The development of electric vehicle power electronics system control, composed of DC-AC inverters and DC-DC converters, attract much research interest in the modern industry. A DC-AC inverter supplies the high-power motor torques of the propulsion system and utility loads of electric vehicles, whereas a DC-DC converter supplies the conventional low-power and low-voltage loads. However, the need for high-power bidirectional DC-DC converters in future electric vehicles has led to the development of many new topologies of DC-DC converters. The nonlinear control of power converters is an active research area in the field of power electronics. This paper focuses on the use of the fuzzy sliding mode strategy as a control strategy for buck-boost DC-DC converter power supplies in electric vehicles. The proposed fuzzy controller specifies changes in control signals based on the surface and knowledge on surface changes to satisfy the sliding mode stability and attraction conditions. The performance of the proposed fuzzy sliding controller is compared to that of the classical sliding mode controller. The satisfactory simulation results show the efficiency of the proposed control law, which reduces the chattering phenomenon. Moreover, the obtained results prove the robustness of the proposed control law against variations in load resistance and input voltage in the studied converter.
Howlader, Abdul Motin;Urasaki, Naomitsu;Senjyu, Tomonobu;Yona, Atsushi;Saber, Ahmed Yousuf
Journal of Power Electronics
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제10권5호
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pp.477-484
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2010
A pulse width modulation-voltage source inverter (PWM-VSI) is used for variable speed permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives. The PWM-VSI fed PMSM has two major disadvantages. Firstly, the PWM-VSI DC-link voltage limits the magnitude of the PMSM terminal voltage. As a result, the motor speed is restricted. Secondly, in a low speed range, the PWM-VSI modulation index declines. This is caused by a high DC-link voltage and a low terminal voltage ratio. As a result, the distortion of the voltage command and the stator current are increased. This paper proposes an optimal pulse amplitude modulation (PAM) control which can adjust the inverter DC-link voltage by using a buck-boost DC-DC converter. At a low speed range, the proposed system can reduce the distortion of the voltage command, which improves the stator current waveform. Also, the allowable speed range is extended. In order to verify the proposed method, experimental results are provided to confirm the simulation results.
This paper proposes new 13-level inverter topology and DC/DC converter buck-boost structure topology for multilevel, compounding uni-directional and bi-directional switches, and proposes high-efficient multilevel inverter system in which the proposed two PCS(Power Conditioning System) was connected in series. In proposed multilevel inverter of forming a output 13-level phase voltage by using total 18 switching parts, Then bi-directional switch has a characteristic of reducing conduction loss and controlling the reactive power effectively by separating electrically from the neutral point. DC/DC converter for supplying in dependent 3 DC voltage to the proposed multi-level inverter generates 180-degree phase shifted PWM by the symmetrically combined structure of 2 buck-boost converter and twice switching frequency efficiency can be obtained, meanwhile, the converter can step up/down the output voltage and 20% output can be generated comparing the input voltage. This proposed system is verified with the simulation and laboratory test.
This paper is studied on the characteristic analyses of a high performance buck-boost converter added electric isolation by using a soft switching method. To be achieved of a high performance system, the proposed buck-boost converter is constructed by using a partial resonant circuit. The control switches using in the converter are operated with soft switching for a Partial resonant method. The controlling switches are operated without increasing their voltage and current stresses by the soft switching technology. The result is that the switching loss is very low and the converter efficiency is high. And the proposed converter is added in a electric isolation. When the power conversion system is required to electric isolation, the proposed converter is adopted with the system development of high efficiency. The soft switching operation and system efficiency of the proposed converter is verified by digital simulation and experimental results.
The state transition matrix are obtained by solving state equations in terms of Laplace inverse transformation and Cayley-Hamilton theorem, and an establishment of a precise discrete-iterative mapping of the voltage-fed buck-boost converter operating in discontinuous conduction mode is made. On the basis of the mapping, the converter bifurcation diagrams and Lyapunov exponent diagrams with the input voltage, the resistance, the inductance and the capacitance as the bifurcation parameters are obtained, and the effect of the parameters on the system stability is deeply studied. The results obtained show that they have a great influence on the stability of the system, and the general trend is that the increase of either the voltage-fed coefficient, input voltage or the load resistance, or the decrease of the filtering inductance, capacitance will make the system stability become poorer, and that all the parameters have a critical value, and when they are greater or less than the values, the system will go through stable 1T orbits, stable 2T orbits, 4T orbits, 8T orbits and eventually approaches chaos.
Normally, the artificial intelligence algorithms are widely applied to the optimal controller design. Then, it is expected that the best output performance is achieved. Unfortunately, when resulting controller parameters are implemented by using the practical devices, the output performance cannot be the best as expected. Therefore, the paper presents the optimal controller design using the combination between the state-space averaging model and the adaptive Tabu search algorithm with the new criteria as two penalty conditions to handle the mentioned problem. The buck-boost converter regulated by the cascade PI controllers is used as the example power system. The results show that the output performance is better than those from the conventional design method for both input and load variations. Moreover, it is confirmed that the reported controllers can be implemented using the realistic devices without the limitation and the stable operation is also guaranteed. The results are also validated by the simulation using the topology model of MATLAB and also experimentally verified by the testing rig.
본 논문은 단일 디지털 제어기를 이용하여 독립형 태양광 발진 시스템에 사용되는 태양전지에서 발생한 전력을 수집하고 필요에 따라 에너지 저장 장치에 전력을 저장하는 Boost 컨버터가 최대전력점에서 동작하도록 제어하면서, 이 전압을 부하에 필요한 전압 값으로 변환하는 Buck 컨버터를 동시에 제어하는 방법을 제안한다. 제안된 독립형 태양광 발전 시스템의 구성은 에너지를 발생하는 태양전지, 최대전력 점을 추종(MPPT)하도록 하는 Boost 컨버터, 부하에 적합한 준위의 전압을 공급하는 Buck 컨버터가 직렬로 연결되어 있다. 제안된 방법은 디지털 제어기의 제어변수 값들을 바꿈으로써 전체시스템의 출력특성을 쉽게 제어할 수 있어, 사용되는 태양전지 어레이의 종류와 환경조건 변화에 따라 쉽게 제어변수 값들을 조정할 수 있다. 또한 하나의 디지털 제어기로 최대전력점 제어부 및 Buck과 Boost 컨버터의 피드백 제어부를 구성하여 시스템의 구조가 간단해지기 때문에 소형 및 경량화를 이룰 수 있다.
A DC-DC converter is being widely used for various household appliances and for industry applications. The DC-DC converter is powered from single battery, and the voltage is varied according to the purpose. In the vehicle, various accessories whose electric power is different are being used. Thus, plural number of DC-DC converter should be provided, so these situations bring complicated circuits, and accordingly, higher cost. Under such backgrounds, in this paper, we propose a novel buck-boost chopper circuit with simply configuration which can supply to two or more different output loads. The propose chewer circuit can control output voltages by controlling duty ratio by using typically two switching devices, which is composed by single boost-switch and single buck-switch. The output voltage can be controlled widely. A few modified circuits developed from the fundamental circuit are represented including the general multi-load circuit. And all this merits and appropriateness was proved by computer simulation and experience.
Buck-Boost LLC (BBLLC) converters based on a PWM + phase control strategy are good candidates for high efficiency, high power density and wide input range applications. Nevertheless, they suffer from large computational complexity when it comes to calculating the optimal phase for ZVS of all the switches. In this paper, a method is proposed for a microcontroller unit (MCU) to calculate the optimal phase quickly and accurately. Firstly, a 2-D lookup table of the phase is established with an index of the input voltage and output current. Then, a bilinear interpolation method is applied to improve the accuracy. Meanwhile, simplification of the phase equation is presented to reduce the computational complexity. When compared with conventional curve-fitting and LUT methods, the proposed method makes the best tradeoff among the accuracy of the optimal phase, the computation time and the memory consumption of the MCU. Finally, A 350V-420V input, 24V/30A output experimental prototype is built to verify the proposed method. The efficiency can be improved by 1% when compared with the LUT method, and the computation time can be reduced by 13.5% when compared with the curve-fitting method.
태양광 패널의 큰 기생 커패시턴스에 기인하는 과도한 누설 전류를 피하기 위한 단상 태양광 인버터 중에 부스트 컨버터와 하프브리지 인버터를 종속적으로 결합하는 방식은 가장 단순하면서 누설 전류가 가장 작다. 하지만 직류단 전압이 높아 스위칭 소자의 정격 전압이 높고 스위칭 손실이 크다. 본 논문은 부스트 컨버터를 제거하는 대신에 하프브리지 인버터의 출력 측에 2개의 양방향 스위치를 추가함으로써 벅부스트 인버터로 동작할 수 있는 새로운 회로 토폴로지를 제안한다. 고전압 직류단을 거치는 두 단계의 전력 변환을 한 단계로 줄인 덕분에 전력 손실을 절감할 수 있으며 비용 및 누설 전류는 증가하지 않는다. 제안된 회로 토폴로지의 타당성은 컴퓨터 시뮬레이션 및 전력 손실 계산을 통해 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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