[논문 리뷰] A Closed-loop controller to improve the Stability of Cascaded DC/DC Converters

Maziar Isapour Chehardeh, Ehsan M. Siavashi|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 20.

Advanced DC-DC Converters참고 문헌 11인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 소신호 동역학을 분석하고 시스템의 임피던스와 전압 이득을 안정화하는 제어기를 설계하여, 연결된 DC/DC 컨버터의 안정성을 향상시키기 위해 폐쇄 루프 제어기를 제안한다. 이 방법은 수학적 모델링과 시뮬레이션을 통해 일반적인 버크 컨버터 구성에서 향상된 일시적 응답과 강건성을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 컨버터 간 상호작용으로 인한 연결된 DC/DC 컨버터 시스템의 불안정성 문제를 해결하기 위해.
• 식별된 식물의 특성을 관리하여 폐쇄 루프 임피던스와 전압 이득을 안정화하는 제어기를 개발하기 위해.
• 버크 컨버터 기반의 연결된 시스템에서 일시적 응답과 강건성을 향상시키기 위해.
• 표준 버크 컨버터 모델에서 시뮬레이션을 통해 제어기의 효과성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 버크 DC/DC 컨버터의 소신호 분석을 수행하여 수학적 모델을 유도한다.
• 폐쇄 루프 임피던스와 전압 이득을 포함한 연결된 컨버터 모델을 개발한다.
• 유도된 모델을 바탕으로 시스템 동역학을 안정화하는 제어기를 설계한다.
• 일반적인 운영 조건에서 제어기 성능을 평가하기 위해 시뮬레이션을 사용한다.
• 폐쇄 루프 구성에서 임피던스 및 이득 특성을 통해 시스템 안정성을 분석한다.
• 표준 버크 컨버터 설정에서 테스트하여 제어기의 효과성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 버크 컨버터의 소신호 거동이 연결된 DC/DC 컨버터 시스템의 안정성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 연결된 컨버터에서 폐쇄 루프 임피던스와 전압 이득을 효과적으로 안정화하는 데 어떤 제어기 설계가 가능한가?
• RQ3 제안된 제어기는 일시적 응답과 시스템 강건성을 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 연결된 컨버터 간의 주요 동적 상호작용은 불안정성의 원인이 되는가?
• RQ5 기본 컨버터 구조를 변경하지 않고 제안된 제어기가 불안정성을 어느 정도 완화할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 제어기는 폐쇄 루프 임피던스와 전압 이득을 조절하여 연결된 DC/DC 컨버터 시스템을 성공적으로 안정화한다.
• 소신호 모델링은 제어기 설계에 필요한 동적 거동을 정확하게 포착한다.
• 시뮬레이션 결과는 향상된 일시적 응답과 향상된 시스템 강건성을 확인한다.
• 제어기는 연결된 컨버터 간의 상호작용으로 인한 불안정성을 효과적으로 완화한다.
• 표준 버크 컨버터 구성에서 이론적 타당성과 효과성을 입증한다.
• 시뮬레이션을 통해 제어기 설계가 일반적인 운영 조건에서 일관된 성능을 보임을 검증한다.