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Bibliographic Metadata

Title
Half-cycle-sampled discrete model of series-parallel resonant converter with optimized modulation and its control design / von Junbing Tao ; Erster Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Joachim Böcker, Zweiter Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Andreas Steimel
AuthorTao, Junbing
ParticipantsBöcker, Joachim ; Steimel, Andreas
PublishedPaderborn, 2018
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (129 Seiten) : Diagramme
Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2015
Annotation
Tag der Verteidigung: 21.04.2015
Defended on2015-04-21
LanguageEnglish
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-30342 
DOI10.17619/UNIPB/1-284 
Files
Half-cycle-sampled discrete model of series-parallel resonant converter with optimized modulation and its control design [1.98 mb]
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Classification
Abstract (German)

Bei der Entwicklung von isolierten DC-DC-Wandlern zeichnet sich die Topologie des Serien-Parallel-Resonanzkonverters (SPRC) durch einen breiten Betriebsbereich, einen hohen Wirkungsgrad sowie durch eine hohe Dynamik aus. Eine aufwändige Modellierung sowie der Entwurf einer geeigneten Regelung sind die wesentlichen Herausforderungen, die der Einsatz eines Serien-Parallel-Resonanzkonverters aufgrund seiner Komplexität mit sich bringt.Das primäre Ziel dieser Arbeit war es, eine ausgewogene Modellierungsmethode für den SPRC zu finden, die einen Kompromiss zwischen Komplexität und Genauigkeit bezüglich der nichtlinearen Charakteristik erlaubt. Heraus erscheint es sinnvoll, das Verfahren der Abtastung mit variabler Schrittweite in die Modellierung und den Reglerentwurf mit einzubeziehen. Das zeitdiskretisierte System mit synchronisierten Abtastschritten für Konverter, Modulator und Regelung wird „Halbperioden-abgetastetes diskretes (HSD) System“ genannt. Es hat sich als ausgewogenster Modellansatz zur Beschreibung des SPRC herausgestellt. Dieser nutzt die zur Verfügung stehenden Rechenressourcen in effizienter Weise und garantiert dabei gleichzeitig eine ausreichende Genauigkeit für den SPRC.Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, den entsprechenden Regler auszulegen, um die Dynamik des SPRC zu verbessern. Mit dem akkuraten, dynamischen Modell des SPRC kann auch der diskrete Regler mit variabler Abtastzeit als eine zusätzliche Verbesserung angesehen werden. Zu einer weiteren Verbesserung führte die Verwendung der Pulsbreite anstatt des Tastverhältnisses als Stellsignal. Mit einem neuartigen Regelalgorithmus, der HSD-PW-Regelung, können diese beiden Verbesserungen erzielt werden. Die HSD-PW-Regelung führte in praktischen Versuchsdurchführungen zu einer reduzierten Ausregelzeit der Ausgangsspannung.

Abstract (English)

In the development of isolated DC-DC converters, series-parallel-resonant converter (SPRC)demonstrates its advantages with regard to wide operation range, high efficiency and highly dynamic performance. The complexity of its model and further difficulties of its control design are the bottle-necks of this problem.Due to the nonlinear characteristics of the SPRC, the primary objective of this work is to find a balanced modelling method for the SPRC between its complexity and accuracy. In the research of optimized modulation strategy (OM), it is interesting to find out the control signals in the OM modulator are sampled every half cycle of resonant oscillation with varying the switching frequency. From this point, this varying-step sampling can be applied in the modelling approach and also in the control design. This discrete system, with synchronized sampling steps in converter, modulator and controller, is called “half-cycle-sampled discrete (HSD) system”. It is proved to be the best balanced modelling approach for describing the SPRC. It efficiently utilizes the calculation resources and has sufficient accuracy for the SPRC. This HSD modelling approach takes the dynamic behaviour of the modulator into consideration.The second objective of this work is to design the appropriate controller in order to improve the dynamic performance of the SPRC. A novel control algorithm, HSD-PW control, is proposed combining discrete control and width of pulses regulation improvements. It demonstrates that HSD-PW control clearly reduces the control settling time of output voltage in the experiment.Subsequently, the calculation system of the entire controlled SPRC is implemented in the computer, in order to simulate the dynamic behaviour of SPRC. All the design options are added to the calculation system as the modules. The calculation system has a simple and rapid algorithm ...

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