QUASI-STATIC MODEL OF RESONANT POWER CONVERTER

resonant converter
quasi-static model
stationary function
transient function резонансний перетворювач
квазістатична модель
стаціонарна функція
перехідна функція

Як цитувати

[1]

Павлов, Г. et al. 2025. КВАЗІСТАТИЧНА МОДЕЛЬ РЕЗОНАНСНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ. ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА. 5 (Вер 2025), 009. DOI:https://doi.org/10.15407/techned2025.05.009.

Анотація

Розроблено квазістатичну модель резонансного перетворювача електроенергії з двохтактним інвертором, LLC-контуром і діодним випрямлячем, яка представляє собою лінійну математичну модель, отриману на основі аналізу квазісталих процесів схеми заміщення для постійних значень вхідних і вихідних величин. Квазістатична модель визначена на основі динамічної моделі резонансного перетворювача для нескінченного часу , що дало змогу одержати аналітичні вирази статичних характеристик на основі перехідних функцій. В результаті розрахунків за квазістатичною моделлю маємо сімейства статичних характеристик резонансного перетворювача, який заміщується структурою з еквівалентними генераторами напруги і пасивною частиною схеми. Пасивна частина містить резонансний контур, трансформатор напруги і деякі паразитні параметри трансформатора та інших елементів схеми. Еквівалентні генератори напруги заміщують інвертор напруги з джерелом живлення і випрямляч з навантаженням. Таким чином, комутована силова схема резонансного перетворювача заміщується некомутованою схемою з генераторами напруги і пасивним багатополюсником. Вхідними величинами схеми заміщення є напруги еквівалентних генераторів, а їхні струми – вихідними величинами. Квазісталі процеси представлено як сукупність стаціонарних функцій, що складаються зі стаціонарних перехідних функції. Стаціонарні функції є сумою окремих перехідних функцій, які повторюються із періоду в період робочої частоти. Задля визначення перехідних функцій за теоремою про кінцеве значення z-зображення використано передатні функції, отримані із дискретної динамічної моделі резонансного перетворювача. Алгоритм комутації силових вентилів враховується під час складання формули стаціонарного струму вихідного еквівалентного генератору, на проміжках ненульової напруги якого за допомогою інтегрування стаціонарного струму визначається середній струм навантаження. Порівняння розрахованих статичних характеристик з експериментальними підтвердило правильність теоретичних результатів. Бібл. 24, рис. 6, табл. 1.

https://doi.org/10.15407/techned2025.05.009

ARTICLE_2_PDF (English)

Посилання

Dymerets A.V., Yershov R.D., Gorodny A.N., Revko A.S., Denisov Y.O. Control characteristics of zero-current-switching quasi-resonant buck converter under variation of resonant circuit and load parameters. IEEE EUROCON 19th International Conference on Smart Technologies, Lviv, Ukraine, 06-08 July 2021. Pp. 443-448. DOI: https://doi.org/10.1109/EUROCON52738.2021.9535597.

Pavlov G.V., Obrubov A.V., Vinnichenko I.L., Makhnov A.O. Calculation of the regulatory characteristics of resonant converters by the superposition method. Tekhnichna Elektrodynamika. 2024. No 4. Pp. 24-33. (Ukr) DOI: https://doi.org/10.15407/techned2024.04.024.

Dymerets A.V., Yershov R.D., Gorodny A.N., Revko A.S., Savchenko D., Lytvyn S.V. Static characteristics of zero-current-switching quasi-resonant buck converter under variation of resonant circuit and load parameters. IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine, 10-14 October 2022. Pp. 721-727. DOI: https://doi.org/10.1109/ELNANO54667.2022.9927073.

Pavlov G., Obrubov A., Vinnychenko I. Design procedure of static characteristics of the resonant converters. IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 26-28 August 2021. Pp. 401-406. DOI: https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.9575698.

Ninomiya T., Higashi T., Harada K., Tsuya N., Gohnai T., Honda Y. Analysis of the static and dynamic characteristics of push-pull parallel resonant converters. 17th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference. Vancouver, Canada, 23-27 June 1986. Pp. 367-374. DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.1986.7415583.

Firmansyah E., Tomioka S., Abe S., Shoyama M., Ninomiya T. Steady state characteristics of active-clamped full-wave zero-current-switched quasi-resonant boost converters. IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference. Wuhan, China, 17-20 May 2009. Pp. 556-560. DOI: https://doi.org/10.1109/IPEMC.2009.5157449.

Pavlov G., Vinnichenko I., Pokrovskiy M. Research of the interrelationship between the frequency converter on the basis of the resonant inverter with nonlinear control power unit parameters and its load. IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Kyiv, Ukraine, 29 May – 02 June 2017. Pp. 554-559. DOI: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2017.8100300.

Pavlov G.V., Vinnichenko I.L., Obrubov A.V. Frequency converter with the reduced thd of the output voltagel. Tekhnichna Elektrodynamika. 2016. No 5. Pp. 14-16. (Ukr) DOI: https://doi.org/10.15407/techned2016.05.014.

Pavlov G., Vinnichenko I., Pokrovskiy M. Estimation of energy efficiency of the frequency converter based on the resonant inverter with pulse-density control. IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), Kharkiv, Ukraine, 10-14 September 2018. Pp. 101-105. DOI: https://doi.org/10.1109/IEPS.2018.8559499.

Martin-Ramos J.A., Diaz J., Pernia A.M., Lopera J.M., Nuno F. Dynamic and steady-state models for the PRC-LCC resonant topology with a capacitor as output filter. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2007. Vol. 54. No 4. Pp. 2262-2275. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.894763.

Chandwani A., Mallik A., Akturk A. Steady-state model-derived multivariable loss optimization for triple active C³L³ resonant converter. IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2024. Vol. 10. No 1. Pp. 1729-1746. DOI: https://doi.org/10.1109/TTE.2023.3266744.

Introduction to Resonant Converters. URL: https://www.monolithicpower.com/en/learning/mpscholar/isolation-solutions/llc-converters/introduction-to-resonant-converters?srsltid=AfmBOoolNYDb_cuNO9IEJaRocOJVkdvY3WJVYckiNdefDCQdB10Uh07T (accessed at 25.12.2024)

Adragna C. LLC resonant converters: an overview of modeling, control and design methods and challenges. Foundations and Trends® in Electric Energy Systems. 2022. Vol. 5. No 2–4. Pp. 75-491. DOI: https://doi.org/10.1561/3100000029.

Lazar J.F., Martinelli R. Steady-state analysis of the LLC series resonant converter. Sixteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. Anaheim, CA, USA, 04-08 March 2001. Vol. 2. Pp. 728-735. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2001.912451.

Yang R., Ding H., Xu Y., Yao L., Xiang Y. An analytical steady-state model of LCC type series–parallel resonant converter with capacitive output filter. IEEE Transactions on Power Electronics. 2014. Vol. 29. No 1. Pp. 328-338 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2248753.

Abdel-Rahman S. Resonant LLC Converter: Operation and Design. Infineon Technologies North America (IFNA) Corp. 2012. Pp. 1-19. URL:

https://www.infineon.com/dgdl/Application_Note_Resonant+LLC+Converter+Operation+and+Design_Infineon.pdf?fileId=db3a30433a047ba0013a4a60e3be64a1. (accessed at 25.12.2024)

Kundu U., Sensarma P. A unified approach for automatic resonant frequency tracking in LLC DC–DC Converter. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2017. Vol. 64. No 12. Pp. 9311-9321. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2711520.

He R., Wang H., Xue B. Automatic resonant frequency tracking scheme for LLC resonant converter based on adaptive extended state observer. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Houston, TX, USA. 20-24 March 2022. Pp. 22-26. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC43599.2022.9773470.

Pavlov G., Obrubov A., Vinnichenko I. Optimizing the operation of charging self-generating resonant inverters. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 1. No 5(115). Pp. 23-34. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252148.

Pavlov G., Obrubov A., Vinnichenko I. Determining the dynamic model of the charging resonant converter with inductive coupling by an experimental-analytical method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 4. No 8(118). Pp. 17-28. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263526.

Wang Z.C., Wang D.Y., Zhan Z.J., Wang B.C., Jia L.J. Analysis and design of an LCC resonant current-source power supply for PFU charging applications. IEEE Pulsed Power Conference (PPC). Austin, TX, USA, 31 May – 04 June 2015. Pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/PPC.2015.7296942.

Chen X., Batarseh I. A fixed switching frequency dual-input LLC converter with PWM controlled semi-active rectifiers for PV applications. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). Phoenix, AZ, USA. 14-17 June 2021. Pp. 320-326. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC42165.2021.9487039.

Koscelnik J., Sedo J., Dobrucky B. Modeling of resonant converter with nonlinear inductance. International Conference on Applied Electronics. Pilsen, Czech Republic. 09-10 September 2014. Pp. 153-156. DOI: https://doi.org/10.1109/AE.2014.7011689.

Voitenko V.P. Algorithm stages of quasi-optimal regulation in system with a pulse converter. Tekhnichna Elektrodynamika. 2012. No 3. Pp. 125-126. URL: https://previous.techned.org.ua/2012_3/st60.pdf. (Rus.)