PI kontrollü kaskat DA/DA boost dönüştürücülerinin yük paylaşımı metodu ile verim analizi
Efficiency analysis of PI-controlled DC DC power boost converters by load sharing method
Yazar: DAVOOD GHADERI
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ÇELEBİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında PI kontrolörü bloğu kullanılarak DA/DA kaskat boost dönüştürücüsü tasarımı için yeni bir yöntem sunulmuştur. Birinci etabda kaskat yapısı incelenip sonra yapıyı kontrol etmek amacı ile PI kontrolör tasarlanıp ve sonraki etablarda paralel kaskat dönüştürücüleri PI bloğu ile kontrol edip ve farklı giriş gerilimlerinde ve çıkış yüklerinde denenmıştir. Bu tasarımda, iki veya daha fazla kaskat boost dönüştürücü bloklarını paralel şekilde eşzamanlı aynı voltaj kaynağına bağlayarak çıkışları seri veya paralel halinde kullanılabilir. Bu tasarım, sınırlı miktarda güç ürettikleri yenilenebilir enerji kaynaklarında güç iletiminde etki sağlamaktadır. Bu dönüştürücüde, çıkış voltajı ve akım dalgalanmaları %0.1'in altında olup ve konvensiyonel boost dönüştürücülerle karşılaştırıldığında sağladığı bir avantaj, giriş bloklarında giriş akımının bölünmesi nedeniyle yapının ömrünün uzamasıdır. Bu tasarımda bir PI kontrolör bloğu, darbe genişliğinin değişimi ve MOSFET'lerin tetiklemesi ile hızlı yük veya giriş voltajı değişimine karşı, çıkıştaki voltaj üretimini kontrol edip, bu değeri sabit seviyede tutup ve dalgalanmasını kısıtlamaktadır. Yapılmış olan tüm çalışmalar, MATLAB / SIMULINK ve CADENCE yazılımların aracılığı ile simüle edilp ve simülasyonun sonuçları, teorik tasarımını onaylamaktadır. Bu tasarım, laboratuvar ölçeklerinde iki kademeli kaskat boost dönüştürücüsü blokları ile paralel bir yapı üzerinde gerçekleştirilip, teorik ve simülasyon sonuclarını onaylamaktadır. Çalışmanın devamında droop metodu uygulanmıştır. Çalışma, yük paylaşım problemi için doğrusal olmayan PI kontrol tekniği ile paralel kademeli DA/DA boost yükseltici yapısına yönelik droop katsayılar yenileme yöntemine dayalı droop denetleyicisini modellemektedir. Giriş gücü miktarına ve güç iletimi için kaskat katların kapasitelerine göre, katların sayısı ikiden fazla olabilir. Uygulamamızda, aynı katmanlı kaskat boost dönüştürücüler kullanılmıştır. Çıkış voltajında 0,7VDC'lik droop değeri karşılığında, yük olarak iki aynı değerdeki dirençleri kullandığımız için beklediğimizin doğrultusunda, çıkış akımının iki katına yükselmesi gözükmektedir. Bu teknik, tüm düşük ve yüksek gerilim kazanım uygulamaları için uygundur. Ayrıca bu yapı, çıkış yüklerinde veya giriş voltajlarında ani değişikliğe karşı stabil çalıştığı için, iyi bir boost dönüştürücünün tüm özelliklerini taşımaktadır.

Abstract:
In this study a novel method is presented for DC/DC Cascade boost converters design using PI controller block. In first step, cascade boost converter structures has investigated and in next steps PI controller block has designed and parallel cascaded boost converters has controlled by using PI controller block and tested by different values of input voltages and output loads. This approach reinforces a same voltage source by using two or more cascade boost converter blocks simultaneously and is very effective in power transmission in renewable energy resources where they produce limited amount of power. In this converter, output voltage and current ripples are lower than 0.1%. One advantage of using this circuit compared to conventional boost converters is its long life because of input current division at the input blocks. A PI block controls voltage production confronting rapid load or input voltage changes by duty cycle changing results of the simulation confirmed the theoretical design. This designing and drive MOSFETs and restrict output voltage ripple. This circuit is simulated by MATLAB/SIMULINK and CADENCE for preparing to instruction and has implemented on a parallel structure with two blocks of cascade boost converters at laboratory scales. This work is modeling droop controller based on droop coefficients refreshing method for parallel cascaded DC/DC boost converters structure by nonlinear PI control technique for load sharing problem. It can expand to more than two parallel cascaded layers according to amount of input power or every cascade capability for power transmission. In our implementation, we used two same layers of cascaded boost converters. For a droop value of 0.7VDC for output voltage, results show that the current is doubled as we use two same resistors as load. Simulation results has obtained in Matlab/SIMULINK and confirming theoretical designing. This technique is suitable for all low voltage and high voltage gain applications. Also it has all specifications of a good boost converter as no changing ability for output voltage according to sudden changes in output loads or input voltages.