State space modeling of a hybrid Switched-Capacitor boost converter

Silva, Gilberto Valentim; Coelho, Roberto F.; Lazzarin, Telles Brunelli

doi:10.1109/cobep.2015.7420239

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“…A análise dos modelos dinâmicos é realizada com base no modelo equivalente da célula de capacitor chaveado, proposto por [23] …”

Section: Análise Dinâmicaunclassified

Retificador Boost Bridgeless Unidirecional Monofásico Com Célula De Capacitor Chaveado

Lazzarin¹,

Dias²

2017

Eletrônica de Potência

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Este trabalho apresenta a topologia de retificador boost bridgeless híbrido unidirecional monofásico com célula de capacitor chaveado tipo ladder na saída. A estrutura multiplica a tensão de saída e divide os valores de tensão sobre os semicondutores por meio de células de capacitor chaveado. As características da topologia boost convencional integrada à célula de capacitor chaveado proporcionam boa regulação de tensão de saída e de corrente de entrada, desta forma proporciona alto ganho associado com alto fator de potência. Também é apresentada uma estratégia para a modelagem dinâmica de conversores híbridos com capacitor chaveado baseada em um circuito equivalente de ordem reduzida. Um protótipo de 1 kW com tensões de 800 V de saída e 220 V de entrada foi desenvolvido para a validação experimental da estrutura. O conversor apresentou um valor máximo de tensão de 400 V nos semicondutores, pico de rendimento de 97,1 % e fator de potência unitário.

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“…A análise dos modelos dinâmicos é realizada com base no modelo equivalente da célula de capacitor chaveado, proposto por [23] …”

Section: Análise Dinâmicaunclassified

Retificador Boost Bridgeless Unidirecional Monofásico Com Célula De Capacitor Chaveado

Lazzarin¹,

Dias²

2017

Eletrônica de Potência

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“…Equivalente/Híbrido com k=2 Torna-se importante destacar que, em trabalho anterior, [13] modelou o conversor boost híbrido considerando a inclusão de parâmetros parasitas, não havendo, contudo, validado os resultados encontrados experimentalmente.…”

Section: Tabela VII Componentes Adotados No Protótipounclassified

“…Vale destacar que os controladores empregados neste trabalho são mais lentos que aqueles propostos por [13]. Tal fato está relacionado à implementação prática com controladores digitais, que requer maior atenuação das componentes de tensão e corrente provenientes da comutação e que a frequência de cruzamento das malhas de controle esteja alocada dentro da banda passante do filtro de antialiasing, cuja frequência de corte deve ser inferior à metade da frequência de amostragem.…”

Section: B Equivalência Em Malha Fechadaunclassified

“…Evidentemente, devido ao elevado número de elementos armazenadores de energia introduzidos pela célula a capacitor chaveado, as equações dinâmicas que representam os conversores híbridos [13] são de ordem elevada e exigem grande esforço para serem obtidas, sobretudo quando várias destas células são utilizadas como meio de se obter ganhos elevados [10], [14]. É notório destacar que, assim como o conversor boost convencional, o conversor híbrido apresenta limitação de ganho sob elevada razão cíclica [15].…”

Section: Introductionunclassified

“…Conforme destacado em [13], a obtenção dos modelos dinâmicos da família de conversores híbridos pode requerer elevado esforço, sobretudo para k>2, haja vista os modelos dinâmicos assumirem ordem elevada. Sendo assim, inicia-se a busca por um modelo equivalente de segunda ordem, generalizado em função de k, que represente a dinâmica dominante do conversor boost híbrido.…”

Section: Introductionunclassified

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Modelagem Do Conversor Boost Com Células A Capacitor Chaveado Por Meio De Um Conversor Equivalente De Ordem Reduzida

Coelho¹,

Silva²,

Lazzarin³

2017

Eletrônica de Potência

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Resumo -Uma das formas de alcançar elevado ganho estático por meio do conversor boost clássico consiste na adição de células a capacitor chaveado a sua estrutura, originando os denominados conversores boost híbridos. Devido ao elevado número de elementos armazenadores de energia contidos nestes conversores, as funções de transferência que os representam são de ordem elevada e exigem grande esforço para serem obtidas. Neste artigo propõe-se uma metodologia que permite simplificar conversores boost híbridos genéricos (de ordem n) a um conversor dinamicamente equivalente, mas de segunda ordem. São apresentadas as equações que permitem determinar os parâmetros de equivalência, as funções de transferência orientadas ao controle e resultados experimentais, extraídos de um protótipo de 150 W, que validam a equivalência entre as respostas dinâmica do conversor boost híbrido e de seu modelo simplificado.Abstract -One way to achieve high static gain through a classical boost converter comes from the addition of switched-capacitor cells on its structure to compose the so-called hybrid boost converter. Due to the high number of energy storage elements present in this converter, its transfer functions are of high order and require great effort to be obtained. This paper proposes a methodology to simplify a generic hybrid boost converter (of n order) to a second order dynamically equivalent converter. The paper brings the equations to determine the equivalent parameters, the control oriented transfer functions and experimental results, extracted from a 150 W prototype, which validate the equivalence between the dynamic responses of the hybrid boost and its simplified model. 1

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The switched capacitor differential boost inverter applied to grid connection

Andrade

Silva

Coelho

et al. 2021

Int Trans Electr Energ Syst

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Summary The switched capacitor differential boost inverter (SCDBI) is a single‐stage single‐phase step‐up bidirectional inverter, in which the voltage gain lifts as the number of switched‐capacitor cells increases. When this inverter is applied to grid‐connection as herein proposed, its capacitive output‐voltage feature enables a grid current with low ripple, even when a simple L filter is employed. In addition, the SCDBI is free of high frequency common mode voltage, which mitigate the common mode current circulation between the input and output sources. These attributes favor the employment of this inverter in grid‐connected systems. Although these are positive aspects, the SCBDI also presents some challenges related to its nonlinear voltage gain and high‐order dynamic models. In this paper, a reduced order dynamic model is derived to simplify the SCDBI modeling and a static gain linearization technique is proposed in order to simplify the control strategy, therefore enabling the use of classical control methods. Experimental results achieved from a 250 W prototype, dc input voltage of 60 V, and electrical grid of 220 V rms, corroborated the inverter operation, in which a peak efficiency of 90% and a grid‐current total harmonic distortion less than 5% were reached.

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State space modeling of a hybrid Switched-Capacitor boost converter

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Retificador Boost Bridgeless Unidirecional Monofásico Com Célula De Capacitor Chaveado

Retificador Boost Bridgeless Unidirecional Monofásico Com Célula De Capacitor Chaveado

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The switched capacitor differential boost inverter applied to grid connection

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