I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv e  Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   201 6 ,   p p .   1 0 0 4 ~ 1 0 1 1   I SS N:  2088 - 8 694 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v7 . i 3 . p p 1 0 0 4 - 1 0 1 1           1004       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Desig n and  I m ple m en tatio n of  Sing le P ha se  AC - DC  Buck - Bo o st  Co nv erte r  for Po w er F a ctor Corre ction a nd  H a r m o nic  Eli m ina tion       D.   J a y a ha r 1 ,  R.   Ra nih e m a ma lin i 2 ,  K.   Ra t hn a k a nn a n 3   1  De p a rt m e n t  o f   El e c tri c a l  a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   JNT   Un iv e rsit y ,   Ka k in a d a ,   In d ia   2   De p a rt m e n t  o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   S t. P e ter’s   c o l leg e   o g   En g in e e re in g   a n d   T e c h n o lo g y ,   Ch e n n a i ,   In d ia   3   De p a rtem e n t  o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   A n n a   Un iv e rsit y ,   Ch e n n a i ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   A p r   1 4 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Ma y   1 5 ,   2 0 1 6       T h is  p a p e r  d isc u ss e s  th e   P o w e r   F a c to r  C o rre c ti o n   ( P F C)   f o r  si n g le  p h a se     AC - DC  Bu c k - Bo o st  Co n v e rter  ( BBC)  o p e ra ted   in   Co n ti n u o u s  C o n d u c ti o n   M o d e   (CCM )  u sin g   i n d u c to r   a v e ra g e   c u rre n t  m o d e   c o n tro l.   T h e   p ro p o se d   c o n tro l  tec h n iq u e   e m p lo y s  P ro p o rti o n a l - I n teg ra l  ( P I)  c o n tr o ll e r  i n   th e   o u ter   v o lt a g e   lo o p   a n d   t h e   In d u c to r  A v e ra g e   Cu rre n t  M o d e   Co n tro l  (I A CM C)  in   th e   in n e r  c u rre n t  l o o p   f o r  P F C  BBC.  T h e   IA CM C  h a s  a d v a n tag e s  su c h   a s  ro b u stn e ss   w h e n   th e re   a re   larg e   v a riatio n s  in   li n e   v o lt a g e   a n d   o u tp u t   lo a d .   T h e   P I  c o n tro l ler  is  d e v e lo p e d   b y   u sin g   sta te   sp a c e   a v e ra g e   m o d e l  o f   BBC.  T h e   si m u la ti o n   o f   th e   p ro p o se d   sy ste m   w it h   it s co n tro l  c ircu it   is  im p le m e n ted   in   M a tL a b /S im u li n k .   T h e   sim u latio n   re su lt s  sh o w   a   n e a rly   u n it y   p o w e r  f a c to r  c a n   b e   a tt a in e d   a n d   t h e re   is  a lm o st  n o   c h a n g e   in   p o w e r  fa c to r  w h e n   th e   li n e   f re q u e n c y   is   a t  v a rio u s  ra n g e s.   Ex p e rime n tal  re su lt s  a re   p ro v id e d   to   sh o w   it s   v a li d it y   a n d   f e a sib il it y .   K ey w o r d :   AC - DC   co n v er ter   B u ck - B o o s t c o n v er ter   I n d u cto r   av er a g e  c u r r en t  m o d e  C o n tr o l   P I   co n tr o ller   P o w er   f ac to r   co r r ec tio n   Co p y rig h t  ©   201 6   In s t it u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   D.   J ay a h ar ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,   J NT   Un iv er s i t y ,   Ka k i n ad a,   I n d ia .   E m ail: j a y ah ar 2 0 0 3 @ y a h o o . co . in       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  s ev er al  cu r r en t  co n tr o l  tech n iq u es  h a v e  b ee n   r esear ch ed   in   th e  liter at u r e  f o r   b o o s t  an d   cu k   s in g le   p h ase   P FC   r ec tif ier s   [ 1 - 5 ] .   Am o n g   t h ese,   I n d u cto r   Av er ag e   C u r r en t   Mo d e  C o n tr o l  ( I AC MC)   is   m o s t   w id el y   u s ed   i n   P FC   cir cu its   [ 3 ] .   T h e  i m p o r tan t  f ea tu r e  o f   AC M C ,   as  co m p ar ed   w it h   p ea k   cu r r en t  m o d e  co n tr o l,  is   t h at  AC MC   u s es  a   h ig h   g ai n ,   w id e  b an d w id t h   C u r r en t  E r r o r   Am p l if ier   ( C E A )   t o   f o r ce   th e  a v er ag e   o f   o n e  cu r r en t  w it h i n   th e  co n v er ter ,   t y p icall y   t h e  in d u cto r   cu r r en t,  to   f o llo w   t h e  d e m a n d ed   cu r r en t  r ef er en ce   w it h   v er y   s m a ll  er r o r ,   as  a  co n tr o lled   cu r r en t  s o u r ce .   A d v a n tag e s   o f   AC M C   i n clu d e  lar g e  n o is e  m ar g i n ,   n o   r eq u ir e m en t  f o r   ad d itio n al  s lo p e  co m p e n s atio n ,   ea s y   c u r r en t  li m it  i m p le m en ta tio n ,   ex ce llen t  v o lta g e     an d   cu r r en t  r eg u latio n ,   s i m p le   co m p en s atio n ,   g o o d   b eh av io r   in   b o th   co n tin u o u s   an d   d is c o n tin u o u s   in d u cto r   cu r r en t  m o d es,  a n d   h a s   i n h er en t i n p u t   v o ltag e  a n d   o u tp u t  v o ltag e  f ee d - f o r w ar d   p r o p er ties .   A ll   t h is   is   ac h ie v ed   w it h   o n l y   a  s l ig h t i n cr ea s e  i n   co m p le x it y   o v er   ea r lier   s ch e m e s   [ 2 ] - [ 3 ] .     I AC MC  is   t y p ical l y   a  t w o   lo o p   co n tr o l  m et h o d   ( in n er   lo o p ,   cu r r en t;  o u ter   lo o p ,   v o ltag e)   f o r   p o w er   elec tr o n ic  co n v er ter s .   Ma n y   o f   th e s e  ap p licatio n s   h a v e  b ee n   in   th e  h i g h er   s w i tch i n g   f r eq u en c y ,   lo w er   p o w e r   s eg m e n t  ( u p   to   1 0 k W ,   at  2 0   k Hz  an d   ab o v e) ,   b u t   t h is   is   c h a n g i n g .   A   3 0 k W   th r ee   p h ase  i n v er ter   u s i n g   an alo g   I AC MC  h a s   b ee n   r ep o r ted   [ 6 ] .   T h e  r eg u latio n   o f   o u tp u t  v o lt ag e  o f   P FC   b o o s t  co n v er ter   u s in g   P I   co n tr o ller   at   th e  o u ter   lo o p   h as b ee n   r ep o r ted   [ 7 ] - [ 8 ] .             T h e  s i m p le  m o d els  o f   p o w er   co n v er ter s   ar e  u s u al l y   o b tain ed   f r o m   s tate - s p ac e  av er ag i n g     an d   li n ea r izatio n   tech n iq u es;  t h ese  m o d els   m a y   th e n   b e  u s e d   f o r   clas s ical  co n tr o l  d esi g n   [ 9 ] - [ 1 0 ] .   T h er ef o r e   in   t h is   p ap er ,   w e  p r o p o s e  a  P FC   B B C   to   r eg u late  t h e  o u tp u t  v o ltag e/ s u p p l y   cu r r e n t   b y   u s in g   b o th   P I   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f S in g le  P h a s e  A C - DC   B u ck - B o o s t Co n ve r ter fo r   P F C   a n d   …   ( D.   Ja ya h a r )   1005   co n tr o ller   at  th e  o u ter   lo o p   an d   th e  I AC MC  at  i n n er   lo o p .   T h e  s tate - s p ac e  a v er ag e  m o d el  f o r   B B C   is   d er iv ed   at  f ir s t   an d   u s ed   f o r   d esig n in g   th e  P I   co n tr o ller .   I n   s e ctio n   I I ,   w e  d i s cu s s ed   t h e  cir cu it  d escr ip tio n     an d   m a th e m atica l   m o d el  o f     P FC   B B C .  T h e  d esig n   o f   P I   co n tr o ller   an d   I A C M C   is   p r es en ted   i n   s ec t io n   I I I .   Si m u latio n   r es u l ts   o f   s y s te m   ar e  d is cu s s ed   in   s ec tio n   I V .   T h e  co n clu s io n s   a n d   f u t u r e  w o r k   o f   s y s te m   i s   d is cu s s ed   in   s ec tio n .           2.   M AT H E M AT I CAL M O DE L   O F   P F C  B B C    A   t y p ical  to p o lo g y   o f   P FC   B B C   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 ,   an d   it is   co n s tr u cted   b y   t h e  u n co n tr o lled   d io d e  b r id g e,   f o llo w ed   b y   a  B B C .   I t   co n s is t s   o f   AC   in p u t  s u p p l y   v o ltag e,   i n d u cto r   L ,   ca p ac ito r   C ,   p o w er   s w itch   S   (n - c h an n el   m o s f e t) ,   d io d e  D  a n d   lo ad   r esis tan ce   R .   I t   allo w s   th e   o u tp u t  v o ltag e   to   b e  h i g h e r   o r   l o w er   t h a n   t h e   in p u t  v o lta g e,   b ased   o n   th e  d u t y   r atio   d .   I n   th e  cir cu it t h er e  ar e  t w o   s to r ag e  ele m e n t s   in d u ct o r   an d   ca p ac ito r .   I t  is   c u s to m ar y   an d   co n v e n ie n t  to   tak e   th e   i n d u cto r   c u r r en t  a n d   t h e  ca p ac ito r   v o lta g e   as  s t ate  v ar iab les.   E ac h   s w itc h in g   s tag e  ca n   b e  r ep r esen ted   b y   a  co r r esp o n d in g   cir cu i t to p o lo g y .   T h e  v o lta g e  tr an s f er   g ain   o f   B B C   is           Fig u r e  1 .   T h e   to p o lo g y   o f   th e  P FC   B B C   cir cu it         ( 1 ) o V d Ed      an d   it’s th e  co r r esp o n d in g   cu r r en t tr an s f er   g ain   i s     ( 1 ) o in I d Id      I n   th e  o n - d u r atio n   cir c u it  co n f ig u r atio n ,   t h e  s w itc h   is   co n d u cti n g   an d   d io d e  is   n o t  c o n d u cti n g .     T h e  s y s te m   s tate  eq u atio n s   d escr ib in g   t h e  o n - i n ter v a l c ir cu it   co n f i g u r atio n   is   d escr ib i n g   b y     L E dt di L   dt dV C   =  C V RC 1        dt dV dt di c L RC 1 0 0 0 Cf L V i   + 0 1 L   E                ( 1 )                                                                               I n   th e  o f f - d u r atio n   cir cu it  c o n f i g u r atio n ,   t h e  s w itc h   is   o p en ed   an d   th e  d io d e  is   co n d u cti n g .     T h e  s y s te m   eq u atio n s   f o r   th e  o f f - cir cu it to p o lo g y   ar e  g i v e n   as     L V dt di C L     L C i C dt dV 1 c V RC 1     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 6   :  1 0 0 4   –   1 0 1 1   1006     C L C L V i RC C L dt dV dt di 1 1 1 0                 ( 2 )     B y   u s i n g   th e  s tate - s p ac e  av er a g in g   m o d el  t h e  s y s te m   m o d el  ca n   b e  w r itte n   as [ 9 ] - [ 1 0 ]     A   =  A on   d   +  A off  (1 - d )                                                     B   =  B on  d   +  B off   (1 - d )         E L d V i RC C d L d dt dV dt di C L C L 0 1 1 1 0            3.   DE S I G N  O F   P I   CO NT RO L L E R  A ND  I ND UCTOR   A V E RA G E   C URR E NT   CO N T RO L L E R   3 . 1 .   Desig n   P I   Co ntr o ller  Desig n     T h e  P I   co n tr o ller   is   d esig n ed   t o   en s u r e  th e   s p ec i f y i n g   d esire d   n o m i n al  o p er atin g   p o in t   f o r   P FC   B B C ,   th en   r eg u lati n g   it,  s o   t h at  it   s ta y s   v er y   clo s er   to   th e  n o m in al   o p er atin g   p o in t  i n   t h e  ca s e  o f   s u d d en   d is tu r b an ce s ,   s et  p o in t v ar ia tio n s ,   n o i s e,   m o d elin g   er r o r s   an d   co m p o n e n t s   v ar iatio n s .               Fig u r e   2 .   S -   S h ap e d   cu r v e  o f   s tep   r esp o n s e  o f   B B C       T h e  P I   co n tr o ller   s ettin g s   p r o p o r tio n al  g ain   Z ei g ler   –   Nich o ls   tu n i n g   m et h o d   [ 8 ] - [ 9 ]   b y   ap p ly in g   t h e   s tep   test   to   ( 3 )   to   o b tain   S - s h ap ed   cu r v e  o f   s te p  (K p )   an d   in teg r al  ti m e  ( T i )   ar e  d esig n ed   u s i n g   p   r esp o n s e  o f   B B C .   Fro m   t h e  S - s h ap ed   c u r v e  o f   s tep   r esp o n s e   o f   B B C   m a y   b e  c h ar ac ter ized   b y   t w o   co n s tan t s ,   d ela y   ti m e  L   an d   ti m e  co n s ta n t  T .   T h e  d ela y   t i m e   an d   ti m e  co n s ta n t  a r e  d eter m in ed   b y   d r a w i n g   a  tan g e n t   li n e  at   th e   in f lectio n   p o in t  o f   t h e  S - s h ap ed   cu r v e  an d   d eter m i n i n g   th e  i n ter s ec tio n s   o f   t h e  ta n g en t  l in e  w it h   t h e  ti m e  ax i s   an d   li n e  o u tp u t   r esp o n s e   c( t)   as  s h o w n   in   Fi g u r e   2 .   Z ieg ler   an d   Nic h o ls   s u g g e s ted   to   s et  th e   v a lu e s   o f     K p =  0 . 0 3 6   an d   T i   =  0 . 0 1 6 s   ac c o r d in g   to   th e  T ab le  1 .           T h e  P I   co n tr o ller   o p tim al  s et tin g   v al u es  ( Kp   an d   T i )   f o r   P FC   B B C   ar e  o b tain ed   b y   f i n d in g   t h e   m i n i m u m   v al u es o f   i n teg r al   o f   s q u ar e  o f   er r o r   ( I SE) ,   in teg r al   o f   ti m e  o f   s q u ar e  o f   er r o r   ( I T A E )   a n d   in te g r al  o f   ab s o lu te  o f   er r o r   ( I A E ) ,   w h ic h   i s   li s ted   i n   T ab le  2 .   T h e  d esig n ed   P I   co n tr o ller   is   u s ed   r eg u la te  t h e  o u tp u t   v o ltag e  o f   P FC   B B C .       T ab le  1 .  Z ieg ler -   Nic h o ls   T u n i n g   R u les   Ty p e   o f   c o n t r o l l e r   Kp   Ti   Td   P   T / L     0   PI   0 . 9 T / L   L/ 0 . 3   0   P I D   1 . 2 T /L   2L   0 . 5 L     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f S in g le  P h a s e  A C - DC   B u ck - B o o s t Co n ve r ter fo r   P F C   a n d   …   ( D.   Ja ya h a r )   1007   T ab le  2 .  Sim u lated   R e s u lts   O f   Min i m u m   Val u es  Of   I SE,   I AE ,   I T A E   An d   Op ti m al  Setti n g   Valu es    o f   Kp   An d   Ti   I S E   I A E   I TA E   Kp   T i   ( s)   2 . 3 7 7   0 . 1 9 3 5   0 . 0 0 1 5 5 7   0 . 0 1 2 0 5   0 . 0 1 3 3       3 . 2 .   Desig n   o f   I nd uct o r  Av er a g e  Curre nt  Co ntr o ller    I n   Fig u r e  3   s h o w s   th e  P I   co n tr o ller   o u tp u t  a n d   f u ll  b r id g e  d io d e  r ec tif ier   o u tp u t  ar e  ap p lied   t o   m u ltip lier .   No w ,   m u ltip lier   m u ltip lie s   th e  b o th   s i g n al  to   f o r m   t h e  m o d u lati n g   s ig n al.   T h is   m o d u lati n g   s i g n a l   an d   r a m p   f u n ct io n   ar e  ap p lied   to   s u m m er .   I ts   s u m s   th e  b o t h   s i g n al   to   f o r m   r e f er en ce   c u r r en t.  T h en   r e f er en ce   cu r r en t   is   co m p ar ed   to   f ee d b ac k   cu r r en t  to   f o r m   P W M  p u ls e  to   co n tr o l  th e  s w itc h   S.  T h e  o u tp u t  v o lta g e  ca n   b e  v ar ied   b y   ch a n g i n g   th e  d u t y   c y cle.   I n   Fi g u r e  4   s h o w s   t h e  f ee d b ac k   cu r r e n t  is   co m p a r ed   w i th   r ef er e n ce   s in u s o id al  w a v e f o r m   a n d   is   f o r ce d   to   r em ai n   b et w ee n   t h e  m ax i m u m   a n d   m in i m u m   v al u es  o f   i r ef   [ 3 ] .   Desig n   s p ec if icatio n   o f   I A C C ;  R a m p   f u n ctio n   m a g n it u d e:  1 A ,   R e f er en ce   cu r r en t  m a g n itu d e:  1 . 3 A ,   F ed   b ac k   cu r r en t.               Fig u r e  3 .   B lo ck   d iag r a m   o f   I n d u cto r   Av er ag e  C u r r en t Co n tr o ller     Fig u r e  4 .   W av ef o r m s   o f   i fb   an d   i ref         4.   SI M UL AT I O N  R E S UL T S       T h e  s im u lat io n   r esu l ts   o f   P FC   B B C   w it h   I AC M C   an d   P I   c o n tr o ller   is   p r esen ted   in   th is   s e ctio n .   T h e  s in g le  p h a s e  P FC   B B C   w it h   p r o p o s ed   co n tr o ller s   is   s h o w n   in   Fi g u r e  5 .   T h e  n o m i n al  i n p u t  v o lta g e  i s   5 0 Hz   w it h   t h e  R M S  v al u e  1 1 0 V,   in p u t  i n d u cto r   L in   =7 0 μ H,   in d u cto r   L =7 0 0 m H,   ca p ac ito r   C =7 6 0 μ F,  th e  o u tp u t  lo ad   r an g e  R =1 0 0 o h m   to   2 0 0 o h m ,   t h e  d esire d   o u tp u t  v o lta g e  is   2 0 0 V  an d   th e  li n e  f r eq u en c y   i s   5 0 Hz.   T h e   p er f o r m a n ce s   o f   I A C M C   a n d   P I   co n tr o ller   f o r   P FC   B B C   ar e  ev al u ated   i n   Ma t L a b /S i m u li n k .   I n   s tead y   s tate,   th e  o u tp u t  v o lta g e  v ar iatio n   i s   n o t   m o r e  t h a n   ± 1 . 5 . T h e  in p u t  c u r r en t  a n d   v o lt ag e   w a v ef o r m s   ar e  s h o w n   i n   Fig u r e  6 .   T h e  in p u t  cu r r en t  wav ef o r m   i s   al m o s t  in   p h a s e  w i th   th e  i n p u t  v o ltag e.   Fro m   t h e  h ar m o n ic  s p ec tr u m   an al y s is   o f   in p u t c u r r e n t in   Fi g u r e  7 ,   th e  T o tal  Har m o n ic  Di s to r tio n   ( T HD)   is   al m o s t u p   to   9 . 6 4 %.             Fig u r e  5 .   P FC   B B C   w it h   in d u cto r   av e r ag e  cu r r en t a n d   P I   co n tr o ller s     Fig u r e  6 .   W av ef o r m s   o f   th e  s u p p ly   v o ltag e  an d   s u p p l y   c u r r en t  w h e n   R =1 0 0   o h m       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 6   :  1 0 0 4   –   1 0 1 1   1008       Fig u r e  7 .   Fre q u en c y   d o m ain   a n al y s i s   o f   in p u t c u r r e n t  w h e n   R =1 0 0   o h m           Fig u r e  8 .   T HD  co m p ar is o n s   u n d er   d if f er e n t li n e  f r eq u e n cie s           Fig u r e  9.   Z o o m ed   w av e f o r m s   o f   th e  s u p p l y   v o ltag e  a n d   s u p p l y   cu r r en t  w h e n   R =1 0 0   o h m       T h e  p er f o r m a n ce   o f   t h e  I A C M C   an d   t h at  o f   t h e  p ea k   c u r r en t  m o d e  co n tr o ller   ar e  co m p ar ed   w h e n   th e   lin e  f r eq u e n c y   i s   c h an g i n g   f r o m   5 0 Hz  to   5 5 0 Hz.   Fig u r e   1 2   s h o w s   t h at  T HD  ch a n g e  litt le  u s i n g   q u as i   I AC MC,  t h e  P F  s ta y s   a t  ab o u t  9 6 . 4 8 %,  b u t  T HD  in cr ea s e  m u ch   w it h   t h e  l in e   f r eq u e n c y   u s i n g   th e   p ea k   cu r r en t  m o d e  co n tr o ller ,   th e  wo r s t P F d ec r ea s es to   9 1 %.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f S in g le  P h a s e  A C - DC   B u ck - B o o s t Co n ve r ter fo r   P F C   a n d   …   ( D.   Ja ya h a r )   1009   5.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S   T h e  s p ec if icatio n   o f   ex p er i m e n tal  m o d el  i s   s a m e  a s   th e  s i m u latio n   m o d el  s p ec i f icatio n .   T h e  n o m i n al   in p u t   v o lta g e  i s   5 0 Hz  w it h   t h e  R MS  v al u e  1 1 0 V,   in p u t  i n d u cto r   L in   =7 0 μ H/1 5 A   ( Fer r i te  C o r e) ,   in d u cto r   L =7 0 0 m H/1 5 A   ( Fer r ite  C o r e) ,   ca p ac ito r   C =7 6 0 Μf /4 4 0 V  ( E lectr o l y tic  t y p e) ,   th e  o u tp u t  lo ad   r an g e   R =1 0 0 o h m   to   2 0 0 o h m ,   th e  d esire d   o u tp u t  v o lta g e  is   2 0 0 V,   th e  lin e  f r eq u e n c y   is   5 0 Hz,    SIRF N  5 4 0   ( MO SF E T )   an d      FR 3 0 6   ( Dio d e) .                                             Fig u r e   11   s h o w s   t h e  i n p u t  v o ltag e  a n d   cu r r en t  w i th   lo ad   ch an g e  f r o m   1 0 0   o h m   to   2 0 0   o h m .   Fro m   th is   w a v e f o r m s   i t  is   clea r l y   i d en tifie d   th at,   th er e  is   n o   f l u ctu atio n   i n   i n p u t  c u r r en t  an d   v o ltag e  u s i n g   t h e   p r o p o s ed   co n tr o l  s ch e m e.   Fi g u r e  1 2   s h o w s   th e  a n alo g   i m p l e m en tatio n   o f   I AC MC  w i th   c o m p o n en t s   d etails.   L o w   v o ltag e   r an g e  o f   o u tp u t  i s   o b tain ed   b y   u s in g   p o te n tial  d iv id er   cir cu it.  U s i n g   th is   lo w   d c  v o ltag e   w h ich   i s   co m p ar ed   w it h   r ef er en ce   d c  v o ltag e  ( L M3 2 4 ) .   T h e  PI  co n tr o ller   w as  i m p le m en ted   u s i n g   L M3 2 4 ,   ca p ac ito r   an d   f ee d b ac k   r e s is ta n ce .   P I   co n tr o ller   o u tp u t  a n d   r ec t if ied   o u tp u t  s ig n als   ar e  m u ltip lied   b y   u s in g   m u ltip lier A D6 3 3 .   Af ter   th e  m u l tip lied   o u tp u t  s i g n al  a n d   r a m p   s ig n al  ( NE   5 5 5 )   is   s u m m ed .   T h e  o u tp u t  s ig n al  o f   th i s   o p er atio n al  a m p li f ier ,   w h ic h   ac t  as   r ef er e n ce   c u r r en t   f o r   f ee d b ac k   in d u cto r   cu r r en t.  B o th   s ig n als   ar e   co m p ar ed   u s i n g   L M3 1 1   an d   g en er ate   t h e  P W M  p u ls e.   M C T   2 E   an d   tr an s is to r s   w h ic h   is   ac t  a s   a n   o p to - co u p ler   an d   d r iv er   cir cu it f o r   t h e  p o w er   MO S FET .               Fig u r e  1 1 .   W av ef o r m s   o f   i n p u t  cu r r en t  w it h   lo ad   ch an g e  f r o m   1 0 0   o h m   to   2 0 0   o h m     Fig u r e  1 2 .   A n alo g   I m p le m en t atio n   o f   I A C M C         6.   CO NCLU SI O NS   1.   T h e  d esig n   o f   p r o p o s ed   co n tr o ller s   f o r   P FC   B B C   h as   b ee n   s u cc e s s f u ll y   d e m o n s tr ated   an d   i m p le m en te d   in   r ea l ti m e.   2.   T h e  I A C M C   is   u s ed   at  in n er   lo o p   to   r eg u late  th e  i n p u t  c u r r en t  an d   h ar m o n ic s ,   w h ic h   h as  t h e  ad v an tag e s   o v er   th e  p ea k   cu r r en t  a n d   h y s ter es is   cu r r e n t  co n tr o ller s   s u ch   as  t h e  r o b u s t n es s   w h e n   th er e  ar e  lar g e  v ar iatio n s   in   li n e  v o ltag e  a n d   o u tp u t lo ad .   3.   T h e  PI  co n tr o ller   is   im p le m e n ted   at  o u ter   lo o p ,   w h ic h   p r o d u ce   th e  ex ce lle n t  p er f o r m a n ce   o f   o u tp u t   v o ltag e  r e g u la tio n   f o r   B B C   u n d er   d if f er en t c o n d itio n s .   4.   T h e  P I   c o n tr o ller   s ettin g s   p r o p o r tio n al  g ain   ( K p )   an d   in teg r al  ti m e  ( T i )   ar e   d esig n ed   u s in g   Z eig ler   Nich o ls   t u n in g   m e th o d   [ 8 ] - [ 9 ]   b y   ap p l y i n g   t h e  s tep   test   to   ( 3 )   to   o b tain   S - s h ap ed   cu r v e  o f   s tep   r esp o n s e   o f   B B C .   5.   Mo r eo v er ,   th is   I AC M C   is   ad v an ta g eo u s   co m p ar ed   to   p ea k   cu r r en t  m o d e  co n tr o ller   in   th e  ap p licatio n   w h e n   th e  li n e  f r eq u en c y   is   c h a n g i n g   lar g el y .   6.   T h e  p r o p o s ed   tech n iq u e  o f f er s   d ef in i te  b en ef i ts   o v er   th e  co n v e n tio n al  b o o s t  co n v er ter   an d   it  is   ea s y   to   u n d er s ta n d ,   is   ea s y   to   i m p le m en t,  a n d   d r a w s   s in u s o id al  in p u t  cu r r en t   f r o m   AC   s o u r ce   f o r   an y   DC   o u tp u t  v o ltag e  co n d it io n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 6   :  1 0 0 4   –   1 0 1 1   1010   7.   T h e  s i m u latio n   a n d   ex p er i m en tal  r es u lts   co n f ir m ed   th e  th eo r etica l  an al y s i s   an d   t h u s   v er if ied   th e   f ea s ib ili t y   o f   th e  p r o p o s ed   co n v er to r   to p o lo g y .   8.   T h e  Si m u latio n s   r es u lt s   s h o ws  a  n ea r l y   u n it y   p o w er   f ac to r   w h e n   t h e  li n e  f r eq u e n c y   is   at   v ar io u s   r an g es   an d   th e  ex p er i m e n tal  r es u lts   al s o   v er if ied   t h e  f ea s ib ilit y   o f   t h e  w o r k .   9.   Fig u r e  1 2   s h o w s   th at  T HD  ch an g e  litt le  u s i n g   q u asi  I AC MC,  th e  P F  s ta y s   at  ab o u t  9 6 . 4 8 %,  b u t  T HD   I n cr ea s e  m u c h   w it h   th e  li n e  f r eq u en c y   u s in g   t h e  p ea k   cu r r en t  m o d e  co n tr o ller ,   th e  w o r s t  P F   Dec r ea s es    to   9 1 %.       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.  S u n ,   W . C.   W u ,   a n d   R.   Ba ss ,   “ L a rg e - sig n a l  c h a ra c te riza ti o n   o f  sin g le  p h a se   PF C  c irc u it s  wit h   d i ff e re n t  typ e s  o f   c u rr e n t  c o n tr o l” ,   in   P ro c .   I EE E  A p p l.   P o w e r  El e c tro n .   Co n f .   (A P EC’9 8 ),   1 9 9 8 ,   p p .   6 5 5 – 6 6 1 .   [2 ]   C.   Zh o u   a n d   M . M .   J o v a n o v ic,  “ De sig n   tr a d e - o ff s  i n   c o n ti n u o u s  c u rr e n t  mo d e   c o n tro ll e d   b o o s t  p o we r - fa c to r   c o rr e c ti o n   c irc u it s” ,   in   P ro c .   HF P C’ 9 2 ,   1 9 9 2 ,   p p .   2 0 9 – 2 2 0 .   [3 ]   L . H.  Dix o n ,   “ Av e ra g e   c u rre n t - m o d e   c o n tro l  o f   sw it c h in g   p o we r  su p p li e s” ,   in   U n it ro d e   P o w e r  S u p p ly   De si g n   Ha n d b o o k .   Ne w   Yo rk :  M c - G ra w - Hill ,   1 9 9 0 .   [4 ]   J.B. W il li a m s,  “ De sig n   o f  fee d b a c k   lo o p   in   u n it y   p o we r   fa c to r  a c   to   d c   c o n v e rte r ” ,   in   P r o c .   P ES C’8 9 ,   1 9 8 9 ,   p p .   959 – 9 6 7 .   [5 ]   K.  S m e d le y   a n d   S .   Cu k ,   “ On e - c y c le  c o n tro l  o f  switc h in g   c o n v e rte rs ” ,   in   P ro c .   IEE E  P ES C’ 9 1 ,   1 9 9 1 ,   p p .   8 1 4 – 8 2 0 .   [6 ]   F ra se r,   M . E. ,   a n d   M a n n i n g ,   C. D ,   “ P e rf o rm a n c e   o f   A v e ra g e   c u rre n t  M o d e   C o n tr o ll e d   P W M   In v e rter  w it h   Hig h   Cre st F a c to r  L o a d ” ,   Po we r E le c tr o n ics   a n d   Va ri a b le S p e e d   Dr ive s,   26 - 2 8 Oc to b e r  1 9 9 4 ,   c o n f e re n c e   P u b l ica ti o n   N o .   3 9 9 ,   IEE ,   p p .   6 6 1 - 6 6 6 .   [7 ]   L .   G u o ,   J.Y.  Hu n g   a n d   R. M .   Ne lms ,   " D e sig n   a n d   imp le me n ta t io n   o f  a   d i g it a l  PID  c o n tro ll e r  fo r  a   b u c k   c o n v e rte r , "   P r o c e e d in g s  o f   th e   3 6 th   I n ters o c i e t y   En e rg y   Co n v e rsio n   E n g in e e rin g   Co n f e re n c e ,   Ju ly / A u g u st  (2 0 0 1 ),   V o l.   1 ,   p p .   187 - 1 9 2 .   [8 ]   H.  M in g z h i  a n d   X .   Jia n p in g ,   " No n li n e a r  P ID  in   Dig it a l  Co n tro ll e d   Bu c k   Co n v e rters " ,   Ap p li e d   p o we r  e lec tro n ics   c o n fer e n c e   AP EC  2 0 0 7 ,   2 5   F e b - 1   M a rc h   (2 0 0 7 ),   A n a h e in   CA   USA,   p p .   1 4 6 1 - 1 4 6 5 .   [9 ]   A . J.  F o re y th   a n d   S . V .   M o ll o v ,   " M o d e li n g   a n d   c o n tro l   o f   Dc - Dc   c o n v e rters " ,   IEE E  Po we r  E n g i n e e rin g   J o u rn a l ,  V o l .   1 2   n o .   5 ,   (1 9 9 8 ),   p p   2 2 9 - 2 3 6 .   [1 0 ]   M a h d a v i,   A .   Em a d i,   H.A .   T o li y a t,   “ A p p li c a ti o n   o f   S tate   S p a c e   Av e ra g in g   M e th o d   to   S li d i n g   M o d e   C o n tr o l  o f   P W M   DCD C  C o n v e rters ” ,   IEE E   In d u stry   Ap p li c a t io n s  S o c iety   An n u a l  M e e ti n g   Ne w  Or lea n s ,  L o u si a n a ,   Oc to b e r   5 - 9 ,   ( 1 9 9 7 ),   p p .   8 2 0 - 8 2 7 .   [1 1 ]   Y.C.   Ji  a n d   M . W .   S h a n , ” A   n o v e l  th re e   p h a se   A C/DC  c o n v e rter  w it h o u t  f o rn t - e n d   f il ter  b a se d   o n   a d ju sta b le   tri a n g u lar - w a v e   P W M   tec h n i q u e ” ,   IEE E  T ra n s.   Po we r E lec tro n ics ,   M a rc h - 1 9 9 9 .   [1 2 ]   B.   S in g h ,   B . N.   S i n g h ,   A .   Ch a n d ra ,   a n d   D. P .   K o th a ri , ” A   re v ie w   a t  sin g le  P h a se   im p ro v e d   P o w e r  q u a li ty   Ac - Dc   c o n v e rters ,   IEE E  T r a n s.   I n d u stria l  El e c tro n ics ,   Oc t,   2 0 0   [1 3 ]   H.  M in g z h i  a n d   X .   Jia n p in g ,   " No n li n e a r  P ID  in   Dig it a l  Co n tro ll e d   Bu c k   Co n v e rters " ,   Ap p li e d   p o we r  e lec tro n ics   c o n fer e n c e   AP EC  2 0 0 7 ,   2 5   F e b - 1   M a rc h   (2 0 0 7 ),   A n a h e in   CA   USA,   p p .   1 4 6 1 - 1 4 6 5 .   [1 4 ]   A . J.  F o re y th   a n d   S . V .   M o ll o v ,   " M o d e li n g   a n d   c o n tro l   o f   Dc - Dc   c o n v e rters " ,   IEE E  Po we r  E n g i n e e rin g   J o u rn a l ,  V o l .   1 2   n o .   5 ,   (1 9 9 8 ),   p p   2 2 9 - 2 3 6 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       D.  J a y a h a r   w a s   b o r n   i n   Dh a rm a p u ri,   I n d ia  o n   Ju ly   2 7 ,   1 9 7 3 .   H e   re c e i v e d   th e   B. E  d e g re e   in   El e c tri c a l  a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g   f ro m   P . S . G . Co ll e g e   o f  Tec h n o l o g y ,   Co im b a to re ,   In d ia,  in   1 9 9 5 ,   a n d   th e   M . E  d e g re e   f ro m   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   G u in d y ,   A n n a   Un iv e rsit y ,   In d ia,  in   2 0 0 7 .   Cu rre n tl y ,   h e   is   p u rsu in g   P h D  in   th e   f ield   o f   p o w e r   e le c tro n ics   a t  th e   sc h o o l  o f   El e c tri c a l   En g in e e rin g   De p t. ,   J.N.T . U,  Ka k in a d a ,   I n d ia.   His  f ield   o f   in tere st  in c l u d e s  c u rre n t  c o n tro l lers   d e sig n   f o r  a c - d c   c o n v e rters ,   m o d e li n g   o f   p o w e r  c o n v e rters ,   m a tri x   c o n v e rter,   h ig h   p o w e r  fa c to r  c o n v e rters ,   m u lt il e v e l  c o n v e rters ,   a n d   In v e rters .   He   h a s au t h o re d   m o re   th a n   8   p a p e rs p u b li s h e d   i n   in tern a ti o n a l  a n d   n a ti o n a l  c o n f e re n c e   p ro c e e d in g s an d   p r o f e ss io n a l  jo u r n a ls.         DR.   R.   R a n i h e m a m a li n i   w a s  b o rn   in   k u m b a k o n a m ,   In d ia  o n   Ja n u a ry 1 4 th ,   1 9 6 9 .   S h e   re c e iv e d   th e   B. E  d e g re e   in   El e c tri c a l  a n d   El e c tro n ics   En g i n e e rin g   f ro m   A la g a p p a   Ch e tt iar  c o ll e g e   o f   e n g g   &   tec h ,   k a ra i k u d i,   In d ia  in   1 9 9 0 ,   a n d   th e   M . E  d e g re e   f ro m   Re g io n a l  e n g g .   c o ll e g e ,   T rich irap a ll i,   In d ia,  i n   1 9 9 7 ,   a n d   sh e   re c e iv e d   th e   P h . D  in   t h e   f ield   o f   c o n tro l  e n g in e e rin g   f ro m   Re g io n a l  e n g in e e rin g   c o ll e g e   T iru c h irap p a ll i,   In d ia  in   2 0 0 3 .   He r  f ield   o f   in tere st  in c lu d e s  c o n v e rters ,   se l f  tu n i n g   P ID  c o n tr o ll e rs,  De sig n   o f   p o rtab le  a rc   w e ld in g   tran sf o r m e rs,  stu d ies   o n   tw o   p h a se   f lo w  th ro u g h   A   p ip e   a n d   c o n tr o l  v a lv e   in   se ries ,   a n d   o th e r  i n stru m e n tatio n   sy ste m s.  . S h e   h a s  a u th o re d   m o re   th a n   1 8   p a p e rs  p u b li sh e d   in   in tern a ti o n a l  a n d   n a ti o n a l  c o n f e re n c e   p ro c e e d in g s  a n d   p ro f e ss io n a l  jo u rn a ls,   c u rre n tl y ;   sh e   is  w o rk in g   a s p ro f fe ss o r  in   st.   p e ter’s   En g in e e rin g   Co l leg e .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f S in g le  P h a s e  A C - DC   B u ck - B o o s t Co n ve r ter fo r   P F C   a n d   …   ( D.   Ja ya h a r )   1011     DR.   K.   Ra th n a k a n n a n   w a s  b o rn   i n   T a n jav u r,   In d ia  o n   M a y   1 7 ,   1 9 7 4 .   He   re c e iv e d   th e   B. E   d e g re e   in   El e c tri c a l  a n d   El e c tro n i c s E n g in e e rin g   f ro m   M a d ra s Un iv e rsit y   Ch e n n a i,   In d ia i n   1 9 9 7 ,   a n d   th e   M . E  d e g re e   f ro m   A n n a m a lai  Un iv e r sit y ,   In d ia,  in   1 9 9 9 ,   a n d   He   re c e iv e d   th e   P h . D  i n   th e   f ield   o f   S in g le  El e c tro n   tec h n o l o g y   f ro m   A n n a   Un iv e rsit y ,   Ch e n n a i,   In d ia  in   2 0 0 9 .   His  f ield   o f   in tere st  in c lu d e s  Na n o   sc a le   e lec tro n ic s ,   S i n g le  e lec tro n   tec h n o l o g y ,   Na n o tec h n o l o g y ,   UL S I/V L S I  d e sig n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.