A mixed–mode analog–digital simulation of LLC resonant power converter with the quality factor limiter

• Autorzy: Zapart Mateusz , Worek Cezary

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.02.20

Warianty tytułu

PL

Symulacje analogowo-cyfrowe przetwornicy rezonansowej LLC z ogranicznikiem dobroci

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electrical transients in high-order resonant power converters are difficult to solve with classical analytic analysis. It is also costly and challenging to verify some phenomena empirically. Thus, design and analysis of electronic circuits can be remarkably improved by using appropriate simulation tools, especially in the field of power electronics. In our work, a complete simulation of digitally controlled 350W LLC resonant power converter is presented. Ngspice was utilized as a simulator and KiCad was used as applicative schematic editor. In particular, the use of simplified element models in time domain analysis provide short simulation time. We achieved good consistency between simulation results and hardware measurements. The introduced simulation environment with the LLC converter model is a compelling tool that shortens design time and reduces deployment costs. Among many published scientific papers, this work is distinguished by the fact that the simulation includes a converter with full resonant circuit, quality factor limiter and digital feedback loop.

PL

Stany przejściowe w przetwornicach rezonansowych są trudne do wyznaczenia analitycznie. Również pomiary z wykorzystaniem modeli fizycznych są bardzo czasochłonne oraz wymagają specjalistycznego sprzętu. Jednak gdy wykorzysta się narzędzia symulacyjne proces analizy i projektowania układów energoelektronicznych ulega znacznemu usprawnieniu. W artykule przedstawiono wyniki symulacji sterowanej cyfrowo przetwornicy rezonansowej typu LLC o mocy 350W. W symulacjach wykorzystano oprogramowanie Ngspice, a jako edytor schematów KiCad. Aby otrzymać krótkie czasy symulacji i móc przeprowadzić badania kompletnej przetwornicy wykorzystano uproszczone modele podzespołów. W pracy otrzymano dobrą zgodność wyników symulacji i pomiarów. Zaprezentowany model symulacyjny wraz z narzędziami tworzy kompletne środowisko, które pozwala skrócić czas projektowania i testowania cyfrowych zasilaczy. Wyróżnikiem przedstawionego podejścia jest połączenie analogowej symulacji przetwornicy rezonansowej wraz z implementacją w pełni cyfrowego regulatora.

Słowa kluczowe

EN

simulation; Ngspice; spice; LLC; resonant converter; xspice; mixed signal; digitally controlled; converter; quality factor limiter

PL

symulacja; Ngspice; SPICE; LLC; przetwornica rezonansowa; xspice; mixed signal; cyfrowe sterowanie; ogranicznik dobroci

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 2
• Strony: 82--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Zapart Mateusz

• AGH University of Science and Technology, al. Adama Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Worek Cezary

• AGH University of Science and Technology, al. Adama Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Liu Y., Meyer E., Liu X., Recent Developments in Digital Control Strategies for DC/DC Switching Power Converters, IEEE Transactions on Power Electronics, 24 (2009), n.11, 2567-2577
• [2] Pereira D., Braga H., SPICE simulation and evaluation of a GaN-based synchronous full-bridge resonant converter, 12th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON), (2016)
• [3] Li X., A LLC-Type Dual-Bridge Resonant Converter: Analysis, Design, Simulation, and Experimental Results, IEEE Transactions on Power Electronics, 29 (2014), n.8, 4313-4321
• [4] Mysinski W., Pragłowska-Ryłko N., Use of middlebrook’s method in frequency analysis of power electronic circuits, Technical Transactions, (2016)
• [5] Worek C., Ligenza S., Design and implementation of a LLC resonant converter with high dynamic controls for LED applications, Przeglad Elektrotechniczny, 93 (2017), n.8, 46-49
• [6] Worek C., Ligenza S., Widórek R., LLC resonant converter with quality factor limiter, 18th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'16 ECCE Europe), (2016)
• [7] Cox F.L., Kuhn W.B., Murray J.P., Code-level modeling in XSPICE, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, (1992)
• [8] Hamill D.C., Class DE inverters and rectifiers for DC-DC conversion, 27th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, (1996)

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).