A sliding mode approach to control power sinks and power sources in dc-dc switching converters

Abstract

El modelatge de convertidors commutats dc-dc com a elements de potència utilitzats en sistemes fotovoltaics, microxarxes i vehicles elèctrics. Aquests models poden aparèixer en la forma de circuits d'un únic port, i.e., com a càrrega o font de potència, o com a circuits de dos llocs. Això no és només un plantejament formal, sinó que és una eina de disseny que en certs casos aconsegueix garantir solucions robustes que altres alternatives.Les càrregues de potència comptant (CPL) apareixen de forma natural a la connexió de convertidors en cascada o al tren de potència de vehicle elèctrics quan aquests operen simultàniament amb torque i velocitat constants, on el motor demanda potència mecànica constant. Aquest tipus de comportament són particularment complexos de controlar, a causa de la seva inestabilitat inherent en llaç obert. Un ventall de propostes per bregar amb les CPL s'ha trobat a la literatura amb propostes de controladors lineals i mètodes de control no lineal. Tots aquests mètodes tenen en comú una certa complexitat en el (i) desenvolupament matemàtic del control, (ii) en implementació real d'aquests controladors, (iii) en la necessitat de mesurar diverses variables del sistema, o en una combinació d'aquestes.D'altra banda, la demanda de potència constant cap a la càrrega apareix com una necessitat en certes aplicacions com ara la càrrega de vehicles elèctrics (EV). Un protocol de càrrega de potència constant-voltatge constant a la càrrega ultraràpida d'EV ha reportat avantatges relatius amb el protocol de corrent constant-voltatge constant tradicional.

El modelado de convertidores conmutados dc-dc como elementos de potencia utilizados en sistemas fotovoltaicos, El modelado de convertidores conmutados dc-dc como elementos de potencia utilizados en sistemas fotovoltaicos, microrredes y vehículos eléctricos. Estos modelos pueden aparecen en la forma de circuitos de un único puerto, i.e., como carga o fuente de potencia, o como circuitos de dos puestos. Esto no solo es un planteamiento formal, sino que es una herramienta de diseño que en ciertos casos logra garantizar soluciones robustas que otras alternativas. Las cargas de potencia contante (CPL) aparecen de forma natural en la conexión de convertidores en cascada o en el tren de potencia de vehículo eléctricos cuando estos operan simultáneamente con torque y velocidad constantes, donde el motor demanda potencia mecánica constante. Este tipo de comportamientos son particularmente complejos de controlar, debido a su inestabilidad inherente en lazo abierto. Un abanico de propuestas para lidiar con las CPL se ha encontrado en la literatura con propuestas de controladores lineales y métodos de control no lineal. Todos estos métodos tienen en común cierta complejidad en el (i) desarrollo matemático del control, (ii) en implementación real de estos controladores, (iii) en la necesidad de medir varias variables del sistema, o en una combinación de estas. Por otro lado, la demanda de potencia constante hacia la carga aparece como una necesidad en ciertas aplicaciones como la carga de vehículos eléctricos (EV).

The modeling of switched dc-dc converters as power elements used in photovoltaic systems, microgrids and electric vehicles. These models can appear in the form of single-port circuits, i.e., as a load or power source, or as two-port circuits. This is not only a formal approach, but is a design tool that in certain cases manages to ensure robust solutions than other alternatives.Constant power loads (CPL) appear naturally in the connection of cascaded converters or in the power train of electric vehicles when they operate simultaneously with constant torque and speed, where the motor demands constant mechanical power. These types of behaviors are particularly complex to control, due to their inherent open-loop instability. A range of proposals to deal with CPL has been found in the literature with proposals for linear controllers and nonlinear control methods. All these methods have in common some complexity in the (i) mathematical development of the control, (ii) in actual implementation of these controllers, (iii) in the need to measure several system variables, or in a combination of these. On the other hand, constant power demand to the load appears as a necessity in certain applications such as electric vehicle (EV) charging. A constant power-constant voltage charging protocol in ultrafast EV charging has reported relative advantages with the traditional constant current-constant voltage protocol. This opens the question of finding a way to deliver power to different types of load, generalizing the charging concept.