[論文レビュー] A Closed-loop controller to improve the Stability of Cascaded DC/DC Converters

Maziar Isapour Chehardeh, Ehsan M. Siavashi|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2018

Advanced DC-DC Converters参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、小信号ダイナミクスを分析し、システムのインピーダンスと電圧利得を安定化する制御器を設計することで、級連型DC/DCコンバータの安定性を向上させるクローズド・ループ制御器を提案する。この手法は、数学的モデリングとシミュレーションを用い、一般的なバッキングコンバータ構成における過渡応答の改善とロバストネスの向上を実証する。

ABSTRACT

Study of the buck converter and cascaded system considering the voltage mode controller has been done. First the small signal analysis of a buck dc/dc converter is presented and its mathematical representation has been showed. Then, the cascaded converter model regarding close loop impedances and voltage gain has been studied. The controller for this converter is proposed to stabilize the performance of the plant. The effectiveness of the proposed controller has been tested on a typical buck converter.

研究の動機と目的

• 級連型DC/DCコンバータ系におけるコンバータ間の相互作用による不安定性問題に対処すること。
• プラントを閉ループインピーダンスと電圧利得を管理することで安定化する制御器の開発。
• バッキングコンバータをベースとする級連系における過渡応答とロバストネスの向上。
• 標準的なバッキングコンバータモデルを用いたシミュレーションにより、制御器の有効性を検証すること。

提案手法

• バッキングDC/DCコンバータの小信号解析を実施し、その数学的モデルを導出する。
• 閉ループインピーダンスと電圧利得を組み込んだ級連コンバータモデルを構築する。
• 導出されたモデルに基づいて、システムダイナミクスを安定化する制御器を設計する。
• 通常の動作条件下での制御器性能を評価するためにシミュレーションを実施する。
• 閉ループ構成におけるインピーダンスおよび利得特性を通じて、システムの安定性を分析する。
• 標準的なバッキングコンバータ構成を用いたテストにより、制御器の有効性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バッキングコンバータの小信号挙動は、級連型DC/DCコンバータ系の安定性にどのように影響するか？
• RQ2 級連コンバータにおいて、閉ループインピーダンスと電圧利得を効果的に安定化するための制御器設計は何か？
• RQ3 提案された制御器は、過渡応答とシステムのロバストネスをどのように向上させるか？
• RQ4 級連コンバータ間の主なダイナミクス的相互作用は、不安定性を引き起こす要因となるか？
• RQ5 提案された制御器は、基本的なコンバータトポロジを変更せずに、不安定性をどの程度軽減できるか？

主な発見

• 提案された制御器は、閉ループインピーダンスと電圧利得を制御することにより、級連型DC/DCコンバータ系を効果的に安定化した。
• 小信号モデリングは、制御器設計に必要な動的挙動を正確に捉えている。
• シミュレーション結果は、過渡応答の向上とシステムのロバストネスの強化を確認した。
• 制御器は、級連コンバータ間の相互作用によって引き起こされる不安定性を効果的に軽減した。
• 標準的なバッキングコンバータ構成において、本手法の実現可能性と有効性が示された。
• シミュレーションによる検証により、通常の動作条件下でも一貫した性能を示した。