Recently current mode control is widely adopted in switching power converter because of inherent stablity and ability of parallel operating. There are several ways in current mode control. One of them, peak current control is chiefly employed. Peak current mode control converter usually senses and controls peak inductor current. But there is peak-to-average current errors. Therefore peak current control needs compensation ramp correcting the errors. Average current mode control eliminates these problems, and is constructed by simple structures. This paper will describe the behavior of a simple average current mode boost converter and introduce the design techniques.
The mathematical interpretation of a practical sampler which is useful to obtain the small signal models for the peak and average current mode controls is proposed. Due to the difficulties in applying the Shannons sampling theorem to the analysis of sampling effects embedded in the current mode control, several different approaches have been reported. However, these approaches require the information of the inductor current in a discrete expression, which restricts the application of the reported method only to the peak current mode control. In this paper, the mathematical expressions of sampling effects on a current loop which can directly apply the Shannons sampling theorem are newly proposed, and applied to the modeling of the peak current mode control. By the newly derived models of a practial smapler, the models in a discrete time domain and a continuous time domain are obtained. It is expected that the derived models are useful for the control loop design of power supplies. The effectiveness of the derived models are verified through the simulation and experimental results.
In this paper, digital peak current mode control for single phase H-bridge inverters is developed and implemented. The digital peak current mode control is achieved by directly controlling the PWM signals by cycle-by-cycle current limitation. Unlike the DC-DC converter where the output voltage always remains in the positive region, the output of DC-AC inverter flips from positive to negative region continuously. Therefore, when the inverter operates in negative region, the control should be changed to valley current mode control. Thus, a novel control logic circuit is required for the function and need to be analyzed for the hardware to track the sinusoidal reference in both regions. The problem of sub-harmonic instability which is inherent with peak current mode control is also addressed, and then proposes the digital slope compensation in constant-sloped external ramp to suppress the oscillation. For unipolar PWM switching method, an adaptive slope compensation in digital manner is also proposed. In this paper, the operating principles and design guidelines of the proposed scheme are presented, along with the performance analysis and numerical simulation. Also, a 200W inverter hardware prototype has been implemented for experimental verification of the proposed controller scheme.
A wide-bandwidth current controller is required for fast charging/discharging of super capacitor applications. Peak current mode is generally used to accomplish fast charging/discharging because this mode has fast response characteristics. However, the peak current mode control must have a slope compensation function to restrain sub-harmonics oscillation. The slope must be changed accordingly if the controlled output voltage is varied. However, changing the slope for every changed output voltage is not easy. The other solution, selecting the slope as the maximum value, causes a slow response problem to occur. Therefore, we propose a hybrid mode controller that uses a peak current and a newly specified valley current. Through the proposed hybrid mode control, the sub-harmonic oscillation does not occur when the duty is larger than 0.5 because of the fast response.
The mathematical interpretation of a practical sampler which is useful to obtain the small signal models for the peak and average current mode controls is proposed. Due to the difficulties in applying the Shannon's sampling theorem to the analysis of sampling effects embedded in the current mode control, several different approaches have been reported. However, these approaches require the information of the inductor current in a discrete expression, which restricts the application of the reported method only to the peak current mode control. In this paper, the mathematical expressions of sampling effects on a current loop which can directly apply the Shannon's sampling theorem are newly proposed, and applied to the modeling of the peak current mode control. By the newly derived models of a practical sampler, the models in a discrete time domain and a continuous time domain are obtained. It is expected that the derived models are useful for the control loop design of power supplies. The effectiveness of the derived models are verified through the simulation and experimental results.
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.
In the paralleled converter module with peak current mode control, current imbalance appears when the voltage controllers with integral control of converter module are not exactly identical. In this paper, the voltage controller is designed to equal the current command of each converter module using the current command bus. The current balance controller is also proposed to balance the average currents of converter modules with imbalaced inductance. It is designed to have good transient response. Proposed method is implemented with the paralleled 2-module and 4-module boost converters with imbalanced inductance. Experimental results verify the performance of current share during both steady and transient states of converter.
Ultra Lift Luo Converter (ULC) gained considerable research interest in recent years. The stability analysis of voltage mode and peak current mode controlled ULC in continuous conduction mode is analyzed in this paper. The Eigen value theory is used for the stability analysis of voltage mode controlled ULC. Then to characterize the dynamics of inner current loop, the expressions of closed loop transfer function and loop gain are determined. An algorithm has been developed to analyze the stability of the peak current mode controlled ULC. The theoretical results are correlated with the simulation results obtained using PSIM 9.1(SMARTCTRL 1.0) software. Finally it is proposed to fabricate a prototype and validate the performance by suitable experimental setup.
Adaptive control of a peak current mode controlled (PCM) boost converter supplied by a PEM fuel cell is described in this paper. The adaptive controller with reference model and signal adaptation is developed in order to compensate the deviation of the response during the change of the operating point. The procedure for determining the adaptive algorithm's weighting coefficients, based on a combination of the pole-zero placement method and an optimization method is proposed. After applying the proposed procedure, the optimal adaptive algorithm's weighting coefficients can be determined in just a few iterations, without the use of a computer, thus greatly facilitating the application of the algorithm in real systems. Simulation and experimental results show that the dynamic behavior of a highly nonlinear control system with a fuel cell and a PCM boost converter, can fairly accurately be described by the dynamic behavior of the reference model, i.e., a linear system with constant parameters.
본 논문에서는 평균전류모드제어를 이용하는 컨버터의 전류응답을 예측할 수 있는 새로운 이산시간 소신호 모델을 구한다. 평균전류모드제어는 최대전류모드제어와 달리 전류제어를 위해 복잡한 보상기 회로를 사용하므로 컨버터의 동작 특성 해석이 어렵다. 평균전류모드제어를 사용하는 컨버터의 소신호 전류응답을 예측하기 위해 샘플러모델을 제안하고, 이 모델로부터 새로운 이산시간 소신호 모델을 구한다. 제안된 방식은 기존 방식과 달리 복잡한 형태의 보상기를 사용하는 컨버터에도 적용 가능하다. 제안한 새로운 이산시간 소신호 모델을 이용한 예측 결과를 스위칭 모델 시뮬레이션 프로그램인 PSIM을 이용한 시뮬레이션 결과 및 실험결과와 비교하여 제안한 새로운 이산시간 소신호 모델의 우수성을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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