A Digital Twin Based Estimation Method for Health Indicators of DC–DC Converters

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作者
Yingzhou Peng,Shuai Zhao,Huai Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:36 (2): 2105-2118 被引量:166
标识
DOI:10.1109/tpel.2020.3009600
摘要

This article proposes a health indicator estimation method based on the digital-twin concept aiming for condition monitoring of power electronic converters. The method is noninvasive, without additional hardware circuits, and calibration requirements. An application for a buck dc-dc converter is demonstrated with theoretical analyses, practical considerations, and experimental verifications. The digital replica of an experimental prototype is established, which includes the power stage, sampling circuit, and close-loop controller. Particle swarm optimization algorithm is applied to estimate the unknown circuit parameters of interest based on the incoming data from both the digital twin and the physical prototype. Cluster-data of the estimated health indicators under different testing conditions of the buck converter is analyzed and used for observing the degradation trends of key components, such as capacitor and MOSFET. The outcomes of this article serve as a key step for achieving noninvasive, cost-effective, and robust condition monitoring for power electronic converters.
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