I n t e r n a t io n a J o u r n a o f P o w e r   E le c t r o n ic s   a n d   Dr iv e   S y s t e m ( I J P E DS ) Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 ,   p p . 3 5 8 ~ 3 6 8 I S S N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 3 5 8 J o u r n a h o m e p a g e : h ttp : //ia e s jo u r n a l. c o m/o n lin e /in d e x . p h p /I J P E DS Ana ly s is   o f   1 M H Cla s s - E   P o w er  Am pli f ier  f o L o a d   a nd  Du t y Cy cle  Va ria t io ns Yu s m a r n it a   Yu s o p * , S h a k ir S a a t * , H u z a im a h H u s in * ,   I m r a n   H i n d u s t a n * ,   S in g   K io n g Ng u a n g * * * F a c u l t y   o f   E l e c t ro n i c s   &   Co m p u t e E n g i n e e ri n g , U n i v e rs i t i T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a , M e l a k a ,   M a l a y s i a * * D e p a rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   &   Co m p u t e E n g i n e e ri n g ,   t h e   U n i v e rs i t y   o f   A u c k l a n d ,   N e w   Z e a l a n d Ar t ic le   I n f o AB S T RAC T A r tic le   h is to r y : R e c e iv e d No v 3 0 ,   2 0 1 5 R e v i s e d M a r 1 0 ,   2 0 1 5 A c c e p te d M a r   2 7 ,   2 0 1 6 T h i s   p a p e p re s e n t s   t h e   s i m u l a t i o n   a n d   e x p e ri m e n t a l   o f   Cl a s s - E   p o w e r a m p l i f i e w h i c h   c o n s i s t s   o f   a   l o a d   n e t w o rk   a n d   a   s i n g l e   t ra n s i s t o r.   T h e t ra n s i s t o i s   o p e ra t e d   a s   a   s w i t c h   a t   t h e   c a rri e f re q u e n c y   o f   t h e   o u t p u t   s i g n a l . In   g e n e ra l ,   Cl a s s - E   p o w e a m p l i f i e i s   o f t e n   u s e d   i n   d e s i g n i n g   a   h i g h f re q u e n c y   a c   p o w e s o u rc e   b e c a u s e   o f   i t s   a b i l i t y   t o   s a t i s fy   t h e   z e ro   v o l t a g e s w i t c h i n g   ( Z V S )   c o n d i t i o n s   e ff i c i e n t l y   e v e n   w h e n   w o rk i n g   a t   h i g h f re q u e n c i e s   w i t h   s i g n i f i c a n t   re d u c t i o n   i n   s w i t c h i n g   l o s s e s .   I n   t h i s   p a p e r,   a 1 0 W   Cl a s s - E   p o w e a m p l i f i e i s   d e s i g n e d ,   c o n s t ru c t e d ,   a n d   t e s t e d   i n   t h e l a b o ra t o ry .   S K 4 0 m i c ro c o n t r o l l e b o a rd   w i t h   P IC 1 6 F 8 7 7 A   i s   u s e d   t o g e n e ra t e   a   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t i o n   ( P W M )   s w i t c h i n g   s i g n a l   t o   d ri v e   t h e IRF 5 1 0   M O S F E T .   T o   b e   s p e c i f i c ,   i n   t h i s   p a p e r,   t h e   e ff e c t   o n   s w i t c h i n g   a n d p e rf o r m a n c e   a t 1 M H z   f re q u e n c y   a re   s t u d i e d   i n   o r d e t o   u n d e rs t a n d   t h e   Cl a s s - E p o w e a m p l i f i e r b e h a v i o r.   P e rf o r m a n c e   p a r a m e t e rs   re l a t i o n s h i p s   w e re o b s e rv e d   a n d   a n a l y s e d   i n   re s p e c t   t o   t h e   l o a d   a n d   d u t y   c y c l e . T h e   p ro p o s e d Cl a s s - E p o w e r   a m p l i f i e r e ff i c i e n c y   i s 9 8 . 4 4 %   p o w e re d w i t h   1 2 V   d c , o p e ra t e d   a t   f re q u e n c y   1 M H z a n d   5 0 %   d u t y   c y c l e t o   p ro d u c e   a   s t a b l e s i n u s o i d a l   s i g n a l . T h e o re t i c a l   c a l c u l a t i o n s ,   s i m u l a t i o n   a n d   e x p e ri m e n t a l re s u l t s   f o o p t i m u m   o p e ra t i o n   u s i n g   s e l e c t e d   c o m p o n e n t   v a l u e s   a re   t h e n c o m p a re d   a n d   p re s e n t e d . K e y w o r d : C la s s - E P u ls e   w id th   m o d u la tio n R e s o n a n c o n v e r te r Z e r o   v o lta g e   s w itc h i n g Co p y r i g h t © 2 0 1 6 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 e s e r v e d . C o r r e s p o n d in g   A u th o r : S h a k ir S a a t, F a c u lt y   o f   E le c tr o n ic s   &   C o m p u te r   E n g i n e e r i n g , Un i v e r s itiT e k n ik a M a la y s ia   M e la k a , 7 6 1 0 0 ,   Ha n g   T u a h   J a y a ,   M e la k a ,   M a la y s ia . E m a il:  s h a k ir @ u te m . e d u . m y 1 . I NT RO D UCT I O N C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r ,   a ls o   c a lle d   c la s s - E   in v e r te r ,   is   a   r e s o n a n p o w e r   c o n v e r te r   a n d   o f te n a p p lie d   to   d e s ig n   h ig h   f r e q u e n c y   s w itc h i n g   p o w e r c o n v e r te r s .   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r s   a r e   th e   m o s e f f ic ie n t a m p li f ie r s   k n o w n   s o   f a r   b e c a u s e   o f   its   a b ilit y   to   a c h ie v e   a   1 0 0 %   f u n d a m e n ta e f f ic ie n c y   d u e   to   s o f s w itc h i n g o r     Z VS c o n d itio n s [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] . T h e   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   w a s   f ir s t   in tr o d u c e d   b y   N. O a n d   A . S o k a i n   1 9 7 5 [ 1 ] .     T h e   c o n v e n tio n a l   c la s s - E   a m p lif ie r   w a s   d e r iv e d   a n d   a n a l y s e d   e x te n s i v e l y   b y R a a b   i n [ 2 ] .   E a r l y   p a p e r s   a d d r e s s e d   t h e   p r o b le m   o f   th e   e f f ic i e n c y   a g a in s s w itc h i n g   f r e q u e n c y   a n d   d u t y   c y c le b a s e d   o n   m a th e m a tic a a n a l y s is .   S i n c e   t h e   in tr o d u c tio n   o f   t h e   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   t h a o f f e r s   a m a z in g a d v a n ta g e s ,   t h e   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   h a s   a ttr a c te d   a   g r e a d e a o f   a tte n tio n   i n   r e c e n y e a r s .   Af te r   th a t, v a r io u s   to p o lo g ie s   h a v e   a p p e a r e d to   e x p a n d   th e   a p p lic a tio n s   o f   c la s s   E   c ir c u it  s u c h   a s   c la s s   E   in v e r te r [ 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 3 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] ,   c la s s   E   D C /D C   c o n v e r te r [ 1 4 ] [ 1 8 ] a n d   c la s s   E   r e c ti f ie r [ 1 3 ] .   A l s o ,   t h e   c la s s   E   c ir c u it s   a r e a p p lie d   to   R F   p o w e r   a m p lif ie r [ 1 9 ] [ 2 0 ] ,   in d u c tio n   h e a ti n g   s y s te m [ 2 0 ] [ 2 1 ] ,     a n d   R F   p o w e r in g [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] . F ig u r e   1   s h o w s   th e   c o n c e p tu a d e s ir e d   c u r r e n a n d   v o lta g e   w a v e f o r m s   o f   t h e s w itc h   f o r   m a x i m u m p o w e r   e f f ic ie n c y .   T h e   lo w   o r d e r   C la s s - E   p o w e r   a m p lif ie r   o f   F ig u r e   2   g e n e r a te s   v o lta g e   a n d   c u r r e n t Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 6 9 4 I J P E DS Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 : 3 5 8 3 6 8 3 5 9 w a v e f o r m s   th a t   a p p r o x i m a te   to   th e   c o n c e p tu a l   d e s ir e d   wa v e f o r m s   i n   F i g u r e   1 .   T h e   c u r r e n a n d   v o lta g e w a v e f o r m s   o f   t h e   s w itc h   a r e   d is p la c e d   w i th   r e s p e c to   ti m e ,   y ie ld i n g   a   v e r y   lo w   p o w e r   d is s ip a tio n   i n   t h e tr a n s i s to r .   I n   p a r tic u la r ,   t h e   s w itc h   v o lta g e   is   n e a r l y   z e r o   w h e n   t h e   s w i tc h   in   ON  a n d   t h e   d r a in   c u r r e n is d e te r m in e d   b y   t h e   e x te r n a c ir c u it  d u e   to   t h e   s w itc h in g   a c ti o n   o f   t h e   tr a n s i s to r .   W h e n   t h e   s w itc h   i s   OF F ,   t h e s w itc h   c u r r e n i s   z e r o   a n d   th e   s w i tc h   v o lta g e   is   d e te r m in e d   b y   th e   tr a n s ie n r e s p o n s e   o f   th e   lo a d   n e t w o r k . S in c e   th e   s w itc h   c u r r e n a n d   v o lta g e   w a v e f o r m s   d o   n o t   o v e r l a p   d u r in g   t h e   s w itc h i n g   ti m e   i n te r v a l s ,   s w itc h i n g lo s s e s   a r e   v ir t u a ll y   z e r o ,   y ie ld i n g   h i g h   e f f ic ie n c y ,   t h a is ,   t h e o r e tic a ll y   1 0 0 % [ 1 ] [ 2 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 2 5 ] . F ig u r e 1 .     ( a )   C u r r e n T h r o u g h   S w itc h ( b ) Vo lta g e A c r o s s   S w itc h [ 1 3 ] D r i v e r L o a d N e t w o r k L o a d A c t i v e D e v i c e S w i t c h V D D C h o k e I n p u t F ig u r e 2 .     S in g le - e n d e d   S w itc h - m o d e   P o w e r   Am p li f ie r B lo c k   Dia g r a m F r o m   th e   lite r a t u r e   w e   s e e   t h a t ,   e v e r y   d e s ig n   o f   C la s s - E   m e t h o d   h a s   its   o w n   m e r it s ,   a lth o u g h   it  i s ,   u p to   to d a y ,   th e r e   is   s till  r o o m   to   b e   e x p lo r e d   a n d   im p r o v e d .     F u r t h e r m o r e ,   to   th e   b e s o f   o u r   k n o w le d g e ,   th i s   is th e   f ir s ti m e   th a s i m p le   y e f le x ib le   ( c a n   b e   r e p r o g r a m m e d )   d e s ig n   o f   M OS F E T   d r iv e r   c ir c u it  u s i n g m ic r o c o n tr o lle r   P I C 1 6 F 8 7 7 A   a r e   p r e s e n te d .   T h is   p a p e r   p r e s e n ts   d e s ig n   a n d   a n a l y s i s   f o r   s i n g le   e n d e d   C la s s - E p o w e r   a m p li f ie r .   T h e   c o n tr ib u tio n   o f   t h is   p a p e r   c a n   b e   s u m m a r iz e d   a s   f o llo w s : 1 ) T h e   u s e d   o f   S K4 0 C   m ic r o c o n tr o lle r   b o a r d   w it h   P I C 1 6 F 8 7 7 A   a s   a   M OS F E T   d r iv e r   c ir c u it.   M o r e i m p o r ta n tl y ,   b y   i m p le m e n ti n g   s u g g e s te d   c ir c u it  d r iv e r ,   t h e   Z VS   c o n d itio n s   c a n   b e   a c h ie v e d   s u c c e s s f u ll y . 2 ) Ou r   th e o r e tic a l a n a l y s i s   d e s c r ib e d   in   th i s   p a p e r   is u s e f u t o u n d e r s ta n d   th e   c h a r a c te r is ti c s   b e h a v io u r   o f C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r .   T h e   e f f e c ts   o f   c ir c u i p e r f o r m a n c e   w h e n   th e   lo a d   a n d   d u t y   c y c le   v a r ie s   u n d e r o p tim u m   o p e r a tio n   w e r e   a n a l y s e d   s y s te m a tic a ll y ,   b e in g   p r o o f   th r o u g h   t h e o r e tic a l,   s i m u la t io n   a n d e x p e r i m e n ta l r e s u lts . T h e   s tr u c tu r e   o f   th i s   p a p e r   i s   a r r a n g e d   a s   f o llo w s .   S e c tio n 2 e x p la in s   b r ie f l y   t h e   C la s s - E   p o w e r a m p li f ie r   c ir c u it  o p e r a tio n   a n d   r e v e a b r ie f l y   s o m e   e q u a tio n s   u s e d   in   o r d e r   to   g e th e o r e tic a v a l u e   o f c o m p o n e n t s .   M e a n w h ile ,   s e c t io n 3 d is c u s s e s   o n th r e e   s e t s   o f   d e s ig n   e x a m p le s ,   s i m u la tio n   a n d   e x p e r i m e n ta l r e s u lt s   to   v e r if y   t h e   th e o r e tic a l   a n a l y s is   a n d   f i n a c o n c l u s io n s   a r e   d r a w n   in   S e c tio n   4 . 2 . ANAL Y S I S   O F   C L AS S - E   P O WE AM P L I F I E CI RC UI T T h e   ty p ic a c ir c u it  o f   th e   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   a n d   it s   th e o r e tic a w a v e f o r m s   i s   s h o w n   in   F i g u r e   3 a n d   F i g u r e   4 ,   r e s p e c tiv e l y .   I c o n s is ts   o f   d c   s u p p l y   v o lta g e   s o u r c e   V dc ,   a   M OS F E T   a s   a   s w itc h i n g   d e v ic e ,   a s h u n c a p a c ita n c e   C p ,   a   s e r ie s - r e s o n a n R L - L - C   o u tp u c ir c u it  a n d   d c   c h o k e   i n d u c to r   L F .   T h e   c h o k e   i n d u c to r is   u s u a ll y   h ig h   e n o u g h   to   f o r c e   a   d c   c u r r e n t,   I dc .   I n   t h e   C la s s - E   p o w e r   a m p lif ie r ,   th e   s w it c h   is   d r iv e n   b y   a g a te - to   s o u r c e   v o lta g e   V g .   D u r in g   t h e   s w itc h   o f f   i n te r v a l,   t h e   s u m   o f   c u r r e n ts   th r o u g h   t h e   c h o k e   i n d u c ta n c e a n d   r e s o n a n f il te r   f lo w   t h r o u g h   t h e   s h u n t   c a p a c ita n c e .   T h e   c u r r e n t   th r o u g h   t h e   s h u n c a p a c ita n c e   p r o d u c e s th e   s w i tc h   v o lta g e   V d s . 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I J P E DS I S S N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 A n a ly s is   o 1 M Hz   C la s s - E   P o w e r   A mp lifie r   fo r   L o a d   a n d   D u ty   C y c le   V a r ia tio n s ( S h a k ir   S a a t ) 3 6 0 V c c L F C p C L R L V g I d c v o + - i o i c Q F ig u r e   3 .     T y p ic a C la s s - E   P o w e r   Am p li f ie r   C ir c u it F ig u r e   4 .   T h e o r e tic a W a v e f o r m s   i n   C la s s   E z e r o - v o lta g e - s w itc h i n g   a m p li f ie r [ 1 3 ] B a s e d   o n   F ig u r e   4 ,   th e   s w itc h   tu r n s   ON  a n d   OF F   a th e   o p e r a tin g   f r e q u e n c y   s e tti n g   b y   a   M OS F E T g a te   d r iv e .   C ir c u it  o p e r a tio n   i s   d e te r m i n e d   b y   t h e   s w itc h   wh e n   o n   a n d   b y   t h e   tr a n s ie n r e s p o n s e   o f   th e   lo a d n e t w o r k   w h e n   t h e   s w itc h   is   O F F .   T h e   s w itc h in g   p a tte r n   is   d e f i n e d   a s : DT t for satate ON T t DT for state OFF w w 0 Switch w h e r e   is   th e   s w itc h   d u t y   c y c le   a n d T is   th e   p e r io d   f o r   o n e   c o m p le te   c y c le .   T h e   M OS F E T   tu r n   ON  a n d   OF F a lte r n a te l y   a t w =   0   a n d DT .   T h e r e f o r e ,   th e   s w itc h   v o lta g e   w a v e f o r m   th a s a ti s f ie s   t h e   C la s s - E   n o m i n a l c o n d itio n ,   i. e . ,   c o n d itio n   ( 1 )   o r   ( 2 ) ,   a th e   s w itc h   t u r n   ON  i n s ta n t   a s   a   f u n c tio n   o f   th e   d u t y   r a tio ,   is   e x p r e s s e d a s   f o llo w s : Z VS   c o n d itio n : ( ) = 0 ( 1 ) Z e r o   d e r iv a tiv e   s w itc h i n g   ( Z D S )   c o n d itio n : ( w ) ( w ) w = 0 ( 2 ) w h e r e ( w ) is   th e   s w itc h   v o lta g e .   I n   th i s   c a s e ,   th e   v o lta g e a c r o s s   th e   s w itc h   a n d   th e   s h u n c a p a c ita n c e C p is   z e r o   w h e n   th e   s w itc h   tu r n s   ON.   I n   o th e r   w o r d ,   th e   e n e r g y   s to r e d   in   th e   s h u n c a p a c ita n c e   C p is   z e r o w h e n   th e   s w itc h   tu r n s   o n ,   y ie l d in g   to   z e r o   tu r n   ON  s w itc h i n g   lo s s . 2 . 1 . As s u m p t io n s   o f   Cla s s - E   I n v e r t e r   f o r   O p t i m u m   O p e r a t io n T h e   a s s u m p t io n s   o f   t h e   c ir c u it  a r e   q u ite   s i m ila r   to   th e   o n e th a is   p r e s e n te d   in [ 1 ] a n d [ 3 ] . T h e a n a l y s is   o f   th e   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   o f   F i g u r e   3   is   c a r r ie d   o u u n d e r   th e   f o llo w in g   a s s u m p tio n s : 1 ) T h e   M OS F E T   a n d   d io d e   f o r m   a n   id e a s w i tc h   w h o s e   o n - r e s i s ta n c e   i s   z e r o ,   o f f - r e s i s ta n c e   i s   in f i n it y ,   a n d s w itc h in g   ti m e s   a r e   z e r o . 2 ) T h e   c h o k e   i n d u c ta n c e   is   h i g h   e n o u g h   s o   t h a its   a c   c o m p o n e n i s   m u c h   lo w e r   th a n   th e   DC   c o m p o n e n t   o f th e   in p u c u r r e n t. 3 ) T h e   lo a d e d   q u a lit y   f a c to r   o f   th e   L , C   a n d   R L s e r ie s - r e s o n a n c ir c u it  is   h i g h   e n o u g h   s o   t h a th e   c u r r e n I th r o u g h   t h e   r e s o n a n t c ir c u it  is   s in u s o id a l. 4 ) Du t y   c y c le ,   =   5 0 % Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 6 9 4 I J P E DS Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 : 3 5 8 3 6 8 3 6 1 5 ) A ll  c ir c u it  e le m e n ts   a r e   id e a l. 2 . 2 . Cir c u it   Co m p o n e n t   E q u a t io n s I n   th e t y p ic a l C la s s   E   p o w e r   a m p li f ie r ,   in d u c to r L F is   a s s u m e d   to   b e   la r g e ,   th e   c u r r e n th r o u g h   t h e lo a d   r e s is to r   is   a s s u m e d   to   b e   a   p u r e   s in e   a n d   n o   lo s s e s   a r e   i n c lu d e d .   U n d e r   t h e s e   c o n d itio n s , th e   p a r a m e te r s o f   th e   c ir c u it  s h o w n   i n   F i g u r e   3 a r e   d e f in e d   a n d   g iv e n   a s   f o ll o w s : T h e   f u ll  lo a d   r e s is ta n c e   is P V CC 4 8 R 2 2 L p ( 3 ) w h e r e   P   is   o u tp u p o w e r .   T h e   c u r r e n d r a w n   f r o m   t h e   DC   p o w e r   s u p p l y   i s CC V P o I ( 4 ) T h e   lo a d   n e t w o r k   c o m p o n e n v a lu e s   a r e   a s   f o llo w s : 2 1 4 1 2 p p w wp L CC o p R V I C ( 5 ) 16 ) 4 ( 1 2 p p w Q R C L ( 6 ) w L QR L ( 7 ) w h e r e   is   q u a l it y   f a c to r .   I n   o r d e r   to   k e e p   th e   c u r r e n r ip p le   in   th e   c h o k e   i n d u c to r   s ta y s   a b e lo w   1 0 %   o f   th e f u ll - lo a d   DC   in p u c u r r e n t ,   th e   v a lu e   o f   th e   c h o k e   i n d u c ta n c e   m u s b e   g r e a te r   th a n . 1 4 2 2 ( min ) f R L f p ( 8 ) I n   p r a c tic a te r m s ,   t h e   c h o k e   i n d u c ta n c e   v a l u e   i s   n o a ll  th a c r itic a l,   a s   lo n g   a s   it s   i m p e d a n c e   i s   a t le a s t a n   o r d e r   o f   m a g n itu d e   h i g h e r   t h a n   t h e   lo a d   r e s is ta n c e   a n d   it  is   n o s e l f - r e s o n a n a th e   f ir s th r e e   o r   f o u r h a r m o n ic s .   I n e e d s   to   lo o k   li k e   a n   o p e n   c ir c u it  to   th e s e   h a r m o n ic s ,   if   p o s s ib le . 3 . DE S I G E XAM P L E S   A ND   RE S U L T   D I S CU S S I O NS T h e r e   w e r e   th r e e   s e ts   o f   s i m u la tio n   a n d   e x p e r i m e n ta e x a m p le s   c o n d u c te d   i n   o r d e r   to   v e r if y   t h e p r e v io u s   e q u a tio n s   a n d   u n d e r s ta n d   th e   C la s s - E   b e h a v io u r .   B a s e d   o n   t h e   d e s i g n   e q u a tio n s   a n d   a s s u m p tio n s p r o v id e d   in   S e c tio n   2 ,   a ll   t h e   c ir c u it  p a r a m e te r s   a r e   c a lc u la t e d   a n d   ta b u la te d   a s in   T a b le   I .   T h e n   s i m u la tio n s a r e   c a r r ie d   o u u s in g   P r o te u s   b e f o r e   th e   r e a c ir c u i is   i m p le m e n te d .   I n   o r d e r   to   v a lid a te   th e   s i m u la tio n   r e s u l ts , th e   e x p e r i m e n ta w o r k   i s   c a r r ie d   o u t.   I R F 5 1 0   M OS F E T   is   u s e d   a s   a   s w itc h i n g   d e v ic e   i n   th e   d e s ig n .   I is   n - c h a n n e l,   e n h a n c e m e n m o d e   a n d   d e s i g n e d   e s p e c ia ll y   f o r   h i g h   s p e e d   a p p lic a tio n s .   B a s e d   o n   T a b le   I ,   th e   p e a k s w itc h   v o lta g e   a n d   c u r r e n t   w e r e   4 2 . 7 4 a n d   2 . 3 9 A   r e s p e c tiv e l y .     A c c o r d in g   to   I R F   5 1 0   M OS F E T   d a ta s h e e t s , th e   b r e a k d o w n   s w itc h   v o lta g e   a n d   c u r r e n w e r e   1 0 0 a n d   5 . 5 A   r e s p e c tiv e l y .   T h is   c o n f ir m s   t h a t h e   I R F 5 1 0 M OS F E T   is   s u ita b le   to   b e   u s e d   in   a   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   c ir c u it  in   p r a c tic a a p p lic a tio n s . I n   F i g u r e   5 ,   th e   S K4 0 C   m ic r o c o n tr o lle r   b o a r d   w it h   P I C 1 6 F 8 8 7 A   is   u s e d   to   g e n e r a te   a   d e s ir e d s w itc h in g   c o n tr o l s ig n a l   f r e q u e n c y   a 5 0 %   d u t y   c y c le   f o r   t h e   M O S F E T   g a te .   Ho w e v e r ,   th e   m ic r o c o n tr o lle r o u tp u v o lta g e ,   t y p ic a ll y   5 i s   n o s u f f ic ie n t   to   t u r n   ON  th e   I R F 5 1 0   M OS F E T   t h a r e q u ir e s   a le a s 1 0 t o o p e r a te   in   s a f e   o p e r a tin g   a r e a .   T h e r e f o r e ,   a n   I C   g a te   d r iv e   T C 4 4 2 2   is   u s e d   h e r e   to   p r o v id e   s u f f ic ie n g a te v o lta g e   o r   c h a r g e   to   d r iv e   t h e   I R F 5 1 0   M OS F E T .   T h e   c o m p l e te   e x p e r i m e n ta l   s e t u p   is   s h o w n   i n   F ig u r e   6 .   A l l Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS I S S N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 A n a ly s is   o 1 M Hz   C la s s - E   P o w e r   A mp lifie r   fo r   L o a d   a n d   D u ty   C y c le   V a r ia tio n s ( S h a k ir   S a a t ) 3 6 2 th e   v o lta g e   a n d   c u r r e n o f   t h e   d e s ig n e d   a m p li f ie r   a r e   m e a s u r e d   b y   a   S a n w a   C D7 7 1   Dig i ta M u lti m e te r   a n d th e   A g i le n T e c h n o lo g ie s   D S O - 2 0 1 2 A   o s c illo s c o p e   is   u s e d   to   o b ta in   th e   w a v e f o r m s   d a ta   o f   th e   o u tp u t v o lta g e . F ig u r e   5 .     C la s s - E   P o w e r   Am p lif ie r   w it h   M OS F E T   Dr iv e r   C i r c u it F ig u r e   6 .   C la s s - E     P o w e r   Am p lif ie r   E x p e r i m e n ta S e t u p 3 . 1 . De s ig n   o f   Cla s s - E   P o w e r   A m p lif ie r   f o r   O p t i m u m   O p e r a t io n I n   th e   f ir s c ir c u it  d e s ig n ,   c o n s id e r   th e   c ir c u it  o f   F ig u r e   3   w i t h   d e s ig n   s p e c if ic a tio n s V cc =   1 2 V,   = 0 . 5 ,   =   1 0 ,   P o   =   1 0 W ,   f   =   1 M Hz ,   a n d   c o m p o n e n ts   v a l u e   R L ,   C P ,   C   a n d   L f a r e   c a lc u la t e d   a n d   ta b u la te d   i n T a b le 1 .     I n th is   p a r t,   th e e f f e c ts   o n   s w i tc h i n g   a n d   p e r f o r m a n c e   a r e s tu d ie d . T a b l e 1 .   C la s s - E   P o w e r   Am p li f ie r   R e s u lt s   A Op ti m u m   L o a d Pa r a m e t e r R e su l t C a l c . S i m E x p . R L 8 . 3 1 8 . 3 1 8 . 3 C p n F 3 . 5 2 3 . 5 2 3 . 6 0 C n F 2 . 1 7 2 . 1 7 2 . 2 0 L f u H 5 7 . 6 0 5 7 . 6 0 1 0 0 . 0 0 L u H 1 3 . 2 2 1 3 . 2 2 1 3 . 3 0 V R L ( p e a k ) V 1 2 . 8 9 1 2 . 0 0 1 2 . 9 0 V ds ( pe a k ) V 4 2 . 7 4 4 1 . 0 0 4 2 . 0 0 I d c A 0 . 8 3 0 . 8 2 0 . 8 3 I RL ( p e a k ) A 1 . 5 5 1 . 4 4 1 . 5 4 V c ( pe a k ) V 1 1 4 . 0 3 1 1 2 . 0 0 1 1 1 . 4 0 V L ( pe a k ) V 1 2 8 . 8 9 1 2 2 . 0 0 1 2 8 . 7 0 I s ( p e a k ) A 2 . 3 9 2 . 1 0 2 . 3 0 I s ( r m s ) A 1 . 2 8 1 . 2 6 1 . 2 8 P o ( a c ) W 1 0 . 0 1 8 . 6 2 9 . 8 4 P i ( dc ) W 1 0 . 0 0 9 . 8 4 9 . 9 6 % 1 0 0 . 1 2 8 7 . 5 6 9 8 . 8 2 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 6 9 4 I J P E DS Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 : 3 5 8 3 6 8 3 6 3 F o r   1 M Hz   o p e r a tio n   f r e q u e n c y ,   t h e   s i m u la tio n   v a l u e   o f   p e a k   o u tp u v o lta g e ,   V R L ( pea k ) =   1 2 V,   6 . 9 % lo w e r   th a n   t h e   th e o r e tic a v a l u e .   T h e   s im u la t io n   v a lu e   o f   d c   p o w e r   in p u i s   P i ( dc ) =   V CC x I dc =   9 . 8 4 W   w h ic h   is 1 . 6 %   lo w e r   t h a n   t h e   t h e o r e tic a v a lu e .   T h e   s i m u la tio n   v a l u e   o f   a c   o u tp u p o w e r ,   P o ( ac ) =   ( I RL ( rms ) ) 2 * R L   = 8 . 6 2 W ,   1 3 . 8 %   lo w e r   th a n     t h e o r e tic a v a lu e .   T h e   s i m u la tio n   v a l u e   o f   e f f ic ie n c y , =   8 7 . 5 6 %   w h ic h   i s   1 2 . 4 % lo w e r   th a n   t h e   th e o r e tic a v a l u e . F ig u r e   7   s h o w s   t h e   w a v e f o r m s   o b ta in e d   f r o m   P r o te u s   s i m u la tio n   a n d   c ir c u it  e x p e r i m e n t.   I c a n   b e s e e n   i n   F i g u r e   7 ( a ) ,   s i m u la tio n   v a lu e   f o r   t h e   m a x i m u m   v o lt a g e   a c r o s s   M OS F E T   d u r in g   t u r n   OF F   is   V ds ( pea k ) = 4 1 V,   a l m o s th r e e   ti m e s   la r g e r   th a n   Vc c .   M e a n w h ile ,   d u r i n g   tu r n   ON,   V ds ( pea k ) =   4 . 5 V,   n e a r l y   1 1 %   o f   t h e   p e a k s w itc h   v o lta g e .   I n   a n   o p ti m u m   d e s i g n   y ie ld i n g   t h e   m a x i m u m   d r a in   e f f ic ie n c y ,   t h e   s w itc h   v o lta g e   V ds a t h e s w itc h   tu r n   ti m e   is   u s u a l l y   1 0 %   to   5 0 %   o f   t h e   p e a k   s w itc h   v o lta g e ,   w h ic h   i s   a   n o n z e r o v o lta g e   s w itc h in g c o n d itio n .   R e f e r   to   F ig u r e   7 ( b ) ,   th e   e x p e r i m e n v a lu e   o f   m a x i m u m   v o lta g e   a c r o s s   th e   M OS F E T   d u r in g   tu r n OF F   is   V ds ( pe a k ) = 3 7 . 8 ,   8 . 7 5 %   lo w e r   th a n   th e   s i m u la t io n   v a lu e .   M e a n w h ile ,   d u r i n g   t u r n   ON,   V ds ( pea k ) =   4 V, n e a r l y   1 0 %   o f   t h e   s w itc h   p e a k   v o lta g e .   T h e   e x p e r i m e n v a l u e   o f   th e   p e a k   o u tp u v o lta g e ,   V RL ( pea k ) is   1 2 . 5 0 V, 2 . 9   %   h ig h e r   t h a n   t h e   s i m u la t i o n   v a l u e . A ll  t h e   s i m u la tio n   a n d   e x p e r i m e n r e s u l ts   a r e   c o n s i s te n w it h   th e   t h e o r e tic a p r e d ic tio n s   f o r   th e   f ir s t c ir c u it  d e s i g n .   T h e r e f o r e ,   it c a n   b e   c o n c l u d e d   th a t h e   o p ti m u m   o p e r a tio n   c a n   b e   a c h ie v e d   o n l y   a a n   o p ti m u m lo a d   r e s is ta n c e ,   R L =   R op t .   W h e n   R L =   R opt ,   t h e   s i n u s o id a o u tp u v o lta g e   w il r e a c h   n e a r l y   to   m a x i m u m   f o r th e   te s te d   o p e r a tin g   f r e q u e n c y .   F u r t h e r m o r e ,   th e   e x p e r i m e n s w i tc h i n g v o lta g e   w a v e f o r m   p r o v e d   th a th e C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   c ir c u it  u s i n g   P I C 1 6 F 8 7 7 A   s a ti s f y   th e   Z VS   c o n d it io n s   s in c e   t h e r e   is   n o   o v e r la p b e t w e e n   v o lta g e   o v e r   t h e   M O S F E T   c h a n n e a n d   c u r r e n t h r o u g h   t h e   c h a n n e l.   I n   te r m s   o f   t h e   e f f ic ie n c y ,   i c a n b e   s e e n   t h a t t h e   e x p e r i m e n c i r c u it  p r o d u c e s   9 8 . 4 %   e f f ic ie n c y ,   1 1 . 0 5 %   h ig h e r   t h a n   th e   s i m u la te d   v a l u e .   T h is is   d u e   to   s w itc h in g   lo s s e s ,   n o n - p u r e   r e s is ti v e   lo a d ,   e q u iv a le n s e r ie s   r e s i s ta n c e   ( E S R ) ,   p a r a s itic   r e s is ta n c e   o f e a c h   c o m p o n e n ts   a n d   d is s i m il a r itie s   in   c o m p o n e n s e le c tio n s . ( a ) P r o te u s   S i m u la tio n ( b ) C ir c u it  E x p e r i m e n t F ig u r e   7 .     I n p u t,   S w itc h i n g   Vo lta g e   a n d   O u tp u Vo lta g e   W a v e f o r m s   f o r   th e   F ir s De s i g n   a 1 M Hz   F r e q u e n c y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS I S S N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 A n a ly s is   o 1 M Hz   C la s s - E   P o w e r   A mp lifie r   fo r   L o a d   a n d   D u ty   C y c le   V a r ia tio n s ( S h a k ir   S a a t ) 3 6 4 3 . 2 . Cla s s - E   P o w e r   A m p lif ie r   w it h   L o a d   Va r ia t i o n s I n   th e   s e c o n d   c ir c u it  d e s i g n ,   c o n s id e r   th e   c ir c u it   o f   F ig u r e   3   w it h   d e s ig n   s p e c if ic a t io n s :   V cc =   1 2 V,   D =   0 . 5 ,   f   =   1 M Hz ,   =   1 0   a n d   P o   =   1 0 W .   P a r 3 . 1 in v e s tig a te d   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   c ir c u it  f o r   o p ti m u m lo a d   a 1 M Hz   o p e r a tin g   f r e q u e n c y .   Ho w e v e r ,   i n   m a n y   a p p lic a tio n s ,   t h e   lo a d   r e s i s ta n c e   v a r ie s   o v e r   a   c e r ta i n r a n g e . As   s h o w n   i n   F i g u r e   8 ( a )   a n d   8 ( b ) ,   if   R L is   g r e a te r   t h a n   R op t ,   th e   a m p lit u d e   o f   I R L o f   t h e   c u r r e n i o , th r o u g h   L - C - R L s e r ie s - r e s o n a n c ir c u it  i s   lo w e r   t h a n   th a f o r   o p tim u m   o p e r a tio n .   Vo lta g e   d r o p   a c r o s s   th e s h u n c a p a c it o r   C p d e c r e a s e s ,   a n d   th e   s w itc h   v o lta g e   V ds is   g r e a te r   th a n   z e r o   a tu r n   o n .   O n   th e   o th e r   h a n d ,   in F ig u r e   8 ( c )   a n d   8 ( d ) ,   if   R L i s   le s s   t h a n   R opt ,   t h e   a m p li tu d e   I RL is   h i g h e r   t h a n   t h a f o r   o p tim u m   o p e r a tio n ,   t h e v o lta g e   d r o p   a c r o s s   th e   s h u n c a p a c ito r   C p in c r e a s e s ,   a n d   t h e   s w itc h   v o lta g e   V ds is   le s s   th a n   z e r o   a t u r n   o n . T h e r e f o r e ,   th e   lo a d   p o w e r   a n d   e f f ic ie n c y   f o r   b o th   c a s e s   a r e   lo w e r   t h a n   t h e   lo a d   p o w e r   a n d   e f f ic ie n c y   a t o p tim u m   lo a d . B a s e d   o n   s i m u la tio n   a n d   e x p e r im e n r e s u lt s   ta b u la te d   i n   T a b le 2 ,   it  c a n   b e   c o n c lu d e d   th a th e e f f ic ie n c y   o f   t h e   c ir c u it  is   m a x i m u m   w h e n   R L = R opt .   I n   a d d itio n ,   V cc ,   P   a n d   R L a r e   in te r d e p e n d e n q u a n ti tie s a s   r e f e r r e d   to   ( 1 1 ) .   I n   m a n y   a p p lic a tio n s ,   th e   lo a d   r e s is ta n c e   is   g i v e n   a n d   is   d if f e r e n f r o m   th a g i v e n   in   ( 1 1 ) . T h e r e   is   a n e e d   f o r   m a tc h in g   c ir c u its   th a c a n   p r o v id e   i m p e d a n c e   tr a n s f o r m a tio n   to   o v e r c o m e   th is   p r o b le m . T h is   w o r k   w i ll  b e   d o n e   in   th e   n e a r f u tu r e . T a b le 2 . C la s s - E   P o w e r   Am p li f ie r   R e s u lt s   A Di f f e r e n L o a d F r e q u e n c y f   =   1 M H z R e su l t R L   =   o p t R L < R o p t R L > R o p t C a l c . S i m Ex p . S i m Ex p . S i m Ex p . R L W 8 . 3 1 8 . 3 1 8 . 4 5 5 2 0 2 0 C p n F 3 . 5 2 3 . 5 2 3 . 6 0 3 . 5 2 3 . 6 0 3 . 5 2 3 . 6 0 C n F 2 . 1 7 2 . 1 7 2 . 2 0 2 . 1 7 2 . 2 0 2 . 1 7 2 . 2 0 L f u H 5 7 . 6 0 5 7 . 6 0 1 0 0 . 0 0 5 7 . 6 0 1 0 0 . 0 0 5 7 . 6 0 1 0 0 . 0 0 L u H 1 3 . 2 2 1 3 . 2 2 1 3 . 3 0 1 3 . 2 2 1 3 . 3 0 1 3 . 2 2 1 3 . 3 0 V R L ( p e a k ) V 1 2 . 8 9 1 2 . 0 0 1 2 . 5 0 8 . 0 0 9 . 0 0 1 4 . 5 0 1 3 . 7 0 V ds ( pe a k ) V 4 2 . 7 4 4 1 . 0 0 3 9 . 0 0 4 4 . 0 0 4 0 . 2 0 3 0 . 5 0 3 1 . 0 0 I d c A 0 . 8 3 0 . 8 2 0 . 8 0 0 . 8 4 0 . 8 0 0 . 5 5 0 . 5 0 I RL ( p e a k ) A 1 . 5 5 1 . 4 4 1 . 5 0 1 . 7 0 1 . 8 0 0 . 7 2 0 . 7 0 V c ( pe a k ) V 1 1 4 . 0 3 1 1 2 . 0 0 1 0 8 . 5 0 1 3 0 . 0 0 1 2 0 . 0 0 6 4 . 0 0 6 4 . 0 0 V L ( pe a k ) V 1 2 8 . 8 9 1 2 2 . 0 0 1 2 5 . 5 0 1 4 6 . 0 0 1 4 0 . 0 0 6 1 . 0 0 5 9 . 0 0 I s ( p e a k ) A 2 . 3 9 2 . 1 0 2 . 3 0 2 . 2 5 2 . 3 0 1 . 2 0 1 . 1 0 I s ( r m s ) A 1 . 2 8 1 . 2 6 1 . 2 0 1 . 2 9 1 . 2 0 0 . 8 5 0 . 8 0 P o ( a c ) W 1 0 . 0 1 8 . 6 2 9 . 4 5 7 . 2 3 8 . 1 0 5 . 1 8 4 . 9 0 P i ( dc ) W 1 0 . 0 0 9 . 8 4 9 . 6 0 1 0 . 0 8 9 . 6 0 6 . 6 0 6 . 0 0 h % 1 0 0 . 1 2 8 7 . 5 6 9 8 . 4 4 7 1 . 6 8 8 4 . 3 8 7 8 . 5 5 8 1 . 6 7 3 . 3 . Cla s s - E   P o w e r   A m p lif ie r   w it h   Du t y   Cy c le   Va r i a t io n s   f o r   1 M H z I n   th e   t h ir d   c ir c u it  d e s i g n ,   th e   e f f e c o f   c h a n g i n g   t h e   d u t y   c y c le   to   th e   o u tp u p o w e r   p e r f o r m a n c e   w il l b e d is c u s s e d .   C o n s id e r   F ig u r e   3   w ith   t h e   d e s i g n   s p e c if ic a t io n s Vc c   =   1 2 V,   =   1 0 ,   P o   =   1 0 W ,   R L =   R opt ,   a n d f   =   1 M Hz .   I n   th is   p a r t,   th e   d u t y   c y c le   i s   c o n tr o lle d   in   th e   r a n g e   o f   1 0 %   to   9 0 % .     F ig u r e   9   s h o w s   a   p lo o f o u tp u p o w e r   p e r f o r m a n c e   v e r s u s   D.   I t   s h o w s   th a a ll   t h e   p a r a m e te r s   t h a t   h a v e   b e e n   s i m u la te d   w il l s u b s e q u e n t l y   r e a c h   m a x i m u m   v a l u e .   A ls o   t h e   m a x i m u m   o u tp u p o w e r   p e r f o r m a n c e   is   o n l y   o c c u r   a =   0 . 5 . A th i s   p o in t,   t h e   e f f ic ie n c y   f o r   th e   e x p e r i m e n e q u a ls   to   9 8 . 4 4 % ,   1 . 5 6 %   lo w e r   t h a n   th e   c a lc u la te d   v a lu e . B a s e d   o n   ( 9 )   a n d   ( 1 0 )   b e lo w ,   th e   in itia p h a s e   o f   c u r r e n t   is   d e p e n d e n o n   t h e   d u t y   c y c le .   Z VS   w i ll  m i s s   o u t w h ile   th e   d u t y   r a tio   is   c h a n g e d   to   r e g u la te   t h e   p o w e r   o u tp u t   if   t h e   o p e r a tin g   f r e q u e n c y   c a n n o t   a d a p tiv e   t u n e . T h is   w il le a d   to   s w i tc h i n g   l o s s e s   d u e   to   p h a s e   s h i f ti n g .   T h e   m is s   o u o f   Z V S   c a n   b e   s o lv e d   b y   i m p le m e n ti n g s e lf - t u n in g   f e e d b a c k   c o n tr o lle r   a n d   th is   w il h a v e   to   b e   in v e s tig a te d . ) 1 ( 2 1 2 cos tan 1 D D p p p f ( 9 ) CC peak RL V D D D V ) 1 ( sin sin 2 ) ( p f p p ( 1 0 ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 6 9 4 I J P E DS Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 : 3 5 8 3 6 8 3 6 5 ( a ) C ir c u it  E x p e r i m e n ( R L >   R opt ) :   S w itc h   Vo lta g e ( b ) C ir c u it  E x p e r i m e n ( R L >   R opt ) :   C a p a c ito r   Vo lta g e ( c ) C ir c u it  E x p e r i m e n ( R L <   R opt ) :   S w itc h   Vo lta g e ( d ) C ir c u it  E x p e r i m e n ( R L <   R opt ) C a p a c ito r   Vo lta g e F ig u r e   8 .   S i m u la tio n   a n d   E x p e r i m e n ta W a v e f o r m s   o f   C a p a c ito r   Vo lta g e   a n d   S w itc h i n g   Vo lta g e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS I S S N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 A n a ly s is   o 1 M Hz   C la s s - E   P o w e r   A mp lifie r   fo r   L o a d   a n d   D u ty   C y c le   V a r ia tio n s ( S h a k ir   S a a t ) 3 6 6 F ig u r e 9 .   P lo o f   Ou tp u P o w e r   C a p a b ilit y W h e n   Va r ie s   t h e   Du t y   C y c le 4 . CO NCL U S I O N An   a n a l y s is   o f   t h e   C la s s - E   p o w e r   a m p li f ie r   o p e r a tio n   h a s   b e e n   p r e s e n te d   i n   t h i s   p a p e r .   T h r e e   c ir c u it d e s ig n   e x a m p le s   a lo n g   w i th   t h e   P r o te u s   s i m u la tio n   a n d   e x p e r i m e n w a v e f o r m s   a r e   g i v e n   t o   s h o w   th e   v a lid it y o f   t h e   a n a l y t ic a e x p r e s s io n .   T h e   s w itc h   c o n tr o s i g n a l   f o r   I R F 5 1 0   M OS F E T   u s i n g   m ic r o c o n tr o lle r P I C 1 6 8 7 7 A   h a s   b e e n   p r o p o s e d   a n d   th e   r e s u lt s   in d ic a te   t h a t   Z VS   c o n d itio n   c a n   b e   a c h ie v e d   s u c c e s s f u ll y .   I n th e   la b o r a to r y   e x p e r i m e n t,   t h e   C la s s - E   w i th   o p ti m u m   lo a d   a n d   = 0 . 5   h a s   a c h ie v e d   9 8 . 4 4 %   e f f ic ie n c y   a t 1 0 W   o u tp u p o w e r   f o r   1 M Hz   o p e r a tin g   f r e q u e n c y .   F r o m   th e   th r e e   d e s ig n   e x a m p le s ,   it   c a n   b e   c o n c lu d e d   t h a t th e   o p ti m u m   o p e r a tio n   c a n   b e   a c h ie v e d   o n l y   a a n   o p ti m u m   lo a d   r e s is ta n c e ,   R L =   R opt . I n   o r d e r   to   tr a n s f e r   a s p e c i f ie d   a m o u n o f   o u tp u p o w e r   a s p e c if ie d   d c   v o lta g e ,   th e   lo a d   r e s is ta n c e   R   m u s b e   o f   th e   v a l u e d e te r m in e d   b y   ( 3 )   a n d th e   m a x i m u m   o u tp u p o w e r   c a p a b ility   o n l y   o c c u r   a =   0 . 5 .   M o r e o v e r ,   th e   a g r e e m e n t b e t w e e n   e x p e r i m e n p e r f o r m a n c e   a n d   t h e o r e tic a p e r f o r m a n c e   c a n   s ti ll  b e   c o n s id e r e d   e x c e lle n t. T h is   a n a l y s i s w il a s s is t s   th e   r e s e a r c h e r s   t o   u n d e r s ta n d   m o r e   o n   th e   C la s s   E   b e h a v io r   t h u s   a b le   to   p r o d u c e   a   b e tte r p e r f o r m a n c e   i n   t h e   u p c o m in g   i n v e s ti g a tio n . F o r   f u tu r e   d e v e lo p m e n t,   th is   c ir c u it  w i ll   b e   a p p lie d   a th e tr a n s m itte r   s id e   o f   a   c a p a c iti v e   p o w e r   tr a n s f e r   s y s te m . ACK NO WL E D G E M E NT S T h is   r e s e a r c h   w a s   s u p p o r te d   b y   t h e   U n iv e r s iti  T e k n ik a M a la y s ia   M e la k a   ( UT e M ) [ P J P /2 0 1 4 /F KE KK ( 2 A ) /S 0 1 2 9 9 ]   a n d   M a la y s ia n   M i n is tr y   o f   E d u c a tio n [ R A GS /2 0 1 3 /F KE KK/ T K0 2 /B 0 0 0 3 5 ]   g r a n ts . RE F E R E NC E S [1 ] N . O .   S o k a l   a n d   A . D .   S o k a l ,   Cl a s s   E - A   n e w   c l a s s   o f   h i g h - e ff i c i e n c y   t u n e d   s i n g l e - e n d e d   s w i t c h i n g   p o w e r a m p l i f i e rs , IE E E   J .   S o l i d - S t a t e   Ci r c u i t s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   3 ,   p p .   1 6 8 1 7 6 ,   J u n .   1 9 7 5 . [2 ] F .   Ra a b ,   Id e a l i z e d   o p e ra t i o n   o f   t h e   c l a s s   E   t u n e d   p o w e r a m p l i f i e r , IE E E   T r a n s .   Ci r c u i t s   S y s t . ,   v o l .   2 4 ,   n o .   1 2 ,   p p . 7 2 5 7 3 5 ,   D e c .   1 9 7 7 . [3 ] F . H .   Ra a b ,   E f fe c t s   o f   c i rc u i t   v a ri a t i o n s   o n   t h e   c l a s s   E   t u n e d   p o w e a m p l i f i e r , IE E E   J .   S o l i d - S t a t e   Ci r c u i t s ,   v o l . 1 3 ,   n o .   2 ,   p p .   2 3 9 2 4 7 ,   A p r.   1 9 7 8 . [4 ] J .   E b e rt ,   M .   K a z i m e rc z u k ,   a n d   M .   K a z i m i e r c z u k ,   Cl a s s   E   H i g h   E ff i c i e n c y   T u n e d   P o w e O s c i l l a t o r” , IE E E   J .   S o l i d S t a t e   Ci r c u i t s ,   n o .   2 ,   p p .   6 2 6 6 ,   1 9 8 1 . [5 ] B. N . O .   S o k a l ,   Cl a s s - E   RF   P o w e A m p l i f i e rs , p p .   9 2 0 ,   2 0 0 1 . [6 ] D .   S t u m p ,   A   S t u d y   o n   P e rf o rm a n c e   o f   Cl a s s   E   Co n v e rt e Ci rc u i t   f o L o o s e l y   C o u p l e d   I n d u c t i v e   P o w e T ra n s f e r , v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 4 ,   2 0 1 4 . [7 ] C.   E k k a r a v a ro d o m e   a n d   K .   J i ra s e re e a m o rn k u l ,   A n a l y s i s   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   o f   a   H a l f   Bri d g e   Cl a s s - D E   Re c t i f i e r f o F ro n t - E n d   Z V S   P u s h - P u l l   Re s o n a n t   Co n v e rt e rs , v o l .   1 3 ,   n o .   4 ,   p p .   6 2 6 6 3 5 ,   2 0 1 3 . [8 ] Y .   Y u s m a rn i t a ,   S .   S a a t ,   A . H .   H a m i d o n ,   H .   H u s i n ,   N .   J a m a l ,   K .   K h ,   a n d   I.   H i n d u s t a n ,   D e s i g n   a n d   A n a l y s i s   o f 1 M H z   Cl a s s - E   P o w e A m p l i f i e 2   Ci rc u i t   D e s c ri p t i o n , v o l .   1 4 ,   2 0 1 5 . [9 ] T . B.   M a d e r,   E . W .   Br y e rt o n ,   M .   M a rk o v i c ,   M .   F o rm a n ,   a n d   Z .   P o p o v i c ,   S w i t c h e d - m o d e   h i g h - e ff i c i e n c y m i c ro w a v e   p o w e a m p l i f i e rs   i n   a   f re e - s p a c e   p o w e r - c o m b i n e a rra y , IE E E   T r a n s .   M i c r o w.   T h e o r y   T e c h . ,   v o l .   4 6 , n o .   1 0   P A RT   1 ,   p p .   1 3 9 1 1 3 9 8 ,   1 9 9 8 . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I S S N : 2 0 8 8 - 8 6 9 4 I J P E DS Vo l. 7 ,   No . 2 , J u n e   2 0 1 6 : 3 5 8 3 6 8 3 6 7 [1 0 ] J .   W i l k i n s o n   a n d   J .   K . E v e ra rd ,   T ra n s m i s s i o n - l i n e   l o a d - n e t w o rk   t o p o l o g y   f o r c l a s s - E   p o w e a m p l i f i e rs , IE E E T r a n s .   M i c r o w.   T h e o r y   T e c h . ,   v o l .   4 9 ,   n o .   6 ,   p p .   1 2 0 2 1 2 1 0 ,   2 0 0 1 . [1 1 ] A .   V   G re b e n n i k o v ,   H .   J a e g e r,   M .   A .   E .   O p e ra t i o n s ,   a n d   L .   T .   P a rk ,   Cl a s s   E   w i t h   p a ra l l e l   c i rc u i t - a   n e w   c h a l l e n g e f o h i g h - e ff i c i e n c y   RF   a n d   m i c ro w a v e   p o w e r a m p l i f i e rs , 2 0 0 2   IE E E   M T T - S   In t .   M i c r o w.   S y m p .   D i g .   ( Ca t . No . 0 2 CH 3 7 2 7 8 ) ,   p p .   1 6 2 7 1 6 3 0 ,   2 0 0 2 . [1 2 ] R.   T a y r a n i ,   A   b ro a d b a n d   m o n o l i t h i c   S - b a n d   c l a s s - E   p o w e a m p l i f i e r” , 2 0 0 2   IE E E   R a d i o   F r e q .   I n t e g r .   Ci r c u i t s S y m p .   D i g .   P a p .   ( Ca t .   No . 0 2 CH 3 7 2 8 0 ) ,   p p .   5 3 5 6 ,   2 0 0 2 . [1 3 ] M . K .   K a z i m i e rc z u k   a n d   D .   Cz a rk o w s k i , R e s o n a n t   P o we r   Co n v e r t e r s .   2 0 1 1 . [1 4 ] M . K .   K a z i m i e r c z u k   a n d   J .   J o z w i k ,   Re s o n a n t   D C/ D c o n v e rt e w i t h   c l a s s - E   i n v e rt e a n d   c l a s s - E   re c t i f i e r” , IE E E T r a n s .   I n d .   E l e c t r o n . ,   v o l .   3 6 ,   n o .   4 ,   1 9 8 9 . [1 5 ] M . K .   K a z i m i e rc z u k   a n d   X . T .   Bu i ,   Cl a s s - E   a m p l i f i e w i t h   a n   i n d u c t i v e   i m p e d a n c e   i n v e rt e r” , I E E E   T r a n s .   I n d . E l e c t r o n . ,   v o l .   3 7 ,   n o .   2 ,   p p .   1 6 0 1 6 6 ,   1 9 9 0 . [1 6 ] K . K .   S a n g ,   S . H .   H e e ,   J . W .   Y o u n g ,   a n d   H . C.   G y u ,   A   l o w - c o s t   h i g h - e ff i c i e n c y   CCF L   i n v e rt e w i t h   n e w c a p a c i t i v e s e n s i n g   a n d   c o n t r o l , IE E E   T r a n s .   P o we r   E l e c t r o n . ,   v o l .   2 1 ,   n o .   5 ,   p p .   1 4 4 4 1 4 4 5 ,   2 0 0 6 . [1 7 ] Y . F .   L i   a n d   S . M .   S u e ,   E x a c t l y   a n a l y s i s   o Z V S   b e h a v i o f o c l a s s   e   i n v e rt e w i t h   re s o n a n t   c o m p o n e n t s   v a r y i n g , P r o c .   2 0 1 1   6 t h   I E E E   C o n f .   In d .   E l e c t r o n .   A p p l .   ICIE A   2 0 1 1 ,   p p .   1 2 4 5 1 2 5 0 ,   2 0 1 1 . [1 8 ] Y . F .   L i u   a n d   P . C.   S e n ,   N e w   c l a s s - E   D C - D C   c o n v e rt e t o p o l o g i e s   w i t h   c o n s t a n t   s w i t c h i n g   f re q u e n c y , IE E E T r a n s .   I n d .   A p p l . ,   v o l .   3 2 ,   n o .   4 ,   p p .   9 6 1 9 6 9 ,   1 9 9 6 . [1 9 ] S . H . L .   T u   a n d   C.   T o u m a z o u ,   L o w - d i s t o rt i o n   CM O S   c o m p l e m e n t a r y   c l a s s   E   RF   t u n e d   p o w e a m p l i f i e rs , IE E E T r a n s .   C i r c u i t s   S y s t .   F u n d a m .   T h e o r y   A p p l . ,   v o l .   4 7 ,   n o .   5 ,   p p .   7 7 4 7 7 9 ,   2 0 0 0 . [2 0 ] N . O .   S o k a l ,   Cl a s s - E   s w i t c h i n g - m o d e   h i g h - e ff i c i e n c y   t u n e d   RF / m i c ro w a v e   p o w e a m p l i f i e r:   i m p ro v e d   d e s i g n e q u a t i o n s , 2 0 0 0   IE E E   M T T - S   In t .   M i c r o w.   S y m p .   D i g .   ( Ca t .   No . 0 0 CH 3 7 0 1 7 ) ,   v o l .   2 ,   2 0 0 0 . [2 1 ] K .   T h o m a s ,   S .   H i n c h l i f f e ,   a n d   L .   H o b s o n ,   Cl a s s   E   S w i t c h i n g - M o d e   P o w e A m p l i f i e r   F o H i g h   F re q u e n c y   E l e c t ri c P r o c e s s   H e a t i n g   A p l l i c a t i o n s , E l e c t r o n .   L e t t . ,   p p .   8 0 8 2 ,   1 9 8 7 . [2 2 ] C. K .   Ch o u ,   J .   a .   M c D o u g a l l ,   a n d   K .   W .   Ch a n ,   RF   h e a t i n g   o f   i m p l a n t e d   s p i n a l   f u s i o n   s t i m u l a t o d u ri n g   m a g n e t i c re s o n a n c e   i m a g i n g , IE E E   T r a n s .   B i o m e d .   E n g . ,   v o l .   4 4 ,   n o .   5 ,   p p .   3 6 7 3 7 3 ,   1 9 9 7 . [2 3 ] E . S .   H o c h m a i r,   S y s t e m   o p t i m i z a t i o n   f o i m p ro v e d   a c c u ra c y   i n   t ra n s c u t a n e o u s   s i g n a l   a n d   p o w e t ra n s m i s s i o n , IE E E   T r a n s .   B i o m e d .   E n g . ,   v o l .   3 1 ,   n o .   2 ,   p p .   1 7 7 1 8 6 ,   1 9 8 4 . [2 4 ] W . H .   M o o re ,   D . P .   H o l s c h n e i d e r,   T . K .   G i v r a d ,   a n d   J . M . I.   M a a re k ,   T ra n s c u t a n e o u s   RF - p o w e re d   i m p l a n t a b l e m i n i p u m p   d ri v e n   b y   a   c l a s s - E   t ra n s m i t t e r” , IE E E   T r a n s .   B i o m e d .   E n g . ,   v o l .   5 3 ,   n o .   8 ,   p p .   1 7 0 5 1 7 0 8 ,   2 0 0 6 . [2 5 ] N o re z m i   J a m a l ,   S h a k i S a a t ,   Y .   Y u s m a rn i t a ,   T h o ri q   Z a i d ,   A . A . M .   Is a ,   " In v e s t i g a t i o n s   o n   Ca p a c i t o Co m p e n s a t i o n T o p o l o g i e s   E f f e c t s   o f   D i ff e re n t   In d u c t i v e   Co u p l i n g   L i n k s   Co n f i g u ra t i o n s " , In t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   P o we r E l e c t r o n i c s   a n d   D r i v e   S y s t e m s ,   v o l . 6 ,   n o . 2 , p p . 2 7 4 - 2 8 1 ,   2 0 1 5 . B I O G RAP H I E S O F   AUT H O RS Y u s m a r n i ta   Y u s o p w a s   b o rn   i n   M e l a k a ,   M a l a y s i a   i n   1 9 7 9 .   S h e   re c e i v e d   t h e   B. E n g   i n   E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g   ( M e c h a t ro n i c )   f ro m U n i v e rs i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   M a l a y s i a ,   i n   2 0 0 1 ,   t h e   M . E n g   d e g re e i n   E l e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g   f ro m T u n   H u s s e i n   O n n   U n i v e rs i t y   o f   M a l a y s i a ,   i n   2 0 0 4 .   F ro m   2 0 0 5   t o 2 0 1 4 ,   s h e   w a s   a   L e c t u re i n   t h e   F a c u l t y   o f   E l e c t ro n i c s   a n d   C o m p u t e E n g i n e e ri n g , U n i v e rs i t i T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a .   S i n c e   t h a t   t i m e ,   s h e   h a s   b e e n   i n v o l v e d   i n   t e a c h i n g   f o m a n y s u b j e c t s   s u c h   a s   P o w e E l e c t r o n i c s ,   A d v a n c e d   P o w e E l e c t r o n i c s ,   E l e c t ro n i c   S y s t e m s   a n d M a n u f a c t u ri n g   A u t o m a t i o n .   S h e   i s   c u rre n t l y   w o rk i n g   t o w a rd   t h e   P h D .   D e g re e .   H e a re a   o f re s e a rc h   i n t e re s t s   i n c l u d e   e l e c t ro n i c   s y s t e m   d e s i g n ,   w i r e l e s s   p o w e t ra n s f e a n d   p o w e e l e c t ro n i c s . S h a k i r   S a a t w a s   b o rn   i n   K e d a h ,   M a l a y s i a ,   i n   1 9 8 1 .   H e   re c e i v e d   t h e   B. E n g .   a n d   M E n g .   d e g re s e   i n e l e c t ri c a l   e n g i n e e ri n g   f ro m   t h e   U n i v e rs i t i T e k n o l o g i   M a l a y s i a ,   M a l a y s i a ,   i n   2 0 0 2   a n d   2 0 0 6 , re s p e c t i v e l y s   a n d   t h e   P h . D .   d e g r e e   i n   e l e c t ri c a l   e n g i n e e ri n g   ( N o n l i n e a r Co n t r o l   T h e o ry )   f ro m   t h e U n i v e rs i t y   o A u c k l a n d ,   N e w   Z e a l a n d ,   i n   2 0 1 3 .   H i s   c a re e a s   a c a d e m i c i a n   b e g i n s   i n   2 0 0 4   a s   a T u t o a t   D e p a rt m e n t   o f   In d u s t ri a l   E l e c t ro n i c ,   U n i v e rs i t i T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a   a n d   n o w   h e   i s   a S e n i o L e c t u re a t   t h e   s a m e   u n i v e rs i t y .   H i s   c u rre n t   re s e a rc h   i n t e re s t s   i n c l u d e   n o n l i n e a c o n t ro l t h e o ry ,   p o l y n o m i a l   d i s c re t e - t i m e   s y s t e m s ,   n e t w o rk e d   c o n t ro l   s y s t e m s ,   a n d   w i re l e s s   p o w e t ra n s f e r t e c h n o l o g i e s . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.