Investigation of DC-DC converter modeling from the perspective of control and input-filter influence
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Modeling and control of switched-mode dc-dc converters has occupied a center stage in the field of modern power electronics due to their widespread military and industrial applications. Averaged modeling is most commonly applied as an effective tool to analyze dynamic behavior of a converter and to get physical insights into various dynamical phenomena. Various averaged models have been presented in literature; however, some fundamental questions regarding averaging methodologies still lack satisfactory answers. These unresolved modeling issues are primarily related to their practical validation, inclusion of circuit parasitics and their application to the control-loop design. One of the primary concerns of this thesis is to study and evaluate the performance of averaged modeling of dc-dc converters from control perspective. As far as control is concerned, stability is of prime importance in any voltage regulation system. However, closed-loop stability is not guaranteed if a low-pass filter is present at converter-input. In this thesis small-signal control-to-output transfer functions are used to systematically formulate some design rules to avoid instability using passive damping circuits. To properly investigate the adverse impact of passive damping on conversion efficiency, these damping losses are also quantified in this thesis. Finally, one of the main themes of this dissertation is the development of a control solution for the stability of dc-dc converter in presence of input filter, hence avoiding the use of dissipative damping and thus avoiding undesirable losses.
Abstract FR:
La modélisation et la commande des convertisseurs de type continu/continu occupent une place de plus en plus importante dans le domaine de l'électronique de puissance. La « modélisation moyenne » est un outil efficace permettant d’analyser le comportement dynamique global d'un convertisseur. Il subsiste cependant quelques questions fondamentales en ce qui concerne les méthodologies moyennes qui n’apportent pas toujours une réponse satisfaisante. Ces problèmes non résolus de modélisation touchent essentiellement à la validation pratique, à l'intégration des parasites du circuit électrique réel et à l’application à la conception de la boucle de commande. L'une des principales préoccupations de cette thèse est d'étudier et d'évaluer les performances de la modélisation moyenne des convertisseurs continu/continu en vue de leur commande. En ce qui concerne la commande, la stabilité est d’une importance capitale dans tout système de régulation de tension. Toutefois, assurer la stabilité en boucle fermée n'est pas évident en présence d’un filtre en entrée du convertisseur. Dans cette thèse, des fonctions de transfert en régime de petits signaux sont utilisés pour formuler systématiquement des règles de dimensionnement d’un amortisseur passif pour éviter l'instabilité. Afin d’en étudier les retombées sur le rendement du convertisseur, les pertes dues à l'amortissement sont aussi quantifiées d’une manière plus systématique dans cette thèse. Enfin, l'un des principaux thèmes de cette thèse touche au développement d'une commande assurant la stabilité du convertisseur continu/continu avec son filtre d'entrée sans utiliser d’amortisseur dissipatif et sans pertes supplémentaires.