Random integral pulse density modulation - control strategy for class D and DE resonant inverters

• Autorzy: Biskup T. , Kasprzak M. , Górka S.

Warianty tytułu

PL

Stochastyczna modulacja gęstości impulsów zintegrowanych - strategia sterowania falowników rezonansowych klasy D i DE

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work concerns the control strategy of output power of half bridge class D (DE) series resonant inverter. The control is realised inside the inverter. Proposed control strategy bases on Integral Pulse Density Modulation (IPDM) but what is new, the Integral Pulse is randomly set in modulation period. The r-IPDM ensures ZCS conditions of transistors and allows operation at relatively high switching frequency. The main idea of this paper is to emphasize advantages of r-IPDM strategy compare to standard IPDM. The r-IPDM characterised in spread output current spectrum and broadband noise spectrum. The paper contains the idea of me control strategy and results of measurements: inverter outputs voltages and current, output power control, Fourier analysis of the output current, noise spectrum. The control system bases on Hitachi H8/3048 16-bit microcontroller. It is concluded mat the half bridge series resonant inverter together with the proposed r-IPDM control strategy is attractive solution for e.g. high frequency induction heating applications.

PL

Artykuł dotyczy metody sterowania mocy wyjściowej szeregowych falowników rezonansowych klasy D (DE) w układzie półmostkowym, przy czym sterowanie odbywa się w obrębie falownika. Proponowana metoda sterowania bazuje na standardowej metodzie Modulacji Gęstości Impulsów Zintegrowanych (IPDM), ale, co jest nowością. Puls Zintegrowany jest losowo (random) pozycjonowany w okresie modulacji. Metodę tę oznaczono w skrócie jako r-IPDM. Tranzystory falownika pracują w warunkach ZCS pozwalając na stosowanie metody przy wysokich częstotliwościach. Głównym celem jest podkreślenie zalet metody r-IPDM w porównaniu ze standardową IPDM. Zaproponowana metoda charakteryzuje się rozmytym widmem prądu odbiornika w zakresie subharmonicznych, a hałas generowany przez falownik przyjmuje charakter szumu szerokopasmowego. W artykule opisano idee metody sterowania oraz wyniki badań laboratoryjnych: oscylogramy napięcia i prądu wyjściowego falownika, charakterystyki sterowania mocy, analizę harmoniczną prądu odbiornika oraz hałasu. Układ sterowania bazuje na 16-bitowym mikrokontrolerze Hitach! H8/3048. W podsumowaniu stwierdzono, że metoda r-IPDM jest atrakcyjnym rozwiązaniem dla półmostkowego falownika klasy D w zastosowaniu np. do wysokoczęstotliwościowego nagrzewania indukcyjnego.

Słowa kluczowe

EN

resonant inverter; density modulation; class D inverter; class DE inverter

PL

falownik rezonansowy; modulacja stochastyczna; falownik klasy D; falownik klasy DE

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2003
• Tom: z. 187
• Strony: 17--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz.

Twórcy

autor

Biskup T.

• Institute of Theoretical and Industrial Electrical Engineering

autor

Kasprzak M.

• Institute of Theoretical and Industrial Electrical Engineering

autor

Górka S.

• Institute of Theoretical and Industrial Electrical Engineering

Bibliografia

• 1. Fujita H., Akagi H.: Pulse-Density-Modulated Power Control of a 4 kW, 450 kHz Voltage-Source Inverter for Induction Melting Application. IEEE Trans, on Industry Applications, Vol.32, No.2, March/April 1996, pp.279-286. '
• 2. Nagai S., Kim Y., Nakaoka M.: Development of Advanced Soft-Switching PWM&PFM Hybrid Control-Based Series Load-Resonant Inverter Topologies for High-Frequency Applications. PEMC'94, Warsaw, September 1994, pp.474-479.
• 3. Chibani A., Nakaoka M., Maruhashi T.: New High-Frequency Resonant PWM Inverter-Linked DCDC Converter Using Insulated Gate Transistors, 2nd European Conference on Power Electronics and Applications, Grenoble, Sept. 1987, Vol. 1, pp. 213-218.
• 4. Kazimierczuk M.K., Czarkowski D.: Resonant Power Converters, John Wiley & Sons, Inc., USA 1995.
• 5. Matysik J.: Integration control methods for class D transistor source inverters with series resonant circuit, (title of original: Metody sterowania integracyjnego tranzystorowych falowników napięcia klasy D z szeregowym obwodem rezonansowym), publishing house of the Warsaw University of Technology, ELEKTRYKA z.l 14, ISSN 0137-2319, Warsaw 2001.
• 6. Kasprzak M.: Analysis of selected high frequency Mosfet inverters devoted for induction heating applications, PhD thesis, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland, 1997.
• 7. Grzesik B., Kaczmarczyk Z., Kasprzak M.: Integral Pulse Modulation - new strategy for series resonant half bridge inverter of Class D and DE, International Conference on Electrical Drives and Power Electronics EDPE’99, 5-7 October 1999, the High Tatras, Slovakia, pp. 100-104.
• 8. Górka S.: Project and Realisation of Microprocessor Random PDM Controller for Series Resonant Inverter, M.Sc. Thesis, Silesian University of Technology Gliwice 2001.
• 9. Hubę J.M., Flieller D. and all: Phase Locking Control of a Resonant DC-AC Converter, EPE’97, Trondheim, pp. 2.303-2.308.
• 10. Trzynadlowski A.M., Blaabjerg F., Pedersen J.K., Kirlin R.L., Legowski S.: Random Pulse Width Modulation Techniques for Converter-Fed Drive Systems - A Review, IEEE Tran. On Ind. Appl., vol.30, no.5, Sep/Oct 1994, pp.l 166-1175.
• 11. Bech M.M., Pedersen J.K., Blaabjerg F.: Random Modulation Techniques in Power Conversion - An Update, Proceedings of the 7th International Power Electronics & Motion Control Conference, Budapest Hungary, 2-4 Sep. 1996, pp.3/357-3/365.
• 12. Wieczorkowski R., Zieliński R.: Computers Random-number Generators, published by WNT Warszawa 1997 (title of original: Komputerowe Generatory Liczb Losowych).
• 13. H8/3048 Series, H8/3048F-ZTAT Hardware Manual - Hitachi, January 1995.