DC-DC converter based on silicon carbide (SiC) power devices with P+ based current controller

• Autorzy: Niewiara Ł. J. , Tarczewski T. , Grzesiak L M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.06.04

Warianty tytułu

PL

Przetwornica DC-DC na bazie węglika krzemu z regulatorem prądu typu P+

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper an investigation of voltage control system with P+ current controller for a DC-DC converter is presented. A DC-DC converter based on silicon carbide power devices were used. Synchronous buck topology is used for converter structure. Mathematical model of the converter is presented. The dependence between converter working conditions (i.e. input voltage, load current, switching frequency) and passive LC components is also given. A modified current control method based on P+ structure is considered. Proposed algorithm is compared with a traditional cascade structure based on PI type controllers. Output voltage and coil current dynamics were investigated. Experimental tests results were presented.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań układu regulacji napięcia przetwornicy DC-DC z regulatorem prądu typu P+. Zastosowano przetwornicę DC-DC z łącznikami na bazie węglika krzemu. Przetwornica została wykonana w topologii obniżającej napięcie. Przedstawiony został model matematyczny przetwornicy. Opisano także zależność pomiędzy warunkami pracy przetwornicy (np. napięcie wejściowe, prąd obciążenia, częstotliwość kluczowania) a parametrami elementów pasywnych LC. Przedstawiono propozycję struktury zmodyfikowanego regulatora prądu typu P+. Rozważany algorytm porównano z tradycyjnym algorytmem PI. Przedstawione badanie eksperymentalne dotyczą dynamiki napięcia wyjściowego oraz prądu dławika.

Słowa kluczowe

EN

DC-DC converter; buck topology; SiC MOSFET transistor; cascade control; voltage control; current control

PL

przetwornica; DC/DC; tranzystor SiC MOSFET; regulacja kaskadowa; regulacja napięcia; regulacja prądu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 6
• Strony: 18--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Niewiara Ł. J.

• Nicolaus Copernicus University, Institute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Grudziądzka 5, 87-100 Toruń

autor

Tarczewski T.

• Nicolaus Copernicus University, Institute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Grudziądzka 5, 87-100 Toruń

autor

Grzesiak L M.

• Warsaw University of Technology, Institute of Control and Industrial Electronics, Koszykowa 75, 00-662 Warsaw

Bibliografia

• [1] Samosir A. S., Yatim A. H., Dynamic evolution control for synchronous buck DC-DC converter: Theory, model and simulation, Simulation modeling Practice and Theory, (2010), n.18, 663-676
• [2] Gragger J. V., Haumer A., Einhorn M., Average model of a buck converter for efficiency analysis, Engineering Letters, (2010)
• [3] Jiang Z., Dougal R. A., `1Synergetic control of power converters for pulse current charging of advanced batteries from a fuel cell power source, IEEE Trans. on Power Electronics, 19 (2014), n.4, 1140-1150`
• [4] Linares-Flores J., Sira-Ramirez H., DC motor velocity control trough a DC-to-DC power converter, Proceedings of the IEEE conference on decision and control, 5 (2005), 5297-5302
• [5] Linares-Flores J., Sira-Ramirez H., A smooth starter for a DC machine: a flatness based approach, International Conference on Electrical and Electronics Engineering and X Conference on Electrical Engineering, (2004), 589 – 594
• [6] Tarczewski T., Niewiara L., Grzesiak L. M., Torque ripple minimization for PMSM using voltage matching circuit and neural network based adaptive state feedback control, IEEE 16th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'14-ECCE Europe), 1-10
• [7] Rabkowski J., Peftitsis D., Nee H. P., Silicon Carbide power transistors: a new era in power electronics is initiated, IEEE Industrial Electronics Magazine,`6 (2012), n.2, 17-26
• [8] Shen M., Krishnamurthy S., Simplified loss analysis for high speed SiC MOSFET inverter, Twenty-Seventh Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), (2012), 1682-1687
• [9] Zdanowski M., Rabkowski J., Barlik R., Comparative analysis of power losses in three phase PWM inverters with Silicon Carbide active devices (in Polish), Przeglad Elektrotechniczny, 87 (2011), n.10, 101-105
• [10] Giziewski S., Three-phase voltage source inverter with SiC JFET transistors (in Polish), Przeglad Elektrotechniczny, 88 (2012) , n.4b, 76-79
• [11] Niewiara Ł., Skiwski M., Tarczewski T., Grzesiak L. M., 9kW SiC MOSFET based DC-DC converter (IN PRESS)
• [12] Raja Ismail R. M. T., Ahmad M. A., Ramli M. S., Speed control of buck-converter driven DC motor using LQR and PI: a `comparative assessment, International Conference on Information Management and Engineering, (2009), 651-655
• [13] Moreira C. O., Silva F. A., Pinto S. F., Santos M. B., Digital LQR Control with Kalman estimator for DC-DC buck converter, IEEE EUROCON - International Conference on Computer as a Tool (EUROCON), (2011), 1-4.
• [14] Dehghani H., Abedini A., Bina M. T., Advanced non-inverting step up/down converter with LQR control technique, Power Electronics, Systems & Technologies Conference, (2013), 254.260
• [15] Oliva A.R., Ang S. S., Bortoloto G. E., Digital control of a voltage-mode synchronous buck converter, IEEE Trans. on Power Electronics, 21 (2006), n.1, 157-163
• [16] Wei, K. Sun Q., Liang B., Du M., The research of adaptive fuzzy PID control algorithm based on LQR approach in DC-DC converter, IEEE Pacific-Asia Workshop on Computational Intelligence and Industrial Application, (2008), 140-143
• [17] Beid S. E., Doubabi S., Self-sheduled fuzzy control of PWM DC-DC Converters, Mediterranean Conference on Control & Automation, (2010), 916-921
• [18] Niewiara Ł., Tarczewski T., Grzesiak L. M., 3-phase bridge voltage source inverter with DC voltage control (in Polish), Przegląd Elektrotechniczny, 90 (2014), n.6, 109-114
• [19] CREE C2M0080120D data sheet available on the Internet at http: \\ www.cree.com\
• [20] CREE C4D10120A data sheet available on the Internet at http:\\ www.cree.com\

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.