A multi-phase interleaved buck converter is used to reduce current ripples and filter size of a power supply. This paper addresses the modelling and steady-state analysis of the multi-phase interleaved buck converter operated in discontinuous inductor current mode. The model is derived using an averaging technique in steady state. The do voltage ratio and the range of the discontinuous inductor current mode(DICM) and the continuous output current mode(COCM) are derived from the averaged state-space model. In addition, the efficiency is investigated according to the number of phase.
This paper presents the generalized and explicit expressions for evaluating the performance of the multi-phase interleaved boost converter (IBC) operating in discontinuous inductor current mode (DICM). The full order averaged model is derived. The generalized transfer functions of interest are presented and the dynamic characteristics are analyzed. The generalized analysis of converter performance is verified through the experimental and simulation results.
This paper presents the generalized and explicit expressions for evaluating the performance of the multi-phase interleaved boost converter in discontinuous inductor current mode. Furthermore, the generalized transfer functions of interest are presented and the dynamic characteristics are analyzed The generalized analysis of converter performance is verified through the experimental and simulation results.
This paper presents the steady-state characteristics of the multi-phase interleaved converters in discontinuous inductor current mode(DICM). The full-order averaged model is derived, and the conversion ratio and efficiency are presented.
In this paper a new current control method is proposed for the discontinuous conduction mode of boost converter. The proposed method using a current gain feedforward compensation adjusts a measured inductor current value and then, calculated an average current precisely in the discontinuous conduction mode as well as continuous conduction mode. By applying the proposed method, the current measurement error is significantly reduced to 2% regardless of the operating points. The proposed method is analyzed and its performance is investigated in simulation. To verify the feasibility of the proposed scheme, a 10kW 3-phase interleaved boost converter was built and experimental results are matched to the simulation results.
Because the on-board charger (OBC) is installed in electric vehicles (EVs), high power density is regarded as a key technology. Among components of the OBC, inductors occupy more than 30% of the total volume. Thus, it is important to reduce the volume and the weight of inductors while maintaining thermal stability. Discontinuous conduction mode (DCM) can satisfy these requirements; however, only a few studies have adopted the DCM operation for OBCs because of the large inductor current ripple. In this paper, a design process is proposed for application of the DCM operation to OBCs. In order to analyze the inductor losses accurately, a numerical formula for the inductor current ripple is deduced based on a detailed analysis. Two inductors are fabricated using several ferrite cores and powder cores taking into consideration the inductor size, inductor losses, and temperature rise. In order to verify the analysis and design process, experimental results are presented that show that the designed inductors satisfy the requirements of the OBCs.
본 논문에서는 불연속 인덕터 전류모드에서의 다상 교호 강압 컨버터의 정상상태 해석 및 소신호 모델을 유도하여 일반화된 식을 제시한다. 컨버터의 제어기 설계를 위해서 필요한 완전한 차수 모델을 통한 소신호 모델의 전달함수를 유도하고 이를 통해 시스템의 동특성을 분석한다. 시뮬레이션 및 실험 결과를 통하여 이론에서 제시한 특성을 검증한다.
In this paper, interleaved boost converter is applied as a first-stage converter in switch mode power supply. The first-stage converter plays a role to improve power factor. Interleaved Boost Power Factor Corrector(IBPFC) can reduce input current ripple as a single voltage control loop only without inner current loop, because input current is divided each 50% by two switching devices. Each converter cell is also operated in discontinuous current mode and inductor current of each converter is discontinuous. Total input current which is composed by each converter cell is continuous current. Thus, IBPFC is able to improve input current ripple. IBPFC operating in discontinuous current mode can be classified as six modes from switching state and be carried out state space averaging small signal modeling. A control transfer function is obtained according to the modeling. Not only steady-state characteristics but also dynamic characteristics is considered. Single voltage control loop is also constructed by the control transfer function. From experimental result, improvement of power factor and input current ripple are verified.
본 논문에서는 SMPS의 교류 입력측 역률을 개선시킬 수 있는 전치 레귤레이터로서 interleaved 승압형 컨버터를 관하여 연구하였다. Interleaved 승압형 역률보상 컨버터(IBPFC)는 입력전류를 두 개의 스위칭 소자에 의하여 50%씩 나누어져 흐르게 함으로써, 내부 전류제어 루프 얼이 전압제어 루프만으로 제어계를 구성하여 입력전류 리플을 줄일 수 있다. 즉, IBPFC를 구성하는 각각의 부스트 컨버터 cell을 불연속 전류모드로 동작시키더라도 전체적인 입력전류의 파형은 연속이 되어 입력전류 리플이 감소하게 된다. 불연속 전류모드로 동작하는 IBPFC를 해석하기 위하여 스위칭 상태에 따라서 6개의 모드로 구분하여 상태방정식을 구하였다. 또한, 각 상태방정식을 상태공간 평균화법을 이용하여 모델링하고, 미소변동분을 고려한 소신호 해석을 통하여 제어전달함수를 구할 수 있다. 또한, 제어전달함수를 이용하여 단일 전압제어 루프를 가지는 제어계를 설계하였으며, 이러한 해석 및 설계를 바탕으로 실험을 통하여 IBPFC의 역률개선 및 리플저감을 확인하였다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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