Dynamic modelling and control schemes for current-source resonant converters

Abstract

This thesis focuses on the control methods applied to current source resonant converters, especially in two different applications of switching power supplies and wire-less power transfer systems. In fact, the existing applications are mostly working with voltage source resonant converters. For voltage-source resonant converters, many control strategies have been analyzed and investigated, turning this into a mature technology nowadays. The current-source resonant converter is an alternative solution as they offer well-known advantages such as non-pulsating input current, low stress for switches, simple driving circuitry, and short circuit protection capabilities. However, there is an obvious lack of control methods applicable to current-source resonant converters. In addition, obtaining an appropriate dynamic model to be used in control design is the other challenging issue in this field. Hence, the objectives of this thesis are used to fill these gaps. The proposed control schemes are: - Frequency modulation control scheme applied to a DC/DC current-source parallel resonant converter. - Sliding mode control scheme with amplitude modulation applied to a DC/DC current-source parallel resonant converter. - A control scheme for a multiple-output DC/DC current-source parallel resonant converter. - A communication-less control scheme for a variable air-gap wireless energy transfer system using a current-source resonant converter.

Esta tesis doctoral está centrada en los métodos de control aplicados a los convertidores resonantes con fuente de corriente, especialmente en dos aplicaciones distintas como son fuentes de alimentación conmutadas y sistemas de transferencia de energía sin hilos. De hecho, las aplicaciones existentes trabajan principalmente con convertidores alimentados mediante fuentes de tensión. Para los convertidores resonantes con fuente de tensión, se han analizado muchas estrategias de control en la literatura, lo que hace hoy en día que esta sea una tecnología madura. El convertidor resonante con fuente de corriente es una solución alternativa, que ofrece ventajas conocidas como corriente de entrada no pulsante, baja tensión para interruptores, circuitos de conducción sencillos y capacidades de protección contra cortocircuitos. Sin embargo, existe una falta evidente de métodos de control aplicables a los convertidores resonantes con fuente de corriente. Además, otro desafío en este tema es la obtención de modelos dinámicos apropiados para el diseño del control. Por lo tanto, los objetivos de esta tesis se utilizan para llenar estos vacíos. Los esquemas de control propuestos son: - Esquema de control en frecuencia aplicado a un convertidor resonante paralelo con fuente de corriente para reguladores de tensión en continua - Esquema de control en modo de deslizamiento con modulación de amplitud aplicado a un convertidor resonante paralelo con fuente de corriente para reguladores de tensión en continua. - Esquema de control para un convertidor resonante paralelo con fuente de corriente para la regulación de tensión en continua de varias salidas. - Esquema de control sin comunicaciones para un sistema de transferencia de energía sin hilos con un transformador con entrehierro variable basado en un convertidor resonante con fuente de corriente.