Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  V o l.  6, N o . 3 ,  Sep t em b e r   2015 , pp . 58 6 ~ 59 I S SN : 208 8-8 6 9 4           5 86     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Experimental Study of the Boost Converter under Current  Mode Control        D j a m a l  Go zi m* , Ka mel Gu esmi** , Djilali  Ma hi * * *    * Departement o f  Scien ces  and  Technol og y ,  Univ ersity  of  Djelfa,  Algeria  ** CReS T IC–Re i m s  Univers i t y ,   F r ance   ** Univ ersity   Amar Telid ji Laghouat, Alger i     Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Feb 12, 2015  Rev i sed  Ju l 16 20 15  Accepte J u l 29, 2015      This paper presents the  practical analy s is of B oost converter  operating in   continuous  cond uction mode un der curr en t contr o l. We start b y  theconver t er   m odeling, then  experim e nt al res u lts will be exp o sed where we propose an   experimental cir c uit, to stud y  the in fluen ce of  the variation of differen t   circu it p a ram e t e rs  s u ch as  r e fere nce  curren t inp u t volt a ge  and  l o ad. W e  als o   anal yz e th e con t rol te chnique p e rform ances Th e experim e n t al  res u lts  are   given and interp reted   in   ea ch cas e.   Keyword:  B e havi ou rs   Ex peri m e nt al  C M C  of B o ost   Co nv erter   Po wer C o nve rt ers   St udy  o f  DC   D C   co nve rt er    Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Djam al Gozim,  Depa rt m e nt  of  Sci e nces a n d T echn o l o gy   University  of Djelfa,  Algeria Cite 5  Ju illet Bp   9 6 5  /  17 007 Dj el fa-Alg eria  Em a il: g o z i m a n sour@g m a il.c o m       1.   INTRODUCTION   The expe rim e ntal study of the DC  DC  c o n v e r t e rs i m prove t h at  t h ey  are su ffe ri n g  f r om  ri ppl hy st eresi s . M a ny  w o rks  are  f o cu sed  o n  t h e i l l u m i nat i on  of   the current- ri pple hyster esi s  Ot he r e x peri m e nt al   wo rk s st udi e d  t h n onl i n ea r  p h en om eno n   exhi bi t e by   DC   DC  co n v e r t e rs s u c h  as   peri odi ci t y  d o ubl i n g,  Bifu rcation  types, in term itten c y an d ch ao s [1 ], [2 ],  [3 , [4 ] .   In  all switch i ng  conv erters, t h e ind u cto r   curren t  is  related to  th reference cu rren t and th e circu it  param e t e rs. T o   obt ai n a  co nst a nt  i n d u ct o r  c u r r ent  u n d e r  ci rc ui t s   para m e t e rs vari at i o n ,  t h e s o l u t i o n i s  t h e   d e sign   o f  circuit th at au to m a t i cally  adjust the duty cycle as  necessa ry to  o b t a i n  t h desi r e d i n d u ct or  cu rre nt ,   th ey are  so m e  wo rk s i n teressed   b y  th e tensio n m o d e  contro o f  DC  DC  con v e rters to   track   d e sired   ou tpu t   vol t a ge , t h e  pa per  [ 5 ]  use d  t h e N N C  m e t hod t o   dec r easi n ove rs ho ot  an d re d u ci n g  set t l i ng t i m e i n  t h e DC - DC  Fl y b ack C o n v e r t e r, ot her w i s e som e  works  used a c o nt r o l   m e t hods  of DC   DC  co nve rt ers t o  fi n d  t h MPPT  o f  th PV  su pp ly [6 ].  In  o u r case  we  pr o pose a  ne w ex pe ri m e nt al  ci rcui t  t o  st u d y  t h e DC   DC  B oost  c o n v e r t e r be ha vi o u r s   un de r ci rc ui t  p a ram e t e rs vari a t i on a n d  t o  i m pro v t h e efficiency of t h is type of c o nverte rs   In  th first sectio n  we  p r esent th e co nv erter an d  its  m o d e l, th en  sim u latio n  and  exp e rimen t al resu lts will b e   ex po sed  in  th e seco nd  section .  In  th e last  p a rt we  present th e o b t ain e d   ex p e rim e n t al resu lts in  th e case of  B oost   pa ram e ters  vari at i o n a n d  we  anal y ze  t h e co nt r o l  t e c hni que  pe rf o r m a nces.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S   Vo l.  6, No . 3, Sep t em b e r  2 015  :   58 6 – 593  58 7 2.   CO NVE RTER DESC RIPT ION      We ch oo se t h e cu rren t m o d e  con t ro l (CC M ) as  o p e ratin g m o d e , in th is con t ro l m o d e  is  we can  cont rol   bot h t h e sl ow a n d fat   dy nam i cs of t h e sy st em  [7] ,  [ 8 ] .  The B o ost  con v e r t e r i s  o p e rat i ng i n  co nt i nues   con d u ct i on m ode w h en t h c u rre nt   t h ro u gh t h i n d u ct o r   neve r fal l s  t o  z e ro   ( () 0 L it ). In this case we ha ve   two  configu r at io n s  related  t o  th e p o sitio n  of th e switch   s w . F i gu re 1 sh o w s t h e cur r ent  m ode co nt r o l  of t h e   B oost  c o nve rt e r .         L r g V   R        S   VD r () L it   sw   C s w r   0 () ut R c r re f I Cl o c k Q L     Fig u re  1 .  Boo s t co nv erter  u nder cu rren t m o de (sim p lified  version )            If  T  is th e cl o c k  cycle, th e d w ells ti m e s in  th e two  co nfigu r ation s   are resp ectiv el 1 td T  and  ' 2 (1 ) td T d T  and the  duty cycle  1 dt T  i s  gi ven  by  [ 9 ] :     () ( ) () l n () ( ) in L s w L L s w i n L sw ref Vr r i n L dn Tr r V r r I         (1 )     The system  sta t e is expresse as:    ii i i x Ax B U    (2 )     with  i A B i  t h e st ate  m a trices in  the  i th  co nfi g u r ation.     1 1 0 () , 0 LS W CR r c A rr L       2 1 () () , () CC C LV D C C R CR r C R r A Rr rr Rr R LR r L            1, 2 1 0 t B L      (3 )     The state is  [] t cL x vi ( c v : voltage  across  capacitor,  L i : inductor  cu rr e n t)   The state ca be expressed by   0 () 11 0 () ( ( ) ) i At t ii i i g i i g X te X t A B V A B V     (4 )     The sy stem   m odel is  o b taine d   usin (4 ) t o   descri be th e c o nve rter  be ha vior  in eac h c o nf igu r ation  an d   using the state final val u e of the actual configuration,  as i n itial value for the ne xt confi g uration and so on  until obtaini n the system  respon se duri ng the  whole tim rang.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS   I S SN:  208 8-8 6 9 4     Experime ntal  S t udy  of the  B o o s t C onve r ter u nde r C u r r ent  Mo de C o ntr o l   (Djamal Gozim)  58 8 3.   PR OPOSED   EX PER I M E NTA L  CIRC UIT OF  BOOST CONV ER TER   UN DER   C URR ENT  MO DE CO N T ROL   As  pres ente d i n  Fi gu re  2.   We  use d  t w o  o p er ationa am plifi e rs TL084 to  obta in the error  between t h feed bac k  cu rre nt an d the  re fe rence c u rre nt.  After t h at we   p a ss by  P I  c ontr o ller,  whe r e th e co ntrol si gna m u st   be com p ared  with the triang ular sig n al that can be pr od uc ed by  th e ICL8038 circuit to obtain the duty cycle  applied on t h switch.          D 3 k   +    -    +   -    +    -    +   -    +    -     -    +   -1 2 V   +1 2 V   -1 2 V   -1 2 V   -12V   + 12V +1 2 V   + 12V   +1 2 V   +1 2 V   B C 1 07  L   i V   84 0 IR F C Lo ad R   0. 1 10 k   100 k   100 100 k   100 k   100 k   10 k 10 k 0. 1 f 10 k 10 k out V F B I   erro r   controller PI   ref I current ference Re       -12V       Figu re  2.  Ex pe rim e ntal B oost co nve rter ci rc uit u nde r c u r r e n t m ode co ntr o         Figu re  3.  C a pt ed P h oto  o f  E x perim e ntal B oost c o n v erte r c i rcuit u n d er  cu rre nt m ode co n t rol       3. 1.   Gener a ti on  of  T r i a n g u l ar Si g n al     We u s ed  th e driv er  I C L8 038  sh own  in  Figu re 4  to   ge nerate  expe rim e ntal  trian gular si gna l where th e   fre que ncy  is fi xed at  10 kh z . The  values of pa ram e ters of t h e IC L8038 are calc u lated as fellow:  0. 33 f RC Hence ,   700 R   and  0.0 4 7 Cf .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN:  2 088 -86 94  I J PEDS  Vo l.   6,  No . 3,  Sep t em b e r  2 015  :   58 6 – 593  58 9   Figu re 4.   Tria n gula r   sig n al ge neratio n by   IC L8 03 8 with fre que ncy 10 kh z       4.   RESULTS  A N D  DI SC US S I ON   In bot h  cases, the si m u latio n and the  experim e ntal  study, param e ters  are: 10 V g V L1 m H , R2 2 10 CF l r0 . 4 , an d the  switchin g  f r e que ncy   sw f 1/ T 1 0 K H z [10] ,   [1 1] . We  d o   com p arisons between  t h e results  obta ine d   by si m u lation a n d those  obtained by t h e e x perim e ntal plant unde the va riation  of  refe re nce c u r r ent,  in put  v o ltage a n d   the  load t o  a n alyze the  used c u rrent m ode c ont rol   per f o r m a nces.     4. 1.   Ori g i n al  B o os t C o n v er ter B e ha vi our   We can rem a rk, in Fi gu re 5 ,  for  b o th cases : sim u lation a nd e xpe rim e ntal that the ind u cto r  cu rre nt  follows the  reference c u rrent  1 ref iA , in the Figure  6 the val u e of  the  output volt a ge in the sim u lation a n expe rim e ntal is  14 ou t VV .         Figu re  5.  Ex pe rim e ntal and Si m u lation o f  i n duct o r  cu rre nt     0 . 047   f   f       12     3       4       5       6       7       8       10       11   82   k       70 0       70 0     Triangular s igna l 8038 I CL     - 12V     +12V Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th   i re f =1(A)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS   I S SN:  208 8-8 6 9 4     Experime ntal  S t udy  of the  B o o s t C onve r ter u nde r C u r r ent  M o de C o ntr o l   (Djamal Gozim)  59 0   Figu re  6.  Ex pe rim e ntal and  Si m u lation  o f  O u tput voltag e       4. 2.   Vari ati o n of Refere nce Current          Figu re  7.  Ex pe rim e ntal va riation  o f   refe rence  cu rre nt  i ref       We  rem a rk in  Figu re  7 e x peri m e ntal results t h at  whe n  inc r e a se the  refe re nce curre nt, t h duty cycle  (cha nnel two) i n crease  to  obta in an in duct o current cl ose t o  the  re fere nce .             O u t p u t  V o lt age   (V Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th  i re f =0.5(A)   Duty Cycle   d   Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th  i re f =2(A)   Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th  i re f =3(A)   Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th  i re f =4(A)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN:  2 088 -86 94  I J PEDS  Vo l.   6,  No . 3,  Sep t em b e r  2 015  :   58 6 – 593  59 1 4. 3.   V a ri a t i o n  o f  In put  V o l t age               Figu re  8.  Ex pe rim e ntal va r i ati o n of  in pu v o l tag e       We rem a rk in Figu re 8, that  whe n  we  decre a ses  the input voltage the induct or curre n t decreases, so  the duty cycle  (cha nnel two) i n cr ease  to  obta in an induct o current cl ose t o  the  re fere nce  curre nt.      4. 4.   V a ri a t i o n  o f  L o ad       Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th Input voltage  V g =3(V )   Inductor C u rren t  w i th Input voltage  V g =7(V )   Duty Cycle   d   Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th Input voltage  V g =15(V )   Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th Load  R=15( )   Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th Load  R=46( )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS   I S SN:  208 8-8 6 9 4     Experime ntal  S t udy  of the  B o o s t C onve r ter u nde r C u r r ent  M o de C o ntr o l   (Djamal Gozim)  59 2   Figu re  9.  Ex pe rim e ntal variation  o f  l o ad       We rem a rk in  Fig.9, that  whe n  we i n crease t h e lo a d  the inductor curre nt decreases, so the duty cycle   (cha nnel two) i n crease  to  obta in an  induct o r current follo w  the  re fere nce.        5.   CO NCL USI O N   In this  pa per a n  ex perim e ntal circuit of DC -DC   c o nve rter  un de r cur r e n t- m ode contr o is analy s ed.   The  obtained e xpe rim e ntal results we re c o m p are d  t o  t hose   of  sim u lation whic h c o nfirm s  the e fficie n c y  of  the   pr o pose d  e xpe rim e ntal circu it to study  th e diffe re nt  be havi ors  o f  the  B oost c o n v e r ter u n d er  dif fre nts   param e ters va r i ationsuc h as  t h e e f ere n ce c u rrent, the i n put  voltage  and t h e  load.        ACKNOWLE DGE M ENTS   We tha n k o u r   colleagu e  Pr o f . D r Osam a Ahm e d M AHJ O U B  f r om  Facu lty  of En ginee r in g- C a ir Uni v ersity (E gypt)  who  provided insi ght a nd exper tise that  greatly assisted this re searc h   work.        REFERE NC ES   [1]   J.R.G. Marr ero,  J.M. Font , G.C .   Verghese, “Analy sis of th e Chao ti c Reg i me for D C -DC Converter s under Current- Mode Control”,  IEEE   1996 .   [2]   H. Lihong, J. Meimei, D. Zhong wen,  W. Jianhua, “Chaos Control for th e Boost Converter under Current-mode   Control”,  I EEE   2010 .   [3]   X. Zhiy u, X. W e isheng, Y. You ling,  W. Qidi, “A Stud y  on the  Stability   of Curr ent-Mode Contr o l Using Time- Delay  Model of   Pulse-Width-Modulator ”,  IEEE  2 010 .   [4]   N. A. Natsheh,  B. J.  Natalia, J.G. Kettleborough,   “Control of  chao s in DC DC Boo s t conver t er ”,  IE EE  2008 .    [5]   W. M. Utomo,  S. S.  Yi,  Y . M. Y Buswig,  Z. A .  Haron,  A. A. Bak a and M.  Z. Ahmad, “Voltag e  Tr acking of  a DC-DC   Fly b ack Conv erter Using Neur al  Network Control”,  IJ PE DS   Vol.2 ,  No.1 , Mar c h 2 012, pp . 35~42   [6]   R.Anus u y ad evi,  P . S u res h  P a ndiarajan , J . M u ruga  Bharath i , “ Sliding Mode Controller  ba se d Ma ximum  Powe r Poi n t   Track ing of  DC  to DC Boost Co nverter ”,  IJ PED S  Vol.3 ,  No.3 , S e ptember 201 3,  pp. 321~327   [7]   R.W. Erickson, D. Ma ksimovic, “Fundamentals of Power Electron i c”,  kluwer Academic Pu blishers, Boston Dordrecht, Lond on , 1999 .   [8]   B. Soumitro, G.C. Verghese, “ N onlinear  phen o mena in power electron i cs”,  Published b y   Jo hn Wiley  &   So ns,  Hoboken,  NJ TK7881.15 B36 20 01 .      [9]   K. Guesmi, “ Co ntribution  a la co mmande  floue d un Convertisseur statique”,  T h es i s  of U R CA Rei m s   01-12-2006   [10]   Y. S.  Ping,  K. L. Yean,  Y. C.  Chen,  K. H.  Chen,   “C urrent-Mode S y nthetic Con t r o l Technique fo r High-Ef c i ency   DC–DC Boost Converters Ov er  a Wide  Load R a n g e”,  Transaction s  On Very Large Scale In tegratio n IEEE  2013 .   [11]   D. Cafagn a, G .   Grassi, “Expe rimental stud y  of   d y namic be h a viors and routes  to  chaos in  DC DC Boost conver t ers”,  Elsevier, journal chaos  2005 .   [12]   M.K. Kazimierczuk, “Transfe r Function of Current Modulator in  PWM  Converters with Current-Mode Control”,  Transactions on  Circuits and  Sys t ems IEEE  2010 .      [13]   L. Qingfeng ,  L. Zhaoxia, S. Jinkun,  W. Huamin, “A Co mposite PWM  Cont rol Strateg y  for Boost Converter”,  Els e v i er ,  Phys i c s  Pr ocedia   2012.        Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th Load  R=76( )   Duty Cycle   d   Inductor C u rren t  w i th Load  R = 1 16( )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN:  2 088 -86 94  I J PEDS  Vo l.   6,  No . 3,  Sep t em b e r  2 015  :   58 6 – 593  59 3 BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS     Djamal Goz i m . Was born in Djelfa-Alg eria, in  1980. He  receiv ed a Magister fr om poly t ecnical  m iliter y  s c hool  i n  2006. H e  is  a  Phd Student  in  Un iversit y  Am ar  Telidj i  -  Lagho uat, Alger i a. He  works  in Univers i t y  of Djelf a , Alger i a ,  F acult y of s c i e n ces  and te chn o log y , E-m a i l :   gozimansour@gmail.com.     Kamel   Guesmi  rec e ived  th e B E ng degr ee  in  Ele c tri cal  Eng i n eering  from  the  Universit y   of  Djelfa, Algeria, in 2000, the MSc and Ph de grees in Electrical  Engin eering from Reims  University , Fran ce, in  2003  and  2006, resp ectively .     Currentl y , h e  i s  a full Professor with the Depa rtment  of Electrical Engineering ,   Djelf a   Universit y , Alg e ria. His resear ch inter e sts in cl ude intellig ent  control ,  robust control ,  power   ele c troni cs and  n online a r d y nam i c s. E-m a il:   g u es m i 01@ uni v- re im s.fr        Djillali Mahi   was born in Fr enda, Alge ria in  1959. He recei ved the B.Sc . degree from  the   School of Frend a , Algeria, in 19 78, the M . Sc. d e gree from University  of  scien ces  and technolog y   of Oran, Algeria in 1983 and the Ph.D. degree fr om  Paul Sabatier University , To ulouse, France  in 1986.  Professor Mahi' s  teaching  activitie s involve  cours e s at th e Bachelor s, Masters,  an d Ph.D. lev e l s   at University  of  Laghouat, Alg e ria. To d a te, he  has given  a nu mber of courses in the fields of  Ele c trom agnet i c  Com p atibili t y high voltag e  en gineer ing, high  voltag e  discharg e ph y s ics an d   Insulating  Coord i nation .  H e  has  a l so been  Dire ct o r  of th e Masters  Program in Engineering .     He is currently   director of st ud y and development of dielectric and semiconductors laborator y .     His  res earch is  in the field of Dielec trics  M a ter i als, Flasho ver of polluted  insulators and  Ele c trom agnet i c  Com p atibili t y .   E - mail:  d.m a hi@uni v-la gh o u ate.dz     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.