed converter utilizes the charge balance condition of the resonant capacitor and the current sharing function of the coupled inductor to achieve whole LED current balancing without an additional controller. The proposed coupled inductor can integrate the current balancing function and the resonant inductor, so the power density can be increased by reducing the number of magnetic devices. A 40 W prototype is built to verify the validity of this LED driver, and the experimental results are successfully obtained.
This study proposes an LLC series resonant converter with a current doubler using a coupled inductor as a rectification circuit for the secondary side. The current doubler circuit is generally used for a high-voltage input and low-voltage output circuit to obtain high efficiency with small transformer turn ratio. However, an inductive circuit is not generally used in the secondary side of an LLC series resonant converter. If inductive components exist on the secondary side, the resonant characteristics are changed through the secondary inductive circuit. Mathematical analysis shows that the secondary-side current doubler with coupled inductor is not affected by the resonant characteristic of the primary LLC if leakage inductance occurs in the coupled inductor. Results of the analysis are proven by simulation; an experiment is also conducted for the proposed circuit.
This paper presents a pulse-width adjustment (PWA) strategy for a novel bidirectional DC-DC boost converter to improve the performance of the dynamic inductor current response. This novel converter consists of three main components: a full-bridge converter (FBC), a high-frequency isolated transformer with large leakage inductance, and a three-level voltage-doubler rectifier (VDR). A number of scholars have analyzed the principles, such as the soft-switching performance and high-efficiency characteristic, of this converter based on pulse-width modulation plus phase-shift (PPS) control. It turns out that this converter is suitable for energy storage applications and exhibits good performance. However, the dynamic inductor current response processes of control variable adjustment is not analyzed in this converter. In fact, dc component may occur in the inductor current during its dynamic response process, which can influence the stability and reliability of the converter system. The dynamic responses under different operating modes of a conventional feedforward control are discussed in this paper. And a PWA strategy is proposed to enhance the dynamic inductor current response performance of the converter. This paper gives a detailed design and implementation of the PWA strategy. The proposed strategy is verified through a series of simulation and experimental results.
In this paper, a ripple input current embedded switched-inductor Z-source inverter (rESL-ZSI) and a continuous input current embedded switched-inductor Z-source inverter (cESL-ZSI) are proposed by inserting two dc sources into the switched-inductor cells. The proposed inverters provide a high boost voltage inversion ability, a lower voltage stress across the active switching devices, a continuous input current and a reduced voltage stress on the capacitors. In addition, they can suppress the startup inrush current, which otherwise might destroy the devices. This paper presents the operating principles, analysis, and simulation results, and compares them to the conventional switched-inductor Z-source inverter. In order to verify the performance of the proposed converters, a laboratory prototype was constructed with 60 $V_{dc}$ input to test both configurations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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