Naslov
Model naponski upravljanog istosmjernog uzlaznog pretvarača za analizu neregularnih ustaljenih stanja
(Model of the voltage controlled boost converter for nonstability steady-state analysis)

Autori
Stojanović, Željko

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet elektrotehnike, računarstva i informacijskih tehnologija

Mjesto
Osijek

Datum
20.09

Godina
2021

Stranica
156

Mentor
Pelin, Denis

Ključne riječi
bifurkacija srazom granica, Hopfova bifurkacija, istosmjerni naponski upravljan uzlazni pretvarač, kvaziperiodičnost, multistabilnost, neregularno ustaljeno stanje
(border collision bifurcation, Hopf bifurcation, voltage mode controlled DC-DC boost converter, quasiperiodic steady-state, multistability, nonstability steady-states)

Sažetak
Neregularna ustaljena stanja neželjena su pojava u radu istosmjernih pretvarača. Uzrokuju povećanje valovitosti napona i struja pretvarača i akustičku i strukturnu buku. Kvaziperiodično ustaljeno stanje nastalo bifurkacijom srazom granica uzrokuje značajno povećanje vršne i efektivne vrijednosti struje prigušnice naponski upravljanog istosmjernog uzlaznog pretvarača. To povećava gubitke pretvarača, prvenstveno prigušnice i strujno opterećenje pretvaračkih komponenata pa može doći do kvara pretvarača. Zato je takav način rada potrebno izbjeći. To se postiže matematičkim modeliranjem pretvarača kojim će se predvidjeti bifurkaciju srazom granica i štetne posljedice te pojave te omogućiti odabir parametara pretvarača, izvora i trošila da se izbjegne bifurkacija srazom granica koja uzrokuje kvaziperiodično ustaljeno stanje. Matematički model pretvarača definiran je tako da je simuliran utjecaj svakog od parametara modela na pojavu neregularnih ustaljenih stanja. Tako je utvrđeno koji parametri pretvarača imaju presudnu ulogu u pojavi neregularnih ustaljenih stanja. Matematičkim modelom pretvarača postignuto je predviđanje Hopfovih bifurkacija i bifurkacija srazom granica. Te bifurkacije uzrokuju slijedove ustaljenih stanja do sada nezabilježene u literaturi. Ustaljena stanja dobivena simulacijama identificirana su temeljem valnih oblika, bifurkacijskih dijagrama, trajektorija i Poincaréovih slika. Bifurkacijski dijagrami simulirani su tako da se za idući bifurkacijski parametar koriste početni uvjeti postignuti pri prethodnom bifurkacijskom parametru. Tako je postignuto predviđanje histereze prve Hopfove bifurkacije. Pri pojavi bifurkacija na fizičkom modelu pretvarača uočene su histereze ustaljenih stanja u području Hopfove bifurkacije i bifurkacije srazom granica. Bifurkacijom srazom granica nastaje značajno povećanje struje prigušnice pa je histereza bifurkacijske točke prve bifurkacije srazom granica od tehničkog značaja. Uz to, pretvarač iskazuje multistabilnost u cijelom području ulaznih napona za koje se pojavljuju kvaziperiodična ustaljena stanja. Ustaljena stanja dobivena mjerenjem identificirana su iz valnih oblika, trajektorija i harmonijskog sastava. U vremenskom području opisano je kako nastaje bifurkacija srazom granica. Utvrđena je pravilnost u promjeni ustaljenih stanja temeljem odnosa upravljačkih signala i signala nosioca. Na osnovi toga pokazano je izbjegavanje bifurkacije srazom granica kad pretvarač radi u ustaljenom stanju osnovne periode.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Elektrotehnika

Napomena
Sažetak na engleskom jeziku:
The nonstability steady-states of the voltage
controlled boost converter are an unwanted
phenomena. These nonstability steady-states cause
increased ripple values as well as acoustic and
structural noise. In the voltage mode controlled
DC-DC boost converter a significant increase of
effective currents and peak currents is caused by
quasiperiodic steady-state obtained by border
collision bifurcation. Furthermore, the converter
efficiency is decreased, and component stresses
are increased. The quasiperiodic steady-state
obtained by border collision bifurcation can lead
to converter failure. Therefore, it is important
to predict the bifurcation and avoid it, by proper
adjustment of the converter parameters. In order
to do this, it is necessary to build a
mathematical model of the converter that predicts
these nonstability steady-states.
The mathematical model of the converter is built
by changing each of the parameters of the model
separately. In that way it is determined which of
the converter's parameters lead to the emergence
of the nonstability steady-states. The chosen
mathematical model successfully predicts border
collision bifurcation and Hopf bifurcation. These
bifurcations are the cause of a new phenomena and
new steady-states not previously known to power
electronic engineers. The steady-states obtained
by the simulations are identified by waveforms,
trajectories, Poincaré maps and bifurcation
diagrams. The initial values at each input voltage
of bifurcation diagrams are calculated using
previous values of input voltages. In this way the
hysteresis of Hopf bifurcation was successfully
predicted.
The hysteresis of Hopf bifurcation and border
collision bifurcation was identified in the boost
converter. The converter also exhibits
multistability in the whole range of its
quasiperiodic behaviour. The border collision
bifurcation significantly increases the inductor
current. Hence, the border collision bifurcation
and its hysteresis have significant technical
relevance. The steady-states obtained by
measurements were identified by waveforms,
trajectories and harmonic analysis.
In the time domain, it is described how the border
collision bifurcation occurs. The regularity in
the change of steady-states was determined on the
basis of the relationship between control signals
and carrier signals. The avoidance of border
collision bifurcations when the converter is
operating in period-one steady-state was
demonstrated.

POVEZANOST RADA