In low power, battery-operated, portable applications, like cell phones, PDAs, digital cameras, etc., miniaturization at a low cost is a prominent driving factor behind product development and marketing efforts. As such, power supplies in portable applications must not only conform and adapt to their highly integrated on-chip and in-package environments but also, more intrinsically, respond quickly to fast load dumps to achieve and maintain high accuracy. The frequency-compensation network, however, limits speed and regulation performance because, in catering to all combinations of the output capacitor, its equivalent series resistance Resr, and the power inductor resulting from tolerance and modal design targets, it must compensate the worst-case condition and therefore restrain the performance of all other possible scenarios. Sigma-delta control, which addresses this issue in buck converters by easing its compensation requirements and offering one-cycle transient response, has not been able to simultaneously achieve high bandwidth, high accuracy, and wide LC-Resr compliance in boost (step-up) converters. This thesis investigates and presents techniques to achieve sigma-delta control in boost converters by essentially using explicit current and voltage control loops. The proposed techniques are developed conceptually and analytical expressions for stability range and transient response are derived. The proposed concepts are validated and quantified through PCB and IC prototypes to yield 1.41 to 6 times faster transient response than the state of the art in current-mode boost supplies, and this without any compromise in LC-Resr compliance range.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή διάταξης φόρτισης του κινητήρα ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Κύριος σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή ενός αμφίδρομου ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος, που θα ελέγχει μια μηχανή συνεχούς ρεύματος ξένης διέγερσης, η οποία συνδέεται μέσω ενός συστήματος μετάδοσης με τον κινητήρα ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος. Απώτερος στόχος είναι η εξομοίωση όλων των πιθανών φορτίων που ασκούνται σε έναν κινητήρα κατά την κίνηση του οχήματος. Αρχικά αναλύεται το φορτίου του κινητήρα κατά την κίνηση του οχήματος και αναζητούνται τρόποι για την εξομοίωση και τη σύνδεση των εξωτερικών δυνάμεων που ασκούνται στο όχημα με τη ροπή της μηχανής. Στη συνέχεια αναλύθηκε ο αμφίδρομος ηλεκτρονικός μετατροπέας που χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της μηχανής συνεχούς ρεύματος και αναζητήθηκαν οι κατάλληλες μέθοδοι για τον έλεγχο του συγκεκριμένου μετατροπέα. Το επόμενο βήμα ήταν η προσομοίωση του συνολικού συστήματος φόρτισης προκειμένου να εξακρθωθεί η ορθή λειτουργία του πριν την κατασκευή, με χρήση του λογισμικού MATLAB/SIMULINK. Τέλος, μελετάται και κατασκευάζεται στο εργαστήριο η πειραματική διάταξη, με τη χρήση της οποίας διεξάγονται οι μετρήσεις για την επιβεβαίωση και την αξιολόγηση της θεωρητικής μελέτης. / This thesis discusses the design and manufacture of a charging device intended for an electric vehicle motor. The work was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering, School of Engineering, University of Patras. The main purpose of this thesis is to manufacture a bidirectional electronic power converter able to control a DC motor which is connected with the engine of an electric vehicle via a transmission system. The ultimate goal is to simulate all possible loads exerted on a motor during the vehicle movement. Initially we analyze the load on the engine during vehicle movement and seek ways to simulate and combine the external forces acting on the vehicle with the engine torque. In the sequel the bidirectional electronic power converter used to control the DC motor is analyzed and appropriate control methods are investigated. The next step is to simulate and validate the overall system functionality using MATLAB / SIMULINK, before actually proceeding with the manufacture. Finally, an experimental setup is prepared in our lab, the results of which are utilized to confirm and evaluate the aforementioned theoretical study.