This paper intends to suggest a sensing circuit of PWM voltage for a motor emulator operated in the inverter. In the emulation of the motor using a power converter, it is necessary to measure instantaneous voltage at the PWM voltage loaded from the inverter. Using a filter can generate instantaneous voltage, while it is difficult to follow the rapidly changing inverter voltage caused by the propagation delay and signal attenuation. The method of measuring the duty of PWM using FPGA can generate output voltage from the one-cycle delay of PWM, while the cost of hardware is increasing in order to acquire high precision. This paper suggests a PWM voltage sensing circuit using the analogue system that shows high precision, one-cycle delay of PWM and low-cost hardware. The PWM voltage sensing circuit works in the process of integrating input voltage for valid time by comparing levels of three-phase PWM input voltage, and produce the output value integrated at zero vector. As a result of PSIM simulation and the experiment with the produced hardware, it was verified that the suggested circuit in this paper is valid.
본 논문에서는 고효율의 CMOS PWM DC-DC 벅 변환기를 설계하였다. 설계된 CMOS PWM DC-DC 벅 변환기는 입력전압(3.4-3.9V)로부터 일정한 출력전압(1-2.8V)을 생성한다. Inductor-based 방식을 택하였고, 제어 대상은 전류이며, Pulse Width Modulation(PWM) 모드로 동작한다. 회로 구성은 Power Switch, Pulse Width Generation, Buffer, Zero Current Sensing, Current Sensing Circuit, Clock & Ramp generation, V-I Converter, Soft Start, Compensator, Modulator 등 이다. 제안된 CMOS PWM DC-DC 벅 컨버터는 Switching Frequency가 약 1MHz이고, 부하 전류가 약 40mA이상부터 CCM동작을 하며 100mA일 때 98.71%의 최대 효율을 갖는다. 또한, 출력전압 리플은 0.98mV이다(입력전압 3.5V, 출력전압 2.5V 기준). 제안된 회로의 검증을 위해 CMOS $0.18{\mu}m$ 공정을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다.
To obtain phase currents information in AC drives, shunt sensing technology is known to show great performance in cost-effectiveness and therefore it is widely used in low cost applications. However, shunt sensing methods are unable to acquire phase currents in certain operation conditions. This paper deals with the derivation of the boundary conditions for phase current reconstruction in three-shunt sensing inverters and proposes a voltage injection method to expand the measurable areas. As the boundary conditions are deeply dependent on the switching patterns, they are typically analyzed on the voltage vector plane for space vector pulse width modulation (SVPWM) and discontinuous pulse width modulation (DPWM). In the proposed method, the voltage injection and its compensation are conducted within one sampling period. This guarantees fast current reconstruction and the injected voltage is decided so as to minimize the current ripple. In addition to the voltage injection method, a sampling point shifting method is also introduced to improve the boundary conditions. Simulation and experimental results are presented to verify the boundary condition derivation and the effectiveness of the proposed voltage injection method.
This paper proposes the feedforward compensation method of output voltage with 3phase AC/DC PWM converter on DC distribution system for improved response. AC/DC PWM converter on DC distribution is required power supply of high quality because of renewable energy sources and load links. In general, Feedforward compensation method of 3phase AC/DC PWM converter receives the sensor input to the output current, load power. Resulting, error of the sensing values and communication cause time delay. Therefore, Feedforward compensation method through only the output voltage is proposed in this paper. The feedforward compensation method through only the output voltage can be applied to the two-level AC/DC PWM converters, as well as multi-level converter or inverter.
The control performance of hybrid PWM inverter using a phase current measurement is presented in this paper. The hybrid PWM technique consists of space vector pulse width modulation (SVPWM) and six-step voltage control operation. The SVPWM is performed to reduce the harmonic components in the low speed region, and the six-step modulation is applied to increase the maximum speed of the IPMSM in the high speed region. Therefore, it is possible to obtain a great performance in both the low speed range and high speed range. However, the six-step modulation cannot be completely implemented, since the inverter that includes the lag-shunt sensing method has an immeasurable current region. In this paper, a quasi-six-step modulation using a modified voltage vector is proposed. The validity and usefulness of the proposed PWM technique is verified by MATLAB/Simulink and experimental results.
This paper presents novel single-phase PWM AC-AC converters that can solve commutation problem in single-phase direct AC-AC converter without sensing input voltage polarity. By using the basic switching cell concept and coupled inductor, the proposed converter can be short and open-circuit without damping switching devices. A 120 W prototype is built and tested to verify performance of the proposed converter.
A sensorless motor control scheme with conventional back-Electro Motive Force (EMF) sensing based on zero crossing point (ZCP) detection has been widely used in various applications. However, there are several problems with the conventional method for effectively driving sensorless brushless motors. For example, a phase mismatch of 30 degrees occurs between the ZCP and commutation time. Additionally, most of the motor speed/current controls are achieved based on a pulse width modulation (PWM) method, which generates significant noise that distracts the back-EMF sensing. Due to the PWM switching, the ZCP is not deterministic, and thus the efficiency of the motor is reduced because the phase transition points become uncertain. Moreover, the motor driving performance is degraded at a low speed range due to the effect of PWM noise. To solve these problems, an improved back-EMF detection method based on a differential line method is proposed in this paper. In addition, the proposed sensorless BLDC driver addresses the problems by using a variable voltage driver generated from a buck converter. The variable voltage driver does not generate the PWM switching noise. Consequently, the proposed sensorless motor driver improves 1) the signal-to-noise ratio of back-EMF, 2) the operation range of a BLDC motor, and 3) the torque characteristics. The proposed sensorless motor driver is verified through simulations and experiments.
In this paper, a new scheme of current programmed control for three phase PWM AC-AC converter is presented. Compared to duty-ratio voltage control, current programmed control has several advantages such as reduction of system order and inherent current protection. By considering only the magnitude components, the same scheme in the DC-DC converter can be extended to the three phase PWM AC-AC converter. Sensing the output voltage and the inductor current, an error signal will be generated by comparing the output voltage magnitude with a reference value. Then the error signal will be processed by a PI compensator to generate the current command. The converter switches will the change the state by a periodic clock pulse or at the instants when the inductor current magnitude reaches the current command. As an example case, the buck converter is treated. The converter analysis is carried out by applying the complex DQ circuit transformation to obtain basic physical insight into the converter operation and to establish some important characteristic equations for control purpose. The simulation with Simplorer shows the validity of the proposed scheme and the experimental results support the verification of the design.
This paper considers a carrier based signal injection method for use in the three shunt sensing inverter (TSSI) for sensorless motor control. It also analyzes the loss according to the injection axis of the voltage signal. To remove both the phase current and rotor position sensors, a sensorless method and a phase current reconstruction method can be simultaneously considered. However, an interaction between the two methods can be incurred when both methods inject voltage signals simultaneously. In this paper, a signal injection based sensorless method with the 120° OFF Discontinuous PWM (DPWM) is implemented in a TSSI to avoid this interaction problem. Since one leg does not have a switching event for one sampling period in the 120° OFF DPWM, the switching loss is altered according to the injection axis. The switching loss in the d-axis injection case can be up to 32% larger than that in the q-axis injection case. Other losses according to the injection axis are also analyzed.
Zhao, Hongyan;Zheng, Trillion Q.;Li, Yan;Du, Jifei;Shi, Pu
Journal of Power Electronics
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제17권1호
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pp.212-221
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2017
Permanent-Magnet Synchronous Generators (PMSGs) are used widely in Wind Power Generation Systems (WPGSs), and the Vienna rectifier was recently proposed to be used as the generator-side converter to rectify the AC output voltage in PMSG-based WPGS. Compared to conventional six-switch two-level PWM (2L-PWM) converters, the Vienna rectifier has several advantages, such as higher efficiency, improved total harmonic distortion, etc. The motivation behind this paper is to verify the performance of direct-driven PMSG wind turbine system based-Vienna rectifier by using a simulated direct-driven PMSG WPGS. In addition, for the purpose of reducing the reactive power loss of PMSGs, this paper proposes an induced voltage sensing scheme which can make the stator current maintain accurate synchronization with the induced voltage. Meanwhile, considering the Neutral-Point Voltage (NPV) variation in the DC-side of the Vienna rectifier, a NPV balancing control strategy is added to the control system. In addition, both the effectiveness of the proposed method and the performance of the direct-driven PMSG based-Vienna rectifier are verified by simulation and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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