การวิเคราะห์และประเมินสมรรถนะวงจรคิวบิคบัคคอนเวอร์เตอร์
DOI:
https://doi.org/10.55003/ETH.410103คำสำคัญ:
วงจรแปลงผันดีซีเป็นดีซี, วงจรคิวบิคบัคคอนเวอร์เตอร์, วงจรลดทอนแรงดันสูงบทคัดย่อ
บทความนี้นำเสนอการวิเคราะห์และประเมินสมรรถนะวงจรคิวบิคบัคคอนเวอร์เตอร์ซึ่งเป็นวงจรที่พัฒนามาจากวงจรบัคคอนเวอร์เตอร์ 3 ตัวต่ออนุกรมกัน แต่ใช้สวิตช์มอสเฟตเพียงตัวเดียว วงจรที่นำเสนอนี้ให้อัตราส่วนการลดทอนแรงดันเป็นกำลัง 3 เท่าของวงจรบัคคอนเวอร์เตอร์จึงเหมาะกับการนำไปใช้ในงานที่ต้องการการแปลงแรงดันดีซี-ดีซีในช่วงกว้างหรืองานที่ต้องการอัตราลดทอนแรงดันสูง เช่น การแปลงแรงดันไฟฟ้าดีซีที่ผลิตจากระบบโซล่าร์เซลล์เป็นแรงดันค่าต่ำเพื่อจ่ายโหลดดีซีได้โดยตรง บทความนี้จะแสดงรายละเอียดการวิเคราะห์การทำงานของวงจรคิวบิคบัคคอนเวอร์เตอร์และนำเสนอผลการทดสอบวงจรต้นแบบทำงานที่แรงดันอินพุต 150 V แรงดันเอาต์พุต 5 V กระแสโหลด 1–10 A และความถี่สวิตช์ 100 kHz ผลการทดลองยืนยันว่าวงจรต้นแบบสามารถรักษาแรงดันเอาต์พุตที่ 5 V ได้เป็นอย่างดีตลอดย่านกระแสโหลด และผลการวัดแรงดันและกระแสมีความสอดคล้องกับค่าคำนวณทางทฤษฎีที่ได้จากการวิเคราะห์วงจร
References
D. W. Hart, “DC-DC Converters,” in Power Electronics, New York, NY, USA: McGraw-Hill Companies, 2010, ch. 6, sec. 3, pp. 198–202.
A. I. Pressman, K. Billings and T. Morey, “Basic Topologies,” in Switching Power Supply Design, 3rd ed., New York, NY, USA: McGraw-Hill Companies, 2009, ch. 1, sec. 3, pp. 11–13.
Y. Jiao and F. L. Luo, “N-switched-capacitor buck converter: topologies and analysis,” IET Power Electronics, vol. 4, no. 2, pp. 332–341, 2011, doi: 10.1049/iet-pel.2010.0104.
M. A. Rahman, S. Sakib, G. Sarowar, M. F. H. Khan and M.Z. Reza, “A hybrid DC-DC buck converter for very low voltage gain at high efficiency,” in 2017 IEEE Region 10 Humanitarian Technology Conference (R10-HTC), Dhaka, Bangladesh, Dec. 21–23, 2017, pp. 710–713, doi: 10.1109/R10-HTC.2017.8289056.
O. Pelan, N. Muntean and O. Cornea, “Comparative evaluation of buck and switched-capacitor hybrid buck DC-DC converters,” in International Symposium on Power Electronics Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, Sorrento, Italy, Jun. 20–22, 2012, pp. 1330–1335, doi: 10.1109/SPEEDAM.2012.6264565.
A. Chadha and M. K. Kazimierczuk, “Small-signal modeling of open-loop PWM Tapped-Inductor Buck DC–DC Converter in CCM,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 68, no. 7, pp. 5765–5775, 2020, doi: 10.1109/TIE.2020.2996157.
D. K. Saini, A. Chadha, A. Ayachit, A. Reatti and M. K. Kazimierczuk, “Duty Cycle and Input-to-Output Voltage Transfer Functions of Tapped-Inductor Buck DC-DC Converter,” in 2018 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Florence, Italy, May. 27–30, 2018, pp. 1–5, doi: 10.1109/ISCAS.2018.8351323.
K. Yao, M. Ye and F. C. Lee, “Tapped-inductor buck converter for high step-down DC-DC conversion,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 20, no. 4, pp. 775–780, 2005, 10.1109/TPEL.2005.850920.
A. Chadha, A. Ayachit, D. K. Saini and M. K. Kazimierczuk, “Steady state analysis of PWM tapped-inductor buck DC-DC converter in CCM,” in IEEE Texas Power and Energy Conference (TPEC), College Station, TX, USA, Feb. 8–9, 2018, pp. 1–6, doi: 10.1109/TPEC.2018.8312093.
N. Kondrath and M. Kazimierczuk, “Analysis and Design of Common-Diode Tapped Inductor PWM Buck Converter in CCM,” in Electrical Manufacturing Technical Conference 2009, Nashville, TN, USA, Sep. 29–1, 2009, pp. 72–79.
S. Kascak, M. Jarabicova and M. Prazenica, “Analysis of Dual Interleaved Converter with Coupled Inductor,” International Review of Electrical Engineering (IREE), vol. 12, no. 6, pp. 478–484, 2017, doi: 10.15866/iree.v12i6.12957.
F. A. Himmelstoss and H. L. Votzi, “A family of quadratic DC/DC converters with one low-side switch and a tapped inductor at the output side,” in International Aegean Conference on Electrical Machines and Power Electronics (ACEMP), Istanbul, Turkey, Aug. 27–29, 2019, pp. 304–309, doi: 10.1109/ACEMP-OPTIM44294.2019.9007200
A. Chadha and M.K. Kazimierczuk, “Small-signal modeling of open-loop PWM tapped-inductor buck DC–DC converter in CCM,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 68, no. 7, pp. 5765–5775, 2020, doi: 10.1109/TIE.2020.2996157.
M. G. Ortiz-Lopez, J. Leyva-Ramos, E. E. Carbajal-Gutierrez and J. A. Morales-Saldana, “Modelling and analysis of switch-mode cascade converters with a single active switch,” IET Power Electronics, vol. 1, no. 4, pp. 478–487, 2008, doi: 10.1049/iet-pel:20070379.
M. Veerachary, “Modelling and analysis of cascade step-down converters,” IEE Proceedings-Electric Power Applications, vol. 152, no. 1, pp. 41–50, 2005, doi: 10.1049/ip-epa:20041043.
F. A. Himmelstoss, H. L. Votzi and M. Windisch, “Quadratic DC/DC converter with autotransformer at the output side,” in International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Delft, Netherlands, Jun. 17–19, 2020, pp. 767–772, doi: 10.1109/ISIE45063.2020.9152470.
E. E. Carbajal-Gutierrez, J. A. Morales-Saldana and J. Leyva-Ramos, “Modeling of a single-switch quadratic buck converter,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 41, no. 4, pp. 1450–1456, 2005, doi: 10.1109/TAES.2005.1561895.
A. Ayachit and M. K. Kazimierczuk, “Power losses and efficiency analysis of the quadratic buck converter in CCM,” in 2014 IEEE 57th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), College Station, TX, USA, Aug. 3–6, 2014, pp. 463–466, 10.1109/MWSCAS.2014.6908452.
S. Trakuldit, K. Tattiwong and C. Bunlaksananusorn, “Design and evaluation of a Quadratic Buck Converter,” Energy Reports, vol. 8, pp. 536–543, 2022, doi: 10.1016/j.egyr.2021.11.124.
J. A. Morales-Saldana, J. Leyva-Ramos, E. E. Carbajal-Gutierrez and M. G. Ortiz-Lopez, “Average current-mode control scheme for a quadratic buck converter with a single switch,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 1, pp. 485–490, 2008, doi: 10.1109/TPEL.2007.910907.
K. Karaket and C. Bunlaksananusorn, “Modeling of a quadratic buck converter,” in the 8th Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI), Khon Kaen, Thailand, May. 17–19, 2011, pp. 764–767, doi: 10.1109/ECTICON.2011.5947952.
A. Ayachit and M. K. Kazimierczuk, “Open-loop small-signal transfer functions of the quadratic buck PWM DC-DC converter in CCM,” in IECON 2014-40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Dallas, TX, USA, Oct. 29–1, 2014, pp. 1643–1649, doi: 10.1109/IECON.2014.7048723.
S. Lica, D. F. Iancu, M. Tomoroga, M. Gurbina and D. Lascu, “A New Single Active Switch Quadratic Buck Converter,” International Review of Automatic Control, vol. 8, no. 5, pp. 346–353, 2015, doi: 10.15866/ireaco.v8i5.7203.
D. A. Botila, I. M. Pop-Calimanu and D. Lascu, “Cubic Buck-Boost Converter with High Step-Up Capability,” in International Symposium on Electronics and Telecommunications (ISETC), Timisoara, Romania, Nov. 10–11, 2022, pp. 1–4, doi: 10.1109/ISETC56213.2022.10010074.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2024 คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหาร
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
บทความที่ได้รับการตีพิมพ์เป็นลิขสิทธิ์ของคณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง
ข้อความที่ปรากฏในบทความแต่ละเรื่องในวารสารวิชาการเล่มนี้เป็นความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนแต่ละท่านไม่เกี่ยวข้องกับสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง และคณาจารย์ท่านอื่นๆในสถาบันฯ แต่อย่างใด ความรับผิดชอบองค์ประกอบทั้งหมดของบทความแต่ละเรื่องเป็นของผู้เขียนแต่ละท่าน หากมีความผิดพลาดใดๆ ผู้เขียนแต่ละท่านจะรับผิดชอบบทความของตนเองแต่ผู้เดียว
