I n d o n e s i a n  J o u r n a l  o E l e c tr i c a l  E n g i n e e r i n g   a n d  C o m p u te r  S c i e n c e   V ol .  8,   N o.   1,  O c t ob er  20 17 ,  pp 159   168   D O I :  10. 115 91/ i j eec s . v 8 .i 1 . pp 15 9 - 16 8           1 59       R ec ei v ed   J une 2 9 ,  20 1 7 ;  R ev i s ed  A ug us t  15 ,   20 1 7 ;  A c c ept ed  S e pt e mber  23,  201 7   S er ies - L o ad e d   Reso n an t  Co n v er t er  DC - DC B u ck  O pe r a ti n g f or  L o w  P o w e r         M . F . O m a r *,   H .C .M . H a r is   F ac u l t y  of  E l ec t r i c a l  E ng i ne er i ng,   U ni v er s i t i  T ek no l ogi  M A R A ,   S hah A l am ,  S el ango r ,  M al ay s i a   * C or r es po ndi ng a ut hor ,   e - m a i l:   m f aw z i i e@ gm a i l . c om       A b st r act   T h i s p ap er  pr e s e nt s   t he  f un c t i ons   o S er i es - Lo ad ed R e s on a nt  C on v er t er  ( S LR C ) S er i es   L oaded   R es ona nt  D C - D C  c o nv er t er  i s  a t y pe  of   s of t - s w i t c hi n g t o pol og y  w i del y  k now n f or  pr o v i di ng  i m pr ov e d   e f f i ci e n c y.   Z er o v ol t a ge  s w i t c hi ng ( Z V S )  bu c k  c o nv e r t er   i s  m or e pr ef er a b l e  ov er  har d  s w i t c hed  bu c k   c on v er t er  f or  l ow  pow er ,   hi gh f r equ enc y  D C - D C  c onv e r s i on a ppl i c at i o ns .  Z er o V ol t age s w i t c h i ng   t ec h ni qu es  w i l l  be  us ed t o i m pr ov e  t he  ef f i c i en c y   of   c ur r en t  and  v o l t ag e at  t he  s er i e s  l oa ded h al f - br i dg re c t i f i e r.   T he r e s ul t s   w il l b d es c r i bed f r om   P S IM  s i m u l a ti o n Pr ogr am m i ng o f  M A T LA B   c al c ul at i o n an d   har dw ar e t es t i ng .     K eyw o r d s:   Se ri e s - L oad ed R es on ant  C o nv e r t er  ( S LR C ) ,   Z er o V o l t ag e S w i t c hi ng ( Z V S ) ,  H al f - B r id g r ec t i f i er ,  P S I M  s i m ul at i o n,  M A T LA B  c a l c u l at i on s         C o p y r i g h t   ©   2 01 7   In s t i t u t e  o f  A d v a n c e d  E n g i n e e r i n g  a n d   S c i e n c e .  A l l  r i g h t s r es er ved .       1 .  I n tr o d u c ti o n   O ne of  t he t r ends  i P o w er  E l ec t r on i c s  f i el d i s  t o ge t  t he hi ghl y  ef f i c i ent  po w er  s u ppl i es .   R es ona nt  c onv er t er  w i l l  be  us ed bec aus e i t  i s  s i m pl e i n c i r c ui t  c onf i gur at i on a n d   pr epar at i o n.   W h en t he y   ar us ed  i n  t h pr o duc t i on  of  r el a t i v e l y  f i x ed a ppl i c at i ons  s uc h r es o nant  c on v er t er   us ed i n s w i t c hi n g p o w er  s upp l y  m ode as  s h o w on  t he c om put er ,  a  bat t er y  c h ar ger  an d D C   m ot or   dr i v e,   h i g ef f i c i enc y  and l o w   s w i t c hi ng l os s es  w i l l  be   s et   as  a r u l e.   T he s er i es  l oa ded r es ona n t   c onv er t er   ( S LR C )  us of  one r es o nant  c apac i t or  ( )  and   r es onant  i nduc t or   i n  s er i es   w i t h  a  MO S F E T  t o t he  l oad .   S L R C   i s  d i v i de i nt o  f our   s t ages  c ont ai n   a D C  s upp l y ,  r es on ant  c i r c ui t ,  s q uar w a v gen er at or ,  an d r ec t i f i er  l oad  t o  gi v t he  des i r ed   o u tp u t [1 ].     R es ona nt  c o nv er t er s  c an  be c l as s i f i ed,   dep end  on  t he s our c i s  ex t r ac t e d f r om  t he  r es onant  c i r c u i t ,   i nt t he t hr ee t y p es :  i )  s er i es  r es ona nt  c onv er t er ;  i i )  par a l l e l  r es on ant  c on v er t er ;   and i i i )  s er i es - par a l l el  c on v er t er  [ 2] .  H o w e v er ,  t h e dr a w bac k  i s  t hat  t he s er i es  r es onan t  c onv er t er   c har gi n v ol t ag e c ann ot  b e  pos s i b i l i t y  c ont r o l l ed a t  no  l oad.     T he s er i es  l oad ed r es o na nt  c on v er t er  us u al l y   w or k s  s t ep - do w n ( buc k )  c onv er t er  [ 6] .     D es i gn  of   t he  s er i es   l oa de c o nv er t er   i s   t m ai nt ai c ons t ant   of   t he  po w er ,   c ur r e nt   and  v o l t a ge   w i t adj us t i ng t he s w i t c hi ng  f r equenc y   of  t he c on v er t er   at  t h e MO S F E T .       1. 1   P r o b l e m  S ta te m e n t   Mos t  of  t he c on v er t er  c anno t  get   t he c o ns t ant   and s t a bl e  v ol t age  bec a us e   t he   v ol t a ge   h as   r el e v a nt  r i pp l e.   W i t h t he S LR C  c an s ol v e t hi s  pr obl em .   S w i t c h i ng l os s es  ar e di r ec t l y   pr opor t i on al   t o t h e s w i t c h i ng f r equ enc y  [ 1] ,  f or  ex am pl e w hen  hi gh  f r eque nc y  l os es  t h e   f r equenc y  s w i t c hi ng  w i l l  a l s o be  hi gh.   DC - D C  c on v er t er s  op er at e b y  s w i t c hi ng  i n put  v ol t a ge  at   hi g h f r equ enc i es .   W h en a  s w i t c h t ur ns  o n or  t ur n  of f  i t  t ak es  a s hor t  of  t i m f or  i t s  v o l t ag e or  c ur r ent   t o dr o p t z er o.  D ur i ng   t hi s  t i m e c onv er t er  s w i t c hi n w i l l   l os s es .     H ar s w i t c h i ng  oc c ur s  w he t he  s w i t c i s  t ur ne d on  o r   t ur ned  of f  w he t he  v o l t a ge  o c ur r ent   i s   non - z er o.   W hen  t he  v ol t age  or   c ur r ent   w i t hi n   t he  c on v er t er   i s   s w i t c hed  as   t he  v ol t age   or   c ur r ent   i s   nat ur a l l y   z er o,   s of t - s w i t c hi n g i s   oc c ur r i ng .   T he  c onv er t er   w i l l   g i v s l o w  r es pon d   t i m e oper at i on.  T hi s  g i v es  poor  ef f i c i enc y  c a pab i l i t i e s .   W h i l t h e ef f i c i enc y  w a s   v er y  l o w  an d   t her ef or e s ol v i ng t hi s  pr obl em  c an be ov er c om e b y  us i ng t h e r es on ant  c o nv er t er .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.  8 N o.  1,  O c t o ber  20 17  :   1 59     1 68   160   1. 2 L i t e r at u r e  R ev i ew      T hi s  pr oj ec t  i s  t o opt i m i z e t he i nf or m at i on f r o m  ot her  r es ear c h t o be a bet t er  pr op os i t i on  t han  b ef or e.   T he  i nf or m at i on  i nc l ude ho w   t i m pl em ent at i on.   S om of   t hi s   i nf or m at i on  c an  be   us ed  as   s er i a l ,   par a l l e l   a nd  s er i es   p ar al l e l   r es on a nt  c on v er t er .   T he  S LR C   i f or m ed  b y   c apac i t or ,  i nduc t or  at  t he  r es onan t  t a nk  par t  a nd  h al f - br i dge  r ec t i f i er   at   t he  o ut put  t er m i nal s   m ak i ng  i t   pos s i bl t o bt a i t he  o ut pu t   D C .   T he  f i r s t   s t ep  w as   t s el ec t   t he  c i r c ui t   t o po l og y   f or   t he s er i es - l oa ded r es ona nt   c onv er t er .     T he  adv ant ages   of   S LR C   a re   t he  s of t   s w i t c hi ng  c om par t o   ot her   c on v er t er   t o po l ogi es .   T he l i t er at ur e des c r i bes  a bout  s of t - s w i t c h i n g t ec hn i q ues  t o i m pr ov e an ef f i c i en c y  of  r es onant   DC - D C  c on v er t er s .  T he S L R C  i s   v er y  s i m pl e and  eas y  t o d es i gn .         2 .  M e th o d o l o g y     2. 1 B l o ck D i ag r a m  o f  S L R C  D C - DC   a.   D C  I np ut  s up pl y  :   24 V   T he po w er  s up pl y  us e d i s   a s our c e f r o m  t he dc  po w er  s uppl y   v o l t a ge w hi c h i s   r ec ei v ed  24V .  D C   P o w er  s upp l y     s et  i s  on l y  24 V  o ut p ut   b.   S qu ar w a v e  G ener at or  f or  Mos f et ;   S qu ar w a v e G e ner at or  f or  MO S F E T  i s  a us i ng t w o N - c hann el   MO S F E T  c o nnec t or  i n   s er i es .  I nj ec t  t h e p ul s e s i gn al  a t  t h e ga t w i t h f r equ enc y   2 0 k H z .   c.   C ont r o l  a nd   D ri v e r C i rc u i t ;   1.   C ont r o l  c i r c ui t  c ont a i n T he C ont r o l l er  A r dui no i nt er f ac e w i t h t he s i m pl e pr ogr am m i ng,   us ed t o  ge ner at e an d g et  t h e s quar w a v w i t h  f r equen c y   of  20  K H z .   2.   D r i v er   C i r c u i t   c o nt a i t he   I C   I R 2 110   i s   r equ i r ed   t o   bo os t   up   t h o ut p ut   w av ef or m   t o   de s i r v o l t a ge  l e v el  t dr i v e  t he  MO S F E T  i n  r es ona nt  c i r c ui t .   d.   S er i es  Loa ded  R es o nant  C onv er t er  c i r c ui t ;   T he c onv er t er  pr od uc ed   b y   t he  r es ona nt  c a pac i t o r  t hat  c o nnec t ed s er i es   w i t h  t he  i nd uc t anc t o t h l o ad.   T her ef or e t he c i r c ui t  i s  s ui t a b l f or   t he s t ep - do w n V ol t a ge  f or  l ow   po w er  a pp l i c at i o ns .   e.   R ec t i f i er  f or  dc  out put   T he c o m ponent   i n H al f  br i d ge r ec t i f i er   w her e f our  d i o d es  c onnec t e d i n s er i es  and   par al l e l .   f.   Load   T he  l oad ha v e a  c ap ac i t or  and  r es i s t or   c onn ec t ed i n p ar al l el   t o l oa d.   g.   O ut put   R es ul t  of   t he w av ef or m  and v a l ue  f or  out p ut  v ol t ag e an d out put    c ur r ent                               F i gur e 1 .   B l oc k  di a gr am  of   S LR C       2. 2 .   F l o w   C h ar t  P r o c ess   a.   Li t er a t ur -   T he  f i r s t  bl oc k   i s  t he l i t er at ur e r e v i e w .  F r om   t hi s   bl oc k  c an get  t he c or r ec i nf or m at i on  an d at a   f r o m   ot her   j o ur na l s   an r es ear c t h at   r e l at ed  t t hi s   pr oj ec t .   T hi s   i nf or m at i on c an b e us e d as  a r ef er enc e.   b.   M AT L AB  -   F or  t he s ec on d bl oc k  i s  a C al c ul at i on  S LR C  us i ng M A T LA B  c al c ul at i on   pr ogr am m i ng.  T hi s  s t age i s  t o f i nd t he  v a l u e of   t he  c o m ponent  t o t h e bu i l of  t he  har d w ar e .  A l l  t he  v al u e f r om  t he c al c ul a t i o ns  c an b e f i ne af t er  p er f or m  t he M A T LA B   c al c ul a t i o n pr o gr am m i ng.   S LR   DC - DC   C o n v er t er   R ect i f i er   D C  out put     Lo a d   DC   out put   C ont r ol  a n d r i v er  ci r cu i t   S q u ar e w av G en er at o r   V o l t ag f r o m t h e   s our c e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E EC S     IS S N 2 502 - 4 752     S er i es - Load ed R es ona nt  C onv er t er  D C - D C  B uc k  O per at i n g f or   Low   ( M . F . O m a r )   161   c.   S i m ul at i on  -   F or  t hi r d b l oc k  i s  a S i m ul at e t he c i r c u i t  us i ng  P S I M s i m ul at i o n s of t w ar e.   T hi s   s t age  t ens ur t he   c i r c ui t   and  c om pone nt s   i s   r i ght   p l ac bef or t he  ac t ual   har d w ar e   c om ponent   c i r c ui t s   ar p er f or m ed.   T he  P S I s i m ul at i on   i s   v er y   i m por t ant   f or   t hi s   pr oj ec t ,   t det ec t   t he  p r obl em s   and  t he  har d w ar e   c o m ponent s   of   t he  c i r c ui t  at  t he   s t ar t i ng s t ag e .  T he P S I M s i m ul at i on us e t o s i m ul at e  f or  eac h el ec t r oni c  c i r c ui t .  T he  P S I M s i m ul at i on  pr ov i d es  a  s c hem at i c  i nt er f ac e and  w av ef or m .   d.   D es i gn   -   T hi s  s t a ge  i s   d e s i gn  t he  R es o nant  C o nv er t er  at  t h P C B  b oar d.  T he  w or k   pr ogr es s  r equi r es  t o us i n g  a s pec i f i c  t ool ,  c o m ponen t s ,   m a t er i al  and a l l  t h e dat a r ef er   f r o m   t he  MA T LA B   c a l c u l at i on  pr o gr am m i ng  and  t he  P S I s i m ul at i o of   t he  c i r c ui t .   T hi s   s t age m us t  be us and  as   w el l  as  c ap i t a l  a nd  a v er y  c om pl i c at ed  w or k  pr ogr es s .     e.   T es t i ng  -   W hen f i ni s h t h e d es i gn i ng  par t   of  t he har d w a r e at  P C B  boar d af t er   t hat  t es t i ng   par t  t o  f i nd  t he  v al ue  of  c ur r ent  a nd  v o l t a ge  an d o ut put   w av ef or m .  T he r es ul t   c an be   ana l y s e w i t h t he o ut p ut   w av ef or m  us i ng t he  os c i l l os c opes .     f.   R epor t   -   F or  t he l as t  s t ag af t er  ac hi e v e t he    h ar d w ar e out put  o bj ec t i v es  i s  pr e p a r e t he   r epor t   i nc l u de  t he  T ec hn i c a l   pa per .   A f t er   f i ni s t he   t ec hni c a l   p aper   do  d oc um e nt at i on   and  l as t  par t   i s  do t he  t hes i s  f or  t hi s  pr oj ec t .  A t  t h e t ec hn i c al   pap er  r epor t ,   doc um ent at i o an t h es i s   hav t h r es ul t   of   t he  an al y s i s ,   w a v ef or m ,   gr aphs   and  t a bl c o m par i s on r es u l t .         F i gur e 2 .   F l o w  c h ar t  pr oc es s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.  8 N o.  1,  O c t o ber  20 17  :   1 59     1 68   162   2 . 3   S L RC DC - D C  ci r cu i t     F i gur e 3  s ho w n   i l l us t r at e t h e c om bi ned  of  S LR C  pr ot o t y p e d.  I n t h i s  r es ear c h c o ns i s t ed a   D C  s our c e,  ha l f - br i dge ,  r e s onant  par t ,  o ut p ut  r ec t i f i er  an l oa d ar e ar r a nge d a n d a  c ont r o l l er .   T he c onv er t er  pr oduc e d by  t he r es ona nt  c apac i t or  t hat  c onnec t ed s er i es  w i t t he i n duc t anc e   and t h e l o ad.  S upp l y   v o l t age D C  s our c e i nput   i s  c onnec t ed t o t h e MO S F E T  i nj ec t ed pu l s f r equenc i es  2 0 k H z .  MO S F E T  1and  M O S F E T  2 i s  c on nec t ed  i n s er i es .                 F i gur e 3 .   S er i es - Load ed R es onan t  C o nv er t er  D C - D C  c ir c u it       T he out put  t r es ona nt  c i r c ui t  c onnec t e d bet w ee n s our c e MO S F E T  1  and dr ai n   M O SF ET   2 .   T he  r es ona nt   c i r c ui t   c ons i s t s   of   an t h i nduc t a nc    an c ap ac i t or   Cr   t hat   f or m   t he s er i es - r es onant  c i r c ui t   t o m ai nt a i n a  c ont i nu e c ur r ent   w i t z er o  v ol t age  s w i t c hi ng.  T he   r ec t i f i er   r ec t i f i es   c ur r ent   pul s es   f r o m   t he  r es onant   c i r c ui t   an c har ges   t he  o ut p ut   c apac i t or   an s our c es  t he  l o ad  [ 5] .  I n  t h c onv er t er  t h e r es o nant  c ur r ent  r a t her   t ha n t he  v o l t a ge  i s  r ec t i f i ed  and   s m oot her   f or m   t he  D C   out put   a nd  i t   i s   ag ai as s um ed  t ha t   t h MO S F E T   bo d y   d i od es   f r o m   t he  hal f  br i d ge  ant i  p ar al l e l  d i od es .     T he  c onv er t er   i s   c ont r ol l e d   b y   a dj us t i n t he  dr i v er   p ul s es   t MO S F E T .   T he  ad v a nt ag us ed  MO S F E T   bec aus t he  c om ponent   i s   h i gh  s w i t c hi ng  s pe ed  a nd  MO S F E T   i s   t he  f as t es t   s e m i c onduc t or  d ev i c es  of  s w i t c hi ng b ec aus e c an  t ur on an d of f  v er y  f as t  i n t er m s  of  s w i t c hi n g.   T he y  ar e m aj or i t y  c ar r i er  dev i c es  and t he i r  oper a t i o n i s  bas ed on t he g ener at i o n and r em ov al  of   a n   e le c t r ic   f ie ld   [ 4 ] .   W hen  t he  r ec t i f i er   i s   a   c ur r en t - f ed,   t he   ou t put   f i l t er   on l y   c ons i s t s   of   s hun t   c onnec t e d c apac i t or .  T hi s  i s  bec aus t he f i l t er  m us t  hav e t he  c apac i t y  t o a bs or b s udd en   c hanges   i n t he r ec t i f i er  out put  c ur r ent .   T he oper at i on  of  t he r ec t i f i er  i t   op er at i ng f r equ enc y   and  peak  v o l t a ge   or  c ur r e nt  ar e   f ac t or s   t hat   det er m i ne  w ha t   t y pe  of   s w i t c h es   ar bes t   s ui t ed  f or   t he  S LR C T he  r ec t i f i er   r ec t i f i es   c ur r ent  p ul s es  f r om  t he r es onan t  c i r c ui t  a nd  c har ges  t he  out p ut  c a pac i t or  a nd s o ur c es  t he  l o ad.   T he s i nus oi da l  r ec t i f i er   i n pu t  c ur r ent   def i ne d t h e o per at i on  of  t he  c i r c ui t  [ 1] .   W hen t he c ur r ent      i s  pos i t i v e,   di o des  D 1  an D 4 c ond uc t ,  a nd t he r ec t i f i e r  i npu t  v ol t ag V x y   is  +   W h en t he c ur r ent  r ev er s es  D 2 and D 3 ar e br o ugh t  i nt o  c onduc t i o n and t h e r ec t i f i e r  i nput   v o l t ag s w i t c hes   t .   T he  r ec t i f i er   i nput   v ol t ag i s   t he r ef or e,   s qu ar w a v of   ±   i ph as e   w i t t he  s i n us oi d al  i n put  c ur r ent .  T he r ec t i f i er  out put  c ur r ent  i s   a f ul l - w a v e r ec t i f i er  s i n us oi d   w hi c i s   s m oot b y   t he   f i l t er   c apac i t or     [3 ].   T he  c ap a c i t or   at   t he   out put     i s   as s um ed  t be   l ar ge a nd c a p abl e of   m ai nt ai n i n g a c ons t ant   out p ut   v o l t ag e ac r os s  t he l o ad  w i t hout  r e l e v an t   r i ppl e [ 2 ] .     R e s o na nt     T a nk   R ect i f i er - L o a d   S q u ar e w a v G en er at o r   D   S u ppl y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E EC S     IS S N 2 502 - 4 752     S er i es - Load ed R es ona nt  C onv er t er  D C - D C  B uc k  O per at i n g f or   Low   ( M . F . O m a r )   163   2. 4    S i m u l a ti o n  a n d   A n a l y s i s   F i gur e  4 s h o w n   t he  F l o w   C hat  f or  M A T LA B  c al c u l at i on,  f r om  t he  s t ep of  f l o w   c hat  i s   need  t o N or m al i z e d t h e S w i t c hi ng f r eque nc y  (   w n ) ,  and  t he  v al ue  of  (   w n )   m us t  bet w ee n 0 t o  2.     U s i ng t he  MA T LA B  c al c u l at i on  t o f i nd  t he  v a l u e c om ponent   har d w ar e f or  I nduc t or   r es onant  (   L r ) c apac i t or  r es o nan t  ( C r ) , r e s i s ta nc e f i l t er  ( R ef f ) ,  and  V o l t a ge  o ut put  ( V o   )  at  t h e l oad  of  t hi s  pr oj ec t .                                                               F i gur e 4 .  M A T LA B  F l o w  c h ar t  c al c ul at i on       F i gur e 5  i s  i l l us t r at gr aph  V ol t ag e c onv er s i on r a t i be t w een t he   V o ut V i n   f or  t he s er i es - l oa ded  r es on ant   c on v er t er   w i t h;   Q   =   1,   2,   3,   4,   5.   T he  gr aph  of   F i gur 5   g et s   f r o m   t he  MA T LA B   c a lc u la t io n .     Q1   wo L R                Lo w   l oa d                    ( 1)     Q5   =     wo L R                 H i g h l oad                                                                                           ( 2)     T he   c al c ul at i o n f r o m  t he v al ue of  f r equenc y  an d   m1     V o V in = m1                                                                                                                             ( 3)   W h er e m ax  m =       V o     V i n = 0 . 5   ( f or  hal f  br i dge)   and 1 . 0 ( f or  f ul l   br i d g e) .       S t a rt   N or m al i z ed t he  S w i t c hi ng F r equenc y   0 <  w n <  2   V ol t age r a t i o       P l ot  t he gr aph   C al c ul at e  t he v al ue o f        and    and     E ND   No   Y es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.  8 N o.  1,  O c t o ber  20 17  :   1 59     1 68   1 64       F i gur e 5 .   V ol t ag e c on v er s i o n r at i V o     V i n   f or  t he   S er i es - l o ade d r es ona nt  c on v er t er   w i t h     Q  =  1,  2, 3 , 4, 5 .       F r o m  c al c ul at i on  f or  f r equenc y   =  20   k H z,   V i n     =  24V V o   = 1 2 V ,  and   Q  =  5 V o V in = 0 . 5 .   G r aph  V o     V i n v er s us   ω n       ar s ho w n   i F i gur 5.   F r om  t he gr ap h,  v al u e of   W s ui t abl e i s   1. 00  and  T abl e 1  i s sh o w n   c al c ul a t i o n r es u l t  us i ng  MA T LA B  c al c u l at i on .       T abl e 1 .   V a l ue  us i n g M A T LA B  c a l c ul at i on                 F r o m  t he T abl e  1 s h o w n  t he  v a l ue  m   =   0. 5,   =   1,  an =   12 570 0.  I t   i s  s u i t a bl e t c hoos e a nd t he r es u l t  f r om   c al c ul a t i o n of   and    b y  MA T LA B   s ho w n i n T abl 2.       T abl e 2 .   R es ul t  t h e c om ponen t   v a l ue f r om  MA T LA B  c al c ul at i on     0           24. 0 V   20. 0k H z   100u H   0. 63 uF   3. 1Ω   12. 0 V       2. 5 E q u i v al en t   C i r cu i t  an d   A n al y s i s   F i gur 6 s ho w n   t he e qu i v a l ent  c i r c u i t  of  LC  c onf i g ur a t i on  ha l f  br i dge  S LR C  as  bef or s i nus oi da l  i n put   v ol t ag e and t h e v ol t age f ed r ec t i f i er  i s  r epl ac ed  w i t h a ef f ec t i v e i np ut   r es i s t anc [ 4 ] .   I or d er   t under s t an ho w   t he  S LR C ' s   oper at e,   i t   i s   f i r s t   nec es s ar y   t ana l y z a   s er i es   l oa ded  r es o nant   c i r c ui t .   A   s er i es - r es on ant   c i r c ui t   i s   c om m onl y   s t u di e c i r c ui t   i n   el ec t r i c a l   e ngi neer i ng .   T he  c i r c ui t   c ons i s t s   of   s er i es   c onnec t e s our c e,   i nd uc t o r   and  c ap ac i t or   and  i s  i l l us t r a t ed.       w n   0. 96   0. 97   0. 98   0. 99   1. 00   1. 01   1. 02   m1   0. 44 6   0. 46 8   0. 48 5   0. 49 6   0. 50 0   0. 49 6   0. 48 6   W o   1309 00   1296 00   1282 00   1269 00   1257 00   1244 00   1232 00   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E EC S     IS S N 2 502 - 4 752     S er i es - Load ed R es ona nt  C onv er t er  D C - D C  B uc k  O per at i n g f or   Low   ( M . F . O m a r )   165       F i gur 6 :  L C  c onf i gur at i on  hal f  br i d ge  S LR C                                                        = 1                                                                                                                                  ( 4 )                            T he c har ac t er i s t i c  i m peda n c e of  t he r es on ant  c i r c ui t   i s  det er m i ned b y ;         =                                      ( 5)       W hi l e t he v ol t age c o nv er s i o n r at i o i s  c a l c ul at ed   by :                   = 1 2 1 + 2 8                                           ( 6)       A nd t he    i s  d ef i ne  as ;                                              = 8 2                                                                                                                                  ( 7 )     Z er o V o l t a ge  S w i t c hi ng  w h er e f s   >   f o ,   ( i n pr ac t i c al ,  Q  =   5)                                                     =                                                                                                                                          ( 8 )     2.     D esi g n   an d  H a r d w ar e C i r cu i t   H ar d w ar e   des i gn  as s i s t s   b y   P C B   W i z ar d s of t w ar e   w her t he  c om ponent s  s ui t a bl i ns t a l l   at   P C B   b oar d.   F i g ur 7   il lu s t r a t e   t h P C B   w i z a r c i r c ui t   l a y o ut   f or   t he   S L R C   c i r c ui t   an d   F i gur 8   i l l us t r at e   t he har d w ar c i r c ui t  l a y o ut  a t  t h e P C B  b oar d .             F i gur e   7 .   P C B   W i z ar d c i r c ui t  l a y o ut .       F i gur e 8 .   H ar d w ar e c i r c ui t   l a y o ut   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.  8 N o.  1,  O c t o ber  20 17  :   1 59     1 68   166   3.    R e su l t a n d  D i scu ssi o n   T he  r es ul t s   of   P S I s i m ul a t i on   an har d w ar t es t i ng  w i l l   b s ho w t h b y   t he  F i gur 9   t 17.   T he  F i gur es   w er s ho w n   t he  v ol t age  and  c ur r ent   w a v ef or m   f r o m   dr i v er   c i r c ui t ,   r es on ant   t ank ,  C ont r ol l er   t he  A r du i n o  i nt er f ac e P r ogr am m i ng O ut put ,   MO S F E T  and l oad  ( V _out ) .           F i gur e 9 .   P S I M s i m ul at i on r es ul t   w av ef or m  f or   MO S F E T 1 ( V G S 1)  an d MO S F E T 2 ( V G S 2)   c i r c ui t  ou t put     F i gur e 10 .   P S I M s i m ul at i on  V o l t ag e ( V _x y )   and C ur r ent   (I _ x y ) re s ul t  on  r es onant  c i r c ui t   out p ut           F i gur e 1 1 .   P S I M s i m ul at i on  r es ul t   V o l t ag e O ut   ( V _ou t )  and   C ur r en t  O ut  ( I _ ou t )   at  t he l o ad       F i gur e 1 2 .   H ar d w ar e t es t i n g r es ul t s   V o l t ag (V _ x y ) re s u l t s  at  r es o nan t  c i r c ui t  o ut p ut       F i gur e 1 3 .   H ar d w ar e   t es t i n g r es ul t s  C ur r ent   ( I _x y )  r es ul t   at  r es o nant  c i r c ui t  o ut pu t   F i gur e 1 4 .   H ar d w ar e t es t i n g r es ul t   v o l t a ge  w av ef or m  at  MO S F E T 1 ( V G S 1)  c i r c ui t   o ut put .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E EC S     IS S N 2 502 - 4 752     S er i es - Load ed R es ona nt  C onv er t er  D C - D C  B uc k  O per at i n g f or   Low   ( M . F . O m a r )   167       F i gur e 15 .   H ar d w ar e t es t i n g r es ul t   v o l t a ge  w av ef or m  at  MO S F E T 2 ( V G S 2)  c i r c ui t   out put     F i gur e 1 6 .   H ar d w ar e t es t i n g r es ul t   V o l t a ge    O ut put  ( )   at  l oad           F i gur e 17 .   T he  A r du i no  C o nt r ol l er  i nt er f ac e P r o gr am m i ng O ut pu t   W av ef or m       T abl e 3  i s  s h o w n  t h e c om par i s on v al u of  out p ut   v o l t ag e (  )   f r o m  M AT L AB  c al c ul a t i o n,   P S I s i m ul at i o and  h ar d w ar t es t i ng  r es ul t .   T abl i s   s ho w t h s um m a r y   r es ul t   of  har d w ar e t es t i n g r es u l t  c om ponent  v al ue  and  l o ad.       T abl e 3 .   V al u e (  )   f r o m  MA T LA B  C a l c ul at i on,   P S I S i m ul at i o n an d H ar d w ar e T es t i ng  R es ul t      MA T LA B  c al c u l at i o r es ul t      P S I M s i m ul at i on   r es ul t      H ar d w ar e  t es t i ng  r es ul t   12. 0V   11. 47V   11. 40V       T abl e 4 .   S um m ar y  of  H ar d w ar e t es t i ng r es ul t  c om pon ent   v a l ue  and  l o ad (  )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.  8 N o.  1,  O c t o ber  20 17  :   1 59     1 68   168   4.    C o n c l u s i o n   F or  t hi s  pap er  c an be c on c l ud t ha t   t he S er i es - Lo ad ed R es on ant  C o nv er t er  ( S LR C )   des i g n of  s t e p - do w n t he   v o l t ag e f r om      = 24 V  t  11. 4 V  and   c ons t a nt   of  t h e o ut pu t   v ol t a ge   .  T he anal y s i s  of  t he c ap ac i t or     at  t h e ou t pu t  c an be  m ai nt ai n an d c o ns t ant  t he  v o l t ag e at  t he    w i t h t he  s m al l  r i ppl e v ol t ag e.   W i t h i t  t he  ef f i c i enc y   o f  t he ou t put   v o l t age c an  be  i nc r eas ed .   T he c onc ept   w a s  t o i nc or por at e r es on ant  t a nk s  i n t he c onv er t er s  t o c r e at e os c i l l a t or y   v o l t ag an c ur r ent   w a v ef o r m   and  t hen  Z er V ol t ag S w i t c h i n ( Z V S )     c an  b d ev e l o ped  w hen   i nj ec t  at  t he gat e MO S F E T  t he pul s e s i g na l   w i t h f r eque nc y  20k H z  at  t he M O S F E T  1 and  M O SF ET  2 .     MA T LA B  c al c u l at i on ,  C on t r ol l er   A r d ui n o   i nt er f ac e P r o gr am m i ng,  ,  P S I M s i m ul at i on an d   P C B   w i z ar s of t w ar i s   v e r y   i m por t ant   t d es i g t h i s   pr oj ec t .   T he  des i gn  of   P C B   c i r c ui t   l a y out   f r o m   t he  P C B   w i z ar a n g et   t he  v a l u of   c o m ponent   f r o m   MA T LA B     c al c ul at i on .   A f t er   t hi s   us e   t he  P S I s i m ul at i on  w i t t he  v al u of   c o m ponent   a n c i r c ui t   an r un  t h s i m ul at i o t f i nd  t he   out p ut  s am e l i k e a M A T LA B  c al c u l at i o n.   A f t er  P S I M s i m ul at i on r u n a nd  get   t he  i d eal   out put ,   t he   har d w ar e   w as  t o  des i gn.       5.   R e c o m m e n d a ti o n   f o t h e  F u r th e r  W o r k      R ec om m endat i o f or   t he  f ur t her   w or k   f or   t hi s   pr oj ec t ,   t hi s   c i r c ui t   c an  be  adde t t he   aut c ou pl er .   T hi s   c i r c ui t   c an  be  ad di ng  f eedbac k   s y s t em   i t he  c i r c ui t   and  i t   i s   c an  w i l l   pr ot ec t   f r o m  t he f al s e.  T hi s   c i r c ui t  i n t he c l os ed  l oo p s y s t em .   B y  a ddi ng t h i s  c ont r ol  s y s t em  t he c i r c ui t  i s   out p ut   w a v ef or m  i n t he d es i gn at i on of  t he  v o l t ag or  po w er  l ead  and t he ef f i c i enc y  of  t he  s ys t e m .       A c k n o w l e d g e m e n t   T he aut hor s  w o ul d   l i k e t o ac k now l e dge t he c ont r i but i on of  I ns t i t ut e of  R es ear c h   Mana gem ent  an d I n no v at i o n f or  pr ov i di ng  t he G r a nt  ( 6 00 - I R MI / D A N A 5 / 3/ L E S T A R I  ( 0019 / 20 16) )   and  t he   F ac u l t y   of   E l ec t r i c a l   E ng i ne er i n g,   U ni v er s i t i   T e k nol ogi   M A R A ,   M al a y s i a.   G r at i t ud t al l   c ol l e agu es   f or   hel pi ng  m and   g i v i n m or al   s uppor t   dur i ng  m y   r es ear c h.   L as t   bu t   not   l e as t ;   m y   deep es t  gr at i t u de t o m y   b el o v e d par e nt s  an d m y  br ot her s  f or  t hei r  e nc our ag e m ent ,  s pi r i t ua l   s uppor t  f or  c om pl et i ng t hi s   pr oj ec t  and t hei r  h el p i de v e l opm ent .  T hank   y o u t o t h os e w ho h av e   in d ir ec t l y  c on t r i bu t ed  t o t hi s  r es ear c h.       R ef er en ces   [1 ]   R i c har B   Lebe l .   M odel i ng  A n A nal y s i s   of   A C on s t a nt   P o w er   S er i es - Loa ded  R e s ona nt  C onv er t er .   2011 9 :  91 - 99   [2 ]   J   H e ps y  J os e ph , R .M .S e k a r , J   V e l m ur uga n C lo s ed   Lo o p C ont r o l  o f  F u l l  B r i dge  LL C  R es on ant   C onv er t er  f or  B at t er y  C har gi n g  A ppl i c at i on .  201 4 ;  9 91 - 99 .     [3 ]   A C ro s s ,   A J  F o rs y t h ,   S V  M ol l ov .   H i gh f r eque nc y  pow er  el ec t r on i c  c i r c u i t  and s y s t em .   MS c   i n P ow er   E l ec t r oni c s  and  D r i v es ,   ee 5 b2 .   1998.   [4 ]   A J   F or s y t h,  " H i gh f r eq uen c y  l oad r es o nant  D C - D C  c onv er t er s , "   P ow er  E ng i neer i ng J our n al .   1999 ;   13 :   213 - 2 20 .   [5 ]   M   M i y am ae,  T   Ito , K   M at s us e,   M   T s uk ahar a .   C h ar ac t er i s t i c s  o f  a hi g h f r equ en c y  quas i - r es o nant   i nv er t er  f o r  i n duc t i on h eat i ng u s i ng p ow er   M O S F E T .   E l ec t r i c al  M ac hi nes  a nd S y s t em s  ( I C E M S ) ,  2012  15t h I nt er n at i o nal  C onf er enc on .   20 12 :   1 - 5.   [6 ]   M i hhai l  A l i f a nov .   P ow er  E l ec t r oni c   des i gn o f  a M ul t i  M W  dc / dc  c o nv er t er .   D ep ar t m ent   of  E ner gy  and   E nv i r o nm en D i v i s i o n of  E l ec t r i c  P ow er  E n gi n eer i ng G ¨ ot ebo r g,  S w ede n .   20 13 :   91 - 95                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.