The Analysis of Energy Transition Processes in Boost Converter

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorMartynyuk, V. V.
dc.contributor.authorKosenkov, V. D.
dc.contributor.authorGeydarova, O. V.
dc.contributor.authorFedula, M. V.
dc.date.accessioned2019-12-18T14:14:34Z
dc.date.available2019-12-18T14:14:34Z
dc.date.issued2019
dc.description.abstractenIntroduction. This article presents the analysis of energy transition processes in boost converter under the conditions of load changing. The boost converter laboratory layout is investigated with forms of the transient process caused by load changing. The transient currents and voltages are measured in harmonic and anharmonic modes. The parameters of boost converter transient modes are estimated. The analysis of energy transition processes is performed using two boost converter models. Problem statement. The boost converter circuits are used in the areas of electronics where the minimization of energy losses is strictly required. The boost converter energy losses depend on the form of transient processes caused by load changing. The purpose of energy losses minimization requires exact analysis of energy transition processes which appear under load changing. The presented work describes the responses of boost converter circuit to changing the load twice with four different transient modes. Results. The analysis of energy transition processes is performed with two models. The first model is based on the iterative mapping technique, where the currents and voltages of each period of gate driving signal are determined from the circuit parameters and initial conditions given by the previous period of driving signal. Such model allows to perform an exact analysis of current and voltage ripple transient processes. But the iterative mapping model is characterized by numerical approximation errors and requires more computation time. The second model describes the envelopes of boost converter current and voltage transient processes analytically. This model is based on the state-space averaging method which is widely used for modelling of switching circuits. Such model does not take into account the waveforms of current and voltage ripples, but it provides a more simple description of transient process envelopes which are useful for the circuit design purposes. The modeling results obtained from iterative mapping and state space averaging, match with the experimental data. Conclusions. The performed analysis shows that the energy losses depend on the transient process mode significantly. During the load transient process time, the smallest energy losses can be obtained under the critical load transient process form which is situated between periodic and aperiodic modes. Such result is obtained experimentally and confirmed by the both iterative mapping and state-space averaging models. The analytical results are confirmed by optimization procedure in MATLAB environment.uk
dc.description.abstractruВведение. В статье описывается анализ процессов передачи энергии в повышающем преобразователе при изменении нагрузки. Исследован лабораторный макет преобразователя при различных формах переходного процесса, вызванного изменением нагрузки. Переходные токи и напряжения измерены в гармонических и негармонических режимах. Проведена оценка параметров переходных режимов. Анализ процессов перехода энергии осуществлен с помощью двух моделей повышающего преобразователя. Постановка проблемы. Цепи повышающих преобразователей используются в областях электроники, где минимизация потерь энергии является критически важной. Потери энергии в повышающем преобразователе зависят от формы переходных процессов, вызванных изменением нагрузки. Минимизация потерь энергии требует точного анализа процессов передачи энергии, которые возникают при изменении нагрузки. Предложенная работа описывает реакции схемы преобразователя на изменения нагрузки вдвое с четырьмя различными режимами переходного процесса. Результаты. Анализ процессов передачи энергии осуществляется с использованием двух моделей. Первая модель основана на методике итеративного отображения, где токи и напряжения каждого периода сигнала управления затвором транзистора определяются по параметрам схемы и начальными условиями, заданными предыдущим периодом управляющего сигнала. Такая модель позволяет проводить точный анализ переходных процессов и пульсаций тока и напряжения. Однако, модель итеративного отображения характеризуется погрешностями числовой аппроксимации, и требует больше времени для выполнения вычислений. Вторая модель аналитически описывает огибающие переходных процессов тока и напряжения преобразователя. Такая модель базируется на методе усреднения в пространстве состояний, который широко используется для моделирования импульсных схем. Такая модель не учитывает формы пульсаций токов и напряжений, но обеспечивает более простое описание переходных процессов, полезное при разработке схемотехники. Результаты моделирования, полученные из итеративного отображения и усреднения в пространстве состояний, совпадают с экспериментальными данными, с относительной погрешностью, которая не превышает 3%. Выводы. Проведенный анализ показывает, что потери энергии в повышающем преобразователе зависят от переходного процесса. В течение переходного процесса, вызванного изменением нагрузки, наименьшие потери энергии могут быть получены при критической форме переходного процесса, расположенной между гармоничным и негармоничным режимами. Такой результат получен экспериментально и подтвержден как итеративным отображением, так и моделями усреднения состояния пространства. Аналитические результаты подтверждаются процедурой оптимизации в среде MATLAB.uk
dc.description.abstractukВступ. У статтi описується аналiз процесiв передачi енергiї у пiдвищуючому перетворювачi за умов змiни навантаження. Дослiджено лабораторний макет перетворювача при рiзних формах перехiдного процесу, викликаного змiною навантаження. Перехiднi струми i напруги вимiряно в гармонiчних i негармонiчних режимах. Проведено оцiнку параметрiв перехiдних режимiв. Аналiз процесiв переходу енергiї здiйснено за допомогою двох моделей пiдвищуючого перетворювача. The Analysis of Energy Transition Processes in Boost Converter 29 Постановка проблеми. Кола пiдвищуючих перетворювачiв використовуються в областях електронiки, де мiнiмiзацiя втрат енергiї є критично важливою. Втрати енергiї у пiдвищуючому перетворювачi залежать вiд форми перехiдних процесiв, викликаних змiною навантаження. Мiнiмiзацiя втрат енергiї вимагає точного аналiзу процесiв передачi енергiї, якi виникають при змiнi навантаження. Запропонована робота описує реакцiї схеми перетворювача на змiни навантаження вдвiчi з чотирма рiзними режимами перехiдного процесу. Результати. Аналiз процесiв передачi енергiї здiйснюється з використанням двох моделей. Перша модель базується на методицi iтеративного вiдображення, де струми i напруги кожного перiоду сигналу керування затвором транзистора визначаються за параметрами схеми i початковими умовами, заданими попереднiм перiодом керуючого сигналу. Така модель дозволяє проводити точний аналiз перехiдних процесiв i пульсацiй струму та напруги. Проте, модель iтеративного вiдображення характеризується похибками числової апроксимацiї, i вимагає бiльше часу для виконання обчислень. Друга модель аналiтично описує огинаючi перехiдних процесiв струму i напруги перетворювача. Така модель базується на методi усереднення у просторi станiв, що широко використовується для моделювання iмпульсних схем. Така модель не враховує форми пульсацiй струмiв i напруги, але забезпечує бiльш простий опис перехiдних процесiв, якi кориснi для цiлей схемотехнiки. Результати моделювання, отриманi з iтеративного вiдображення та усереднення у просторi станiв, спiвпадають з експериментальними даними, iз вiдносною похибкою, яка не перевищує 3%. Висновки. Проведений аналiз показує, що втрати енергiї у пiдвищуючому перетворювачi залежать вiд перехiдного процесу. Протягом перехiдного процесу, викликаного змiною навантаження, найменшi втрати енергiї можуть бути отриманi за умови критичної форми перехiдного процесу, що розташована мiж гармонiчним та негармонiчним режимами. Такий результат отримано експериментально i пiдтверджено як iтерацiйним вiдображенням, так i моделями усереднення стану простору. Аналiтичнi результати пiдтверджуються процедурою оптимiзацiї в середовищi MATLAB.uk
dc.format.pagerangeС. 17–29uk
dc.identifier.citationThe Analysis of Energy Transition Processes in Boost Converter / V. V. Martynyuk, V. D. Kosenkov, O. V. Geydarova, M. V. Fedula // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2019. – Вип. 77. – С. 17–29. – Бібліогр.: 41 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/RADAP.2019.77.17-29
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/30444
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування: збірник наукових праць, Вип. 77uk
dc.subjectboost converteruk
dc.subjectenergy lossesuk
dc.subjecttransient processuk
dc.subjectcritical modeuk
dc.subjectmodellinguk
dc.subjectпiдвищуючий iмпульсний перетворювачuk
dc.subjectвтрати енергiїuk
dc.subjectперехiдний процесuk
dc.subjectкритичний режимuk
dc.subjectмоделюванняuk
dc.subjectповышающий преобразовательuk
dc.subjectпотери энергииuk
dc.subjectпереходный процессuk
dc.subjectкритический режимuk
dc.subjectмоделированиеuk
dc.titleThe Analysis of Energy Transition Processes in Boost Converteruk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
VKPIRR2019_77_3Martyniuk.pdf
Розмір:
1.39 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 77