Fulltext

Analysis and Control of Buck-Boost Converter with the Same Input Polarity Based on Novel Energy Factor Evaluation

Mahmoud Shaker Nasr

Journal of University of Babylon مجلة جامعة بابل
ISSN: 19920652 23128135 Year: 2017 Volume: 25 Issue: 1 Pages: 45-59
Publisher: Babylon University جامعة بابل

Abstract

This paper presents firstly a buck-boost circuit with the advantage that its output voltage polarity is the same as the input polarity. The circuit operation is presented and analyzed in different modes of operation.The well known parameters used in evaluation of DC/DC converters like Total Harmonic Distortion THD, Power Factor PF, and Ripple Factor RF have no meaning in DC/DC converters, so it is to introduce efficient concepts to permit a fair evaluation of the converter. This paper present other parameters that can be used to study the characteristics of the converter and gives a real and logic means of its operation. These main parameters are: pumping energy PE, storage energy SE, energy factor EF, and energy losses EL. In addition, the converter efficiency is not considered as 100 % as taken in most analyzing studies.The positive DC/DC buck-boost converter is evaluated according to the new concepts and the system model is deduced for different cases of operation taking into account the resistance of the circuit inductor. The circuit is implemented practically and the presented obtained results show the correct operation under different modes of operation.In addition the control design of the converter is built such that a PI controller with windup is considered. In order to test the effectiveness of the designed control algorithm, the system were exposed to different voltage reference values and the obtained results demonstrate that the system responses for all cases are very acceptable according to the criteria of the control system theory.

تقدم هذه الورقة أولا دائرة مغير القدرة خافض/رافع (Buck/Boost) مع ميزة أن قطبية جهد الخرج التيار الكهربائي لها هو نفس قطبية الإدخال. كذلك سيتم تقديم عمل الدائرة اضافة الى تحليل كافة الحالات في مختلف انماط عملها. المتغيرات المعروفة والمستخدمة في تقييم مغيرات القدرة مثل عامل التموج (RF)، التشوه التوافقي الكلي (THD)، ومعامل القدرة (PF) في الحقيقة لا تمتلك المعنى الحقيقي لها والتي تفيد بشكل دقيق في تقييم مغيرات القدرة نوع جهد مستمر/مستمر، لذلك اضحى من الضروري ايجاد متغيرات ذات مفاهيم كفوءة في تقييم عادل و منطقي وعملي لمغيرات الطاقة من هذا النوع. يقدم هذا البحث معايير جديدة والتي يمكن استخدامها لدراسة خصائص مغيرات القدرة ( نوع مستمر/مستمر) وتعطي وسيلة حقيقية ومنطقية لعملها. المتغيرات الجديدة الرئيسية هي عامل الطاقة (EF)، ضخ الطاقة (PE)، تخزين الطاقة (SE)، خسائر الطاقة (EL). وبالإضافة إلى ذلك فإننا لم نفرض أن الكفاءة تساوي 100٪ كما هو الحال في معظم الدراسات وإنما يتم أخذ المفاقيد بنظر الاعتبار عند التحليل.في هذه الورقة، تم تقييم عمل مغير القدرة ( جهد مستمر/ مستمر ) ذات القطبية المتطابقة استنادا الى مفاهيم المتغيرات الجديدة و أن نموذج المنظومة تم تقييمه لحالات عمل مختلفة (تغيير زمن التوصيل للمفتاح) آخذين بنظر الاعتبار ان الملفات لها مقاومة وبالتالي هنالك فقد في القدرة. تم تنفيذ الدائرة عمليا وعرضت النتائج المستحصلة بحالات العمل المختلفة خلال عرض البحث حيث تؤكد عمله بشكل ممتاز. وبالإضافة إلى ذلك تم تصميم السيطرة على عمل المغير حيث استخدمنا وحدة تحكم نوع تناسبي/ تكاملي PI)) مع تقنية الانطلاق (windup) ومن أجل إختبار فعالية نظام السيطرة تم تعريض النظام إلى حالات متعددة من جهد العمل المطلوب (جهد المرجعية) (Reference Voltage) حيث أثبتت النتائج التي تم الحصول عليها فعالية وحدة تحكم لمتابعة جهد المرجعية.

Keywords

Positive Polarity Buck-Boost Converter --- Energy Losses --- EL --- Energy Factor --- EF --- Storage Energy --- SE --- Buck-Boost control. --- مغير القدرة خافض/ رافع بنفس القطبية ، خسائر الطاقة EL --- ، عامل الطاقة EF --- ، تخزين الطاقة SE --- ، السيطرة على مغير القدرة خافض/ رافع .