Development of A Small-Signal Model for the DC-DC Buck Converter Based on the Three- State Switching Cell

Authors

  • Fernando Lessa Tofoli Universidade Federal de São João del-Rei https://orcid.org/0000-0001-7313-9060
  • Adjeferson Custódio Gomes Universidade Federal de Uberlândia
  • Wesley Henrique Maciel Universidade Federal de São João del-Rei
  • Eduardo Moreira Vicente Universidade Federal de São João del-Rei
  • Paula dos Santos Vicente
  • Aniel Silva de Morais Universidade Federal de Uberlândia
  •  Fábio Vincenzi Romualdo da Silva Universidade Federal de Uberlândia

Keywords:

buck converter, dc-dc converter modeling, PWM switch mode, three-state switching cell

Abstract

This paper presents the small-signal modeling of a dc-dc buck converter based on the three-state switching cell (3SSC) using the PWM (pulse width modulation) switch model, which is a far simple approach if compared with other similar techniques e.g. average state-space modeling. The ac model is properly derived, which allows obtaining relevant transfer functions involving several variables. It is also shown that the Bode diagrams corresponding to the mathematical expressions obtained in the theoretical analysis are properly verified by simulation, being able to represent both operating conditions of the 3SSC i.e. nonoverlapping mode and overlapping mode. Finally, some results regarding the converter operation in voltage mode control are presented and discussed.

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Author Biographies

Fernando Lessa Tofoli, Universidade Federal de São João del-Rei

Fernando Lessa Tofoli received the B.Sc., M.Sc., and Ph.D. degrees in electrical engineering from the Federal University of Uberlândia, Uberlândia, Brazil, in 1999, 2002, and 2005, respectively. Currently, he is a Professor with the Department of Electrical Engineering, Federal University of São João del-Rei, São João del-Rei, Brazil. His research interests include power-quality-related issues, high-power factor rectifiers, nonsolated dc-dc converters with wide voltage conversion range, novel converter topologies, and solar photovoltaic systems.

Adjeferson Custódio Gomes, Universidade Federal de Uberlândia

Adjeferson Custódio Gomes possui graduação em Engenharia Elétrica (2011) e mestrado em Engenharia Elétrica (2014) pela Universidade Federal de Uberlândia, sendo que atualmente cursa doutorado na mesma instituição. Possui experiência em eletrônica de potência e tem interesse em fontes alternativas de energia aplicadas em sistemas autônomos e conectados à rede elétrica, eficiência energética e qualidade da energia elétrica.

Wesley Henrique Maciel , Universidade Federal de São João del-Rei

Wesley Henrique Maciel possui graduação em Engenharia Elétrica (2014) e mestrado em Engenharia Elétrica (2016) pela Universidade Federal de São João del-Rei. Possui experiência em eletrônica de potência e tem interesse em modelagem de conversores estáticos e retificadores de alto fator de potência.

Eduardo Moreira Vicente , Universidade Federal de São João del-Rei

Eduardo Moreira Vicente possui graduação em Engenharia Elétrica (2007) pela Universidade Federal de São João del-Rei e Mestrado (2009) e Doutorado em Engenharia Elétrica (2015) pela Universidade Federal de Itajubá. Seus interesses em pesquisa incluem microcontroladores, conversores CA-CC e CC-CC, sistemas de controle digitais e energia fotovoltaica.

Paula dos Santos Vicente

Paula dos Santos Vicente possui graduação em Engenharia Elétrica (2007) pela Universidade Federal de São João del-Rei e Mestrado (2009) e Doutorado em Engenharia Elétrica (2015) pela Universidade Federal de Itajubá. Seus interesses em pesquisa incluem microcontroladores e processamento de energia solar fotovoltaica.

Aniel Silva de Morais, Universidade Federal de Uberlândia

Aniel Silva de Morais possui graduação em Engenharia Elétrica (2002), mestrado em Engenharia Elétrica (2004) pela Universidade Federal de Uberlândia e doutorado em Engenharia Elétrica (2008) pela Universidade Federal de Santa Catarina. Atualmente, é professor da Universidade Federal de Uberlândia. Seus interesses em pesquisa incluem sistemas de controle, conversores eletrônicos de potência aplicados a fontes de energia renováveis e microgrids CC.

 Fábio Vincenzi Romualdo da Silva, Universidade Federal de Uberlândia

 Fábio Vincenzi Romualdo da Silva possui graduação (2000), mestrado (2003) e doutorado em Engenharia Elétrica (2007) pela Universidade Federal de Uberlândia. Atualmente, é professor da Universidade Federal de Uberlândia. Seus interesses em pesquisa incluem automação e controle, microcontroladores e sistemas embarcados.

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Published

2019-11-02

How to Cite

Lessa Tofoli, F., Custódio Gomes, A., Henrique Maciel , W., Moreira Vicente , E., dos Santos Vicente, P., Silva de Morais, A., & VincenziRomualdodaSilva, Fábio. (2019). Development of A Small-Signal Model for the DC-DC Buck Converter Based on the Three- State Switching Cell. IEEE Latin America Transactions, 17(4), 573–581. Retrieved from https://latamt.ieeer9.org/index.php/transactions/article/view/2647

Issue

Vol. 17 No. 4 (2019): Ordinary Issue

Section

Articles