Novel controller for software-based balancing of current distribution in multi-channel converters

• Autorzy: Gwóźdź M.

Identyfikatory

DOI

10.5604/00326216.1210578

Warianty tytułu

PL

Cyfrowy kontroler rozpływu prądów w przekształtniku wielokanałowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The parallelism is a well known technique for increasing the power capacity of converters because it helps to overcome the current limitations of semiconductor devices. Multi-channel (interleaved) converters use a kind of parallelism that, thanks to their own particular features, makes it possible to map more accurately the converter output signal in a reference one. However, multi-channel converters present several disadvantageous. The most important problem consists in the fact that the output current may not be distributed equally in converter channels what requires additional components supporting this mechanism. In contrast to the generally used methods software only solution of the controller for balancing of current distribution is proposed in this paper. The controller constitutes part of a control system of wide-band power electronics current and voltage source. The paper presents an idea and principles of work of such controller. Also, results of converter simulation model experiments are presented.

PL

Łączenie równoległe przekształtników jest przyjętym sposobem zwiększenia mocy dysponowanej dla zasilania odbiorników energii elektrycznej. W przypadku przekształtników wielokanałowych (ang. „intereleaved”) możliwe jest również uzyskanie lepszej wierności odwzorowania energetycznego sygnału wyjściowego w sygnale referencyjnym (odniesienia). Przekształtniki te mają jednak, co najmniej jedną niekorzystną cechę związaną z tym, że prąd wyjściowy może nie rozpływać się równomiernie w poszczególnych kanałach. Wymaga ona stosowania dodatkowych rozwiązań sprzętowych, wspomagających mechanizm równoważenia rozpływu prądów. W przeciwieństwie do powszechnie używanych metod, w pracy przedstawiono propozycję kontrolera rozpływu prądów rozwiązanego wyłącznie programowo. Możliwe jest przez to ograniczenie kosztów, stopnia złożoności oraz gabarytów przekształtnika. W pracy przedstawiono zasadę pracy takiego kontrolera w sterowanym energoelektronicznym źródle napięcia i prądu. Zamieszczono w niej również wybrane wyniki badań modelu symulacyjnego układu.

Słowa kluczowe

EN

converter control; current distribution; interleaved converters

PL

przekształtniki wielokanałowe; równoważenie rozpływu prądów; sterowanie przekształtnikami

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2016
• Tom: Z. 273
• Strony: 5--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Gwóźdź M.

• Poznań University of Technology, Institute of Electrical Engineering and Electronics, Piotrowo 3A Street, PL60965 Poznań

Bibliografia

• 1. Papoulis A.: Generalized Sampling Expansion, IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. 24, Issue 11: 652 – 654, 1977.
• 2. Matsui K., Murai Y., Watanabe M., Kaneko M., and Ueda F.: A pulsewidth-modulated converter with parallel connected transistors using current-sharing reactors, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 8, No. 2: 186-191, 1993.
• 3. Ueda F., Matsui K., Asao M. and Tsuboi K.: Parallel-connections of pulsewidth modulated converters using current sharing reactors, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 10, No. 6: 673-679, 1995.
• 4. Gwóźdź M., Porada R.: Compensate for Loading Effects on Power Lines with a DSP-Controlled Active Shunt Filter, Analog Dialogue, Analog Devices Inc., Vol. 33, No 9, 1999, http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/33-09/filter/index.html.
• 5. Gwóźdź M., Porada R., Frąckowiak L.: Active compensation system of influence of nonlinear receivers on power network, Proc. of COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, Vol. 20, No. 4: 905-913, 2001.
• 6. Huang X.: Parasitic ringing and design issues of digitally controlled high power interleaved boost converters, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 19 , Issue 5: 1341-1352, 2004.
• 7. Jiang Y., Pan J.: Single phase full bridge converter with coupled filter inductors and voltage doubler for PV module integrated converter system, BULLETIN OF THE POLISH ACADEMY OF SCIENCES TECHNICAL SCIENCES, Vol. 57, No. 4: 355-361, 2009.
• 8. Gwóźdź M.: Stability of Discrete Time Systems on Base Generalized Sampling Expansion, Elektryka, Politechnika Śląska, Vol. 1 (217): 29-40, 2011.
• 9. Gwóźdź M.: Power electronics wideband controlled voltage and current sources on base of interleaved converters, (in Polish), Przegląd Elektrotechniczny, Nr 10A: 132-134, 2012.
• 10. Iwaszkiewicz J., Bogusławski P., Krahel A., Łowiec E.: Three-phase voltage outages compensator with cascaded multilevel converter, Archives of Electrical Engineering, Vol. 61(3): 325-336, 2012.
• 11. Gwóźdź M.: Power Electronics Active Shunt Filter with Controlled Dynamics, Proc. of COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, Vol. 32, No. 4: 1337-1344, 2013.
• 12. Matsui K., Asao M., Ueda F., Tsuboi K., Iwata K.: A technique of parallel-connections of pulsewidth modulated NPC converters by and using current sharing reactors, Proceedings of the IECON'93, International Conference on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation, Vol. 2: 1246-1251, 1993.
• 13. Huth S.: DC/DC converters in Parallel Operation with digital load distribution control, Proceedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics ISIE '96, Vol. 2: 808-813, 1996.
• 14. Seliga R., Koczara W.: High Quality Sinusoidal Voltage Converter for Variable Speed AC Drive Systems, Proc. of EPE-PEMC2002 10th International Power Electronics and Motion Control Conference, Cavtat & Dubrovnik, Topic 11, 2002.
• 15. Gwóźdź M.: Impact of Aliasing Effect on Work of Wide Band Power Electronics Current Source, Proc. of XIX Symposium Electromagnetic Phenomena in Nonlinear Circuits, Maribor, Słowenia: 147-148, 2006.
• 16. Le Bolloch M., Cousineau M., Meynard T.: New Masterless Current-Sharing Modular Approach for DC/DC Parallel Converters, Proc. of EPE-PEMC 2010 14th International Power Electronics and Motion Control Conference, Ohrid, Macedonia, Topic T3: 73-80, 2010.
• 17. Díaz S., Cortizo P., Santos R., Severo M.: Analysis of digital controllers for equilibrated current distribution in an interleaved converter, Proc. of IECON 2010 – 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Glendale, USA: 83-90, 2010.
• 18. Devancens P.: “Etude de l’équilibrage Naturel des Courants dans les Convertisseurs Multicellulaires Paralléle. Validation Expérimentale sur une Structure à MCT”, Tese de doutorado, L’Institut National Polytechnique de Toulouse, 1997.
• 19. http://analog.alfine.pl, accessed: March 2015

Uwagi

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