Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi
Yıl: 2022 Cilt: 37 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 1793 - 1808 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.931294 İndeks Tarihi: 29-07-2022
Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi
Öz: Bu çalışmada, matematiksel analizi gerçekleyen deneysel düzenekle birlikte bir izolesiz Zeta dönüştürücü sunulmaktadır. İlk olarak, tepe akım-mod kontrollü dönüştürücünün küçük işaret analizi gerçekleştirildi. Bunun için sürekli akım modunda PWM-anahtar modeli kullanıldı ve çıkış kondansatörünün eşdeğer seri direncini içeren çıkış gerilimi transfer fonksiyonu elde edildi. Kutuplar ve sıfırlar sembolik formda verildi ve sayısal bir örnek ile doğruluğu ispatlandı. Tepe akım-mod PWM-anahtar modelinin kullanılmasıyla elde edilen transfer fonksiyonunun paydası 5. mertebeden bir polinom olduğu için, kutuplar ve kalite faktörlerine ait çözümlerin takriben bulunması için yaklaşık kök analiz metodu kullanıldı. Önerilen Zeta dönüştürücünün Bode diyagramları için PSIM ortamında benzetim gerçekleştirildi ve benzetim sonuçları sembolik olarak elde edilen transfer fonksiyonun Bode diyagramları ile karşılaştırıldı. Daha sonra deneysel prototip oluşturuldu ve deney düzeneği hazırlandı. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalar neticesinde sonuçların, anahtarlama frekansının yarı seviyesine kadar matematiksel sonuçlar ile uyum içerisinde oldukları gösterildi.
Anahtar Kelime: Small signal analysis, simulation and experimental validation of non-isolated Zeta converter with peak current-mode control
Öz: In this study, we proposed a non-isolated Zeta converter (inverse SEPIC) and an experimental prototype was
built and tested to verify the mathematical analysis results. Firstly, small signal analysis was presented with
peak current-mode control. The PWM-switch model was utili-zed in Continuous Conduction Mode (CCM).
The transfer function of output voltage was obtained including the equivalent series resistance (esr) of the
output capacitor. Poles and zeros are given in symbolic form and proved their validity on a numerical
example. Since the denomina-tor of the obtained yields of peak current-mode PWM switch model is a fifthorder polynomial, approximate root analysis was used to find approximate poles and quality factors. The
bode plots of proposed non-isolated Zeta converter was simulated with PSIM and compared with the Bode
plots of the transfer function derived symbolically. The mathematical analysis was verified on an
experimental prototype built and the results were in good agreement up to half the switching frequency.
Anahtar Kelime: Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
- 1. Jozwik J.J., Kazimierczuk M.K., Dual sepic pwm switching-mode dc/dc power converter, IEEE Trans. Ind. Electron., 36 (1), 64–70, 1989.
- 2. Andrade A.M.S., Dreher J.R., Martins M.L.d.S., High step-up integrated dc-dc converters: Methodology of synthesis and analysis, IEEE 2013 Brazilian Power Electronics Conference, Gramado-Brazil, 50–57, 27-31 Ekim, 2013.
- 3. Falin J., Designing dc/dc converters based on zeta topology, Analog Applications, 2Q, 16–21, 2010.
- 4. Siddharthan N., Balasubramanian B., Performance evaluation of sepic, luo and zeta converter, Int. J. Power Electron. Drive Syst., 10 (1), 374-380, 2019.
- 5. Yarıkkaya S., Çınar S. M., Designing and performance testing of programmable power supply and DC/DC converter based PV emulators, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (3), 1361-1372, 2021.
- 6. Fitriyah F., Efendi M.Z., Murdianto F.D., Modeling and simulation of mppt zeta converter using human psychology optimization algorithm under partial shading condition, IEEE 2020 International Electronics Symposium, Surabaya-Indonesia, 14–20, 29-30 Eylül, 2020.
- 7. Dhote V., Modak G.P., Analysis and study of zeta converter fed by solar photovoltaic array, IEEE 2017 Innovations in Power and Advanced Computing Technologies, Vellore-India, 1–6, 21-22 Nisan, 2017.
- 8. Priyadarshi N., Yadav K., Kumar V., Vardia M., An experimental study on zeta buck–boost converter for application in pv system, Handbook of Distributed Generation, Springer, Switzerland, 393–406, 2017.
- 9. Karafil A., Comparison of the various irregular pulse density modulation (PDM) control pattern lengths for resonant converter with photovoltaic (PV) integration, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (3), 1595-1611, 2021.
- 10. de Britto J.R., Junior A.E.D., de Freitas L.C., Farias V.J., Coelho E.A., Vieira J.B., Zeta dc/dc converter used as led lamp drive, IEEE 2007 European Conference on Power Electronics and Applications, Aalborg-Denmark, 1–7, 2-5 Eylül, 2007.
- 11. Sharma S.S., Sharma S.K., Saxena R., Modeling, design and control of zeta converter for dimmable led lights, 2020 IEEE International Conference on Computing, Power and Communication Technologies (GUCON), Greater Noida-India, 563–567, 2-4 Ekim, 2020.
- 12. Keerthana R., Chintu N.J., Performance analysis of zeta converter in wind power application, Asian J. Appl. Sci. Technol., 1 (3), 199–203, 2017.
- 13. Khatab A.M., Marei M.I., Elhelw H.M., An electric vehicle battery charger based on zeta converter fed from a pv array, 2018 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and Industrial and Commercial Power Systems Europe, Palermo-Italy, 1–5, 12-15 Haziran, 2018.
- 14. Chauhan Y.K., et al., Pv water pumping using integrated quadratic boost zeta converter, IEEE 2018 International Conference on Power Energy, Environment and Intelligent Control, Greater Noida-India, 120–125, 13- 14 Nisan, 2018.
- 15. Khaleghi H., Varjani A.Y., Mohamadian M., A new bidirectional zeta dc/dc converter, The 5th Annual International Power Electronics, Drive Systems and Technologies Conference, Tehran-Iran, 131–136, 5-6 Şubat, 2014.
- 16. Banaei M.R., Bonab H.A.F., A high efficiency nonisolated buck–boost converter based on Zeta converter, IEEE Trans. Ind. Electron., 67 (3), 1991– 1998, 2019.
- 17. Markkassery S., Saradagi A., Mahindrakar A.D., Lakshminarasamma N., Pasumarthy R., Modeling, design and control of non-isolated single-input multi-output zeta– buck–boost converter, IEEE Trans. Ind. Appl., 56 (4), 3904–3918, 2020.
- 18. Han B., Jo S.W., Kim N.G., Lai J.S., Kim M., Bridgeless hybridmode zeta-based inverter: Dynamic modeling and control, IEEE Trans. Power Electron., 36 (6), 7233– 7249, 2020.
- 19. Redl R., Sokal N.O., Current-mode control, five different types, used with the three basic classes of power converters: small-signal ac and large-signal dc characterization, stability requirements, and implementation of practical circuits, 1985 IEEE Power Electronics Specialists Conference, Toulouse-France, 771–785, 24-28 Haziran, 1985.
- 20. Vuthchhay E., Bunlaksananusorn C., Hirata H., Dynamic modeling and control of a zeta converter, IEEE 2008 International Symposium on Communications and Information Technologies, Vientiane-Laos, 498–503, 21-23 Ekim, 2008.
- 21. Garg M.M., Hote Y.V., Pathak M.K., Pi controller design of a dc-dc zeta converter for specific phase margin and cross-over frequency, IEEE 10th Asian Control Conference, Kota Kinabalu-Malaysia, 1–6, 31 Mayıs-3 Haziran, 2015.
- 22. Hagh E.D., Babaei E., Mohammadian L., A new modeling method and controller design for a dc-dc zeta converter, Electrical Engineering Research, 3 (1), 8–17, 2015.
- 23. Elaydi H.A., AlSbakhi M.A., Hybrid FLC/BFO controller for output voltage regulation of zeta converter, Journal of Engineering Research and Technology, 4 (2), 48–60, 2017.
- 24. Bayat F., Karimi M., Taheri A., Robust output regulation of zeta converter with load/input variations: Lmi approach, Control Eng. Pract., 84, 102–111, 2019.
- 25. Goudarzian A., Khosravi A., Abjadi N.R., Input–output current regulation of zeta converter using an optimized dual-loop current controller, Electrical Engineering, 102 (1), 279–291, 2020.
- 26. Vorpérian V., Analysis of current-mode controlled pwm converters using the model of the current-controlled pwm switch, IEEE 1990 Power Conversion and Intelligent Motion Conference, PhiladelphiaPennsylvania, 183–195, 21-26 Ekim, 1990.
- 27. Vorpérian V., Fast analytical techniques for electrical and electronic circuits, Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 2002.
- 28. Voperian V., Simplified analysis of pwm converters using model of pwm switch, part i: Continuous conduction mode, IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., 26 (3), 490–496, 1990.
- 29. Cengelci E., Software makes transfer functions more manageable, Power Electronics Technology Magazine, 34 (6), 14–21, 2008.
- 30. Erickson R.W., Maksimovic D., Fundamentals of power electronics, Kluwer Academic Publishers, Norwell, USA, 2004.
- 31. Ridley R.B., A new small-signal model for currentmode control, Doktora Tezi, Virginia Polytechnic Institute and State University, Virginia, 1990.
- 32. Texas Instruments Inc. PMP9581_REVC 40W synchronous ZETA converter with two inductors reference design. http://www.ti.com/tool/PMP9581_REVC, Yayın tarihi Nisan 8, 2015, Erişim tarihi Nisan 11, 2021.
| APA | Yılmaz A, GARİP M (2022). Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. , 1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| Chicago | Yılmaz Abdurrahman,GARİP Muhammet Garip Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. (2022): 1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| MLA | Yılmaz Abdurrahman,GARİP Muhammet Garip Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. , 2022, ss.1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| AMA | Yılmaz A,GARİP M Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. . 2022; 1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| Vancouver | Yılmaz A,GARİP M Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. . 2022; 1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| IEEE | Yılmaz A,GARİP M "Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi." , ss.1793 - 1808, 2022. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| ISNAD | Yılmaz, Abdurrahman - GARİP, Muhammet Garip. "Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi". (2022), 1793-1808. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.931294 |
| APA | Yılmaz A, GARİP M (2022). Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 37(4), 1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| Chicago | Yılmaz Abdurrahman,GARİP Muhammet Garip Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 37, no.4 (2022): 1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| MLA | Yılmaz Abdurrahman,GARİP Muhammet Garip Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.37, no.4, 2022, ss.1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| AMA | Yılmaz A,GARİP M Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2022; 37(4): 1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| Vancouver | Yılmaz A,GARİP M Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2022; 37(4): 1793 - 1808. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| IEEE | Yılmaz A,GARİP M "Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 37, ss.1793 - 1808, 2022. 10.17341/gazimmfd.931294 |
| ISNAD | Yılmaz, Abdurrahman - GARİP, Muhammet Garip. "Tepe akım modu kontrollü izolesiz zeta dönüştürücünün küçük işaret analizi, benzetimi ve deneysel olarak gerçeklemesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 37/4 (2022), 1793-1808. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.931294 |
