Titelaufnahme
Titelaufnahme
- TitelDevelopment of a novel simple-to-implement digital current observer for DC-DC converters and PFC-rectifiers : von Mohsin Ejaz Ahmad; Erster Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Joachim Böcker, Zweiter Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Zacharias
- Autor
- Gutachter
- Erschienen
- Umfang1 Online-Ressource (xvi, 128 Seiten) Illustrationen, Diagramme
- HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2025
- AnmerkungTag der Verteidigung: 26.06.2025
- Verteidigung2025-06-26
- SpracheEnglisch
- DokumenttypDissertation
- Schlagwörter (GND)
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Klassifikation
Zusammenfassung
In getakteten Stromversorgungen sind Spannungs- und Strommessungen für den Betrieb und den Schutz des Umrichters erforderlich. Die Spannungsmessung lässt sich mit hochohmigen Schaltungen einfach realisieren. Die Strommessung in einem Schaltwandler stellt jedoch eine Herausforderung dar, da die Stromsensoren im Strompfad platziert werden und den leistungselektronischen Schaltkreis beeinflussen. Ein Stromsensor im Strompfad führt zu Streuinduktivität und Leistungsverlusten. Diese negativen Auswirkungen können durch die Wahl eines effizienten Strommessverfahrens und die Reduzierung der Anzahl der Stromsensoren im Leistungswandler gemindert werden.In dieser Arbeit wird ein neuartiges Strommesskonzept für einen typischen Halbbrückenstromrichter vorgestellt. Es verwendet lediglich einen physikalischen Stromsensor, Hilfswicklungen am Leistungsinduktor sowie einen Strombeobachter, um den Induktorstrom vollständig zu schätzen. Der Strombeobachter wird im digitalen Bereich auf einem kostengünstigen digitalen Signalprozessor implementiert. Dadurch entsteht ein kompaktes, effizientes und kostengünstiges Strommessverfahren. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit besonderes Augenmerk auf die digitale Schätzung des Spannungs-Zeit-Integrals der Induktorspannung gelegt. Zudem werden der Entwurf und die Implementierung eines solchen Beobachters für Gleichspannungswandler und Gleichrichter mit Leistungsfaktorkorrektur dokumentiert.
Abstract
In switched-mode power supplies, voltage and current measurements are essential for the operation and protection of the converter. Voltage measurement can be easily implemented using high-impedance circuits. However, current measurement in a switching converter poses a challenge because current sensors are placed in the current path and influence the power electronic circuit. A current sensor in the current path introduces stray inductance and power losses. These negative effects can be mitigated by selecting an efficient current measurement scheme and reducing the number of current sensors in the power converter.This work presents a novel current measurement concept for a typical half-bridge converter. It employs only a single physical current sensor, auxiliary windings on the power inductor, and a current observer to fully estimate the inductor current. The current observer is implemented digitally on a cost-effective digital signal processor. This results in a compact, efficient, and low-cost current measurement method. Furthermore, this work places special emphasis on the digital estimation of the voltage-time integral of the inductor voltage. In addition, the design and implementation of such an observer for DC-DC converters and power factor correction rectifiers are documented.
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