Análisis y reconstrucción de fallas en sensores de corriente para convertidores Buck interleaved

Abstract

Los convertidores interleaved poseen múltiples etapas de potencia en paraleloque distribuyen la corriente requerida por la carga, reduciendo las pérdidas de conducción yel estrés térmico en los dispositivos. Sin embargo, el desafío principal es controlar estosconvertidores y asegurar una distribución equitativa de la corriente de carga entre las ramas, conocido como balance de corrientes. La falta de una estrategia adecuada de balance puede causar estrés desigual en los semiconductores y daños en el convertidor. Incluso, este problema puede agravarse en caso de falla en alguno de los sensores de corriente. En elpresente trabajo se presenta una estrategia para reconstruir las señales de falla en los sensores de corriente de un convertidor CC/CC tipo buck interleaved, utilizando un observador de modos deslizantes. La estrategia emplea un banco de filtros para diseñar el observador en un sistema de orden ampliado, abordando la falla del sensor como una fallaen el actuador. Se analiza el impacto de las fallas en los sensores de corriente sobre el balance de corrientes y el error de estimación de corrientes, demostrando la incapacidad de detectar fallas de manera algebraica. Además, se realizan simulaciones para verificar la validez de la técnica propuesta, mostrando que la estrategia es efectiva para mantener elbalance de corrientes y reducir el impacto de las fallas en los sensores de corriente. La propuesta contribuye significativamente a la robustez de los convertidores del tipo inrleaved, permitiendo implementar estrategias tolerantes a falla.

Interleaved converters have multiple power stages in parallel that distribute the current required by the load, reducing conduction losses and thermal stress in the devices. However, the main challenge is to control these converters and ensure an equitable distribution of the load current among the branches, known as current balancing. The lack of an adequate balancing strategy can cause uneven stress on semiconductors and damage the converter. Moreover, this problem can be exacerbated if any of the current sensors fail. This paper presents a strategy to reconstruct fault signals in the current sensors of an interleaved buck DC/DC converter using a sliding mode observer. The strategy employs a bank of filters to design the observer in an extended order system, addressing the sensor fault as an actuator fault. The impact of current sensor faults on current balancing and current estimation error is analyzed, demonstrating the inability to detect faults algebraically. Additionally, simulations are carried out to verify the validity of the proposed technique, showing that the strategy is effective in maintaining current balance and reducing the impact of faults in current sensors. The proposal significantly contributes to the robustness of interleaved converters, allowing the implementation of fault-tolerant strategies.