Switched-Capacitor Differential Boost Inverter: Design, Modeling, and Control

Silva, Gilberto Valentim; Andrade, Jéssika Melo de; Coelho, Roberto F.; Lazzarin, Telles Brunelli

doi:10.1109/tie.2019.2931258

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“…It aims to eliminate the weakest members from a gene pool, resulting in a more robust future generation. This strategy has been previously applied on a novel boost DC-DC converter [18] and a buck-boost feedback controller design [10]. It is also used in reducing harmonic contents in a multilevel converter [17].…”

Section: B Ga-based Tuning Of Pi Controllermentioning

confidence: 99%

“…(ii) A forth order mathematical modeling employed in [14], though accounts for non-ideal cases; stability analysis is not carried out. (iii) The topologies in [1], [5]- [7], [10], [12], [13] have employed intricate control strategies involving more control parameters leading to a bulky structure. (iv) An intuitive way of determining controller parameters by comparing multiple optimization algorithms has never been suggested in the literature.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Implementation of Optimization-Based PI Controller Tuning for Non-Ideal Differential Boost Inverter

et al. 2021

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The demand for renewable energy to sustain today's vulnerability towards depleting fossil fuels is a crucial agenda for research. Various inverter topologies have been proposed to convert renewable sources into a usable form. But output THD, additional filtering components at line frequency (leading to bulky circuitry), lower efficiency, etc., are some of the limitations faced in all those topologies. This paper aims to change a voltage source inverter's traditional behavior, which generates lesser output voltage with higher THD. The paper proposes a closed-loop non-ideal differential boost inverter (DBI) employing a PI controller. The optimization techniques such as, genetic algorithm (GA) and bacterial foraging optimization algorithm (BFOA) are incorporated to accentuate the PI controller's performance to produce a better response during line and load disturbance conditions with reduced THD. DBI performance is evaluated on a laboratory prototype with different loading conditions. A comparison between the algorithms and the previous topologies from the literature survey has also been provided to validate this research's claims. This paper's required simulation study is carried out using MATLAB, and real-time validation is carried out using dSPACE 1104 with sampling time of one µs.

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Section: B Ga-based Tuning Of Pi Controllermentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Implementation of Optimization-Based PI Controller Tuning for Non-Ideal Differential Boost Inverter

et al. 2021

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“…Entretanto, a não linearidade no ganho estático do inversor diferencial Buck-Boost gera uma distorção harmônica indesejada na saída. Desse modo, foi proposto por Silva et al (2020) uma técnica de linearização para redução da THD da tensão de saída em um inversor diferencial Boost. Assim, como esta topologia e o inversor diferencial Buck-Boost são da mesma família de conversores (Cáceres, 1997),é proposto neste artigo a aplicação de tal técnica de linearização para reduzir a THD da tensão de saída em um inversor diferencial Buck-Boost.…”

Section: Inversor Buck-boost Diferencial E Linearizaçãounclassified

“…Dentre os inversores que utilizam tal técnica está o tipo Buck, o qual a versão clássica possui redução de componentes, bem conhecido na literatura. Além disso, como descreve Cáceres (1997), Correa et al (2018), Silva et al (2020) e Piazza and Barbi (2014), a técnica pode ser usada para gerar inversores elevadores do tipo Buck-Boost, Boost, Zeta-sepic. No caso do inversor diferencial Buck-Boost, ele tem capacidade de operar tanto como Buck quanto como Boost, de acordo com a amplitude da componente senoidal da razão cíclica imposta.…”

Section: Introductionunclassified

“…Tal característica foi observada eé mostrada na literatura como uma possível desvantagem no uso de topologias diferenciais (Andrade et al, 2019). Assim, Silva et al (2020) propôs uma técnica de linearização do ganho estático de um inversor diferencial do tipo Boost a capacitor chaveado. Essaé uma técnica a qual na própria implementação da modulaçãoé imposta uma distorção que gera um ganho estático final equivalente a uma função linear.…”

Section: Introductionunclassified

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Aplicação de uma Técnica de Linearização de Ganho Estático no Inversor Diferencial Buck-Boost para a Redução da Distorção Harmônica

Santos

Balbino

Lazzarin

2020

Anais Do Congresso Brasileiro De Automática 2020

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Este artigo apresenta a aplicação de uma técnica de linearização de ganho estático em um inversor diferencial Buck-Boost para redução da distorção harmônica na tensão de saída. Primeiramente realiza-se uma revisão bibliográfica do tema para ser obtido o embasamento teórico sobre inversores diferenciais e da técnica de linearização de ganho estático. As etapas de operação da topologia são analisadas, bem como o princípio de funcionamento da modulação para, então, ser realizada a análise estática e serem apresentadas as principais formas de onda teóricas. Em seguida, são apresentados os resultados obtidos por simulação dada uma especificação técnica de potência nominal de 250W, tensão de entrada de 100V, tensão eficaz de saída de 110V e frequência de comutação de 50kHz. Como resultados finais, dentre o inversor diferencial Buck-Boost sem técnica de linearização e o mesmo inversor aplicando técnica de linearização, houve uma redução da distorção harmônica da tensão de saída de 5,96% para 0,56%.

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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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Switched-Capacitor Differential Boost Inverter: Design, Modeling, and Control

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Implementation of Optimization-Based PI Controller Tuning for Non-Ideal Differential Boost Inverter

Implementation of Optimization-Based PI Controller Tuning for Non-Ideal Differential Boost Inverter

Aplicação de uma Técnica de Linearização de Ganho Estático no Inversor Diferencial Buck-Boost para a Redução da Distorção Harmônica

The switched capacitor differential boost inverter applied to grid connection

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