I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7 ,   p p .   812 ~ 8 2 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 8 i2 . p p 8 1 2 - 825          812       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Z VS  F ull  Bridg Series Reso na nt   Bo o st Conv erte w ith  Series - Co nnected  Tra ns for m e r       M o ha m ed  Sa le m 1 ,   Aw a ng   J us o h 2 ,   N.   Ru m z i N .   I dri s 3 ,   T o le  Su t i k no 4 ,   I f t i k ha Abi d 5   1 ,   2,   3 F a c u l ty   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay sia ,   8 1 3 0 0   S k u d a i,   M a lay sia .   4 De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsitas   A h m a d   Da h lan ,   In d o n e sia .   5 A d v a n c e d   P h o to n   S o u rc e ,   A rg o n n e   Na ti o n a L a b o ra t o ry ,   Ca ss   A v e n u e ,   A rg o n n e ,   USA       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   3 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   A p r   3 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   A p r   1 7 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e p re se n ts  a   stu d y   o n   a   n e w   f u ll   b rid g e   se rie re so n a n c o n v e rter   (S RC)  w it h   w id e   z e ro   v o lt a g e   sw it c h in g   (ZV S ra n g e ,   a n d   h ig h e o u t p u t   v o lt a g e .   T h e   h ig h   f re q u e n c y   tran sf o r m e r   is  c o n n e c ted   in   se ries   w i th   th e   L se ries   re so n a n tan k .   T h e   tan k   in d u c tan c e   is  th e re f o re   in c re a se d a ll   sw it c h e s   h a v in g   th e   a b il it y   to   tu r n   o n   a Z V S ,   w it h   l o w e s w it c h in g   f re q u e n c y   th a n   th e   L tan k   re so n a n f r e q u e n c y .   M o re o v e r,   th e   ste p - u p   h ig h   f re q u e n c y   (HF)   tran sf o r m e d e sig n   ste p a re   in tro d u c e d   in   o rd e t o   in c re a se   th e   o u t p u t   v o lt a g e   to   o v e rc o m e   th e   g a in   li m it a ti o n   o f   th e   c o n v e n ti o n a S RC.  Co m p a re d   to   th e   c o n v e n ti o n a S RC,  t h e   p ro p o se d   c o n v e rter  h a h ig h e e n e rg y   c o n v e rsio n ,   a b le t o   in c re a se   th e   Z V S   ra n g e   b y   3 6 % ,   a n d   p r o v id e   m u c h   h ig h e r   o u t p u p o w e r.   F in a ll y ,   th e   a   lab o r a to ry   p ro to ty p e o f   th e   b o th   c o n v e rters   w it h   th e   sa m e   re so n a n ta n k   p a ra m e t e rs  a n d   i n p u v o lt a g e   a re   e x a m i n e d   b a se d     o n   1   a n d   2 . 2   k W   p o w e r e sp rc ti v e l y ,   f o v e r y fin g   th e   re li a b il it y   o f   th e   p e rf o r m a n c e   a n d   th e   o p e ra ti o n   p r i n c ip les   o f   b o th   c o n v e rters .   K ey w o r d :   Fu ll b r id g co n v er ter   Hig h   f r eq u e n c y   tr an s f o r m er   Ser ies r eso n a n t c o n v er ter     So f t s w i tch in g     Z er o   v o ltag s w itc h i n g   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h a m ed   Sale m ,   E n er g y   C o n v er s io n   E n g i n ee r i n g   Dep ar t m en t,   Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   Un i v er s iti T ek n o lo g i M ala y s ia ,   8 1 3 0 0   Sk u d ai,   Ma la y s ia.   E m ail:  m o h a_ s o _ 2 0 0 9 @ y ah o o . co m   / s m o h a m ed 3 @ l iv e. u t m . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     R eso n a n co n v er ter s   h a v b ee n   ex ten s iv e l y   s t u d ied   s in ce   th 8 0 s   [ 1 ] .   T h ey   p r o v id t h p o s s ib ilit y   t o   ac h iev lo w   s w itc h i n g   lo s s es  an d   allo w   s w itc h es  to   co n tr o r eso n an ce   at  h i g h   s w itc h in g   f r eq u en c y .   Ho w e v er ,   in cr ea s i n g   t h o p er atin g   f r eq u en c y   w i ll  in cr ea s t h s w i tch i n g   lo s s es  a n d   d ec r ea s th s y s te m   ef f icie n c y .   An   an s w er   to   th is   p r o b le m   is   to   r ep lace   th " C h o p p er "   s w itc h   o f   a   s ta n d ar d   to p o lo g y   b y   a   " r eso n an t"   s w itc h ,   w h ic h   u s es  t h r eso n an ce s   o f   cir cu it  ca p ac ita n ce s   a n d   in d u c tan ce s   to   s h ap t h w a v ef o r m ,   w h ic h   t h en   s h ap e s   th c u r r en o r   v o lta g t h r o u g h   t h s w i tch in g   ele m e n t.  T h er ef o r e,   w h en   s w i tch i n g   ta k es   p lace ,   th er is   n o   cu r r en t o r   t h v o lta g f lo w i n g   th r o u g h   it.  ze r o   cu r r en t   s w i t ch in g   ( Z C S)  c h ar ac ter izes  th e   cu r r en w av e f o r m ,   w h ile   ze r o   v o lta g s w itc h i n g   cir c u it  ( Z V S)  ch ar ac ter ize s   t h v o ltag e   w a v ef o r m .   T h e   r es o n an t   co n v er ter   n o t   o n l y   ac h ie v es  s o f s w itc h in g   at  tu r n   o n   an d   o f f ,   b u al s o   h as  less   s w itc h i n g   lo s s es  co m p ar ed   to   P W h ar d   s w itc h in g   co n v er ter .   Fo r   r eso n an co n v er ter ,   th s o f s w itc h i n g   m e th o d   d ep en d s   o n   th r atio   o f   th e   n o r m alize d   f r eq u e n c y .   I f   th e   n o r m alize d   f r eq u e n c y   is   h ig h er   th a n   u n i t y   ( 1 ) ,   th p er f o r m an ce   o f   th e   co n v er ter   w ill  b u n d er   Z VS  co n d itio n .   Me an w h ile,   i f   it  is   less   t h an   u n it y ,   t h p er f o r m a n ce   o f   th co n v er ter   w il b u n d er   Z C co n d itio n   [ 2 ] .   Fu r th er m o r e,   h i g h   s w it ch in g   f r eq u e n c y   i s   r eq u ir ed   i n   s u c h   co n v er ter s   to   cu d o w n   th e   s ize   an d   w e ig h t   o f   t h co n v er ter .   A t   h i g h   f r e q u en cie s ,   t h co n v er ter   h a s   t h ab ilit y   to   ac h iev e   s o f t - s w i tch in g   w h ic h   is   u s ed   to   r ed u ce   t h s w itc h i n g   lo s s e s .   Ho w ev er ,   th i s   w ill  ca u s h i g h   elec tr o m a g n etic   in ter f e r e n ce   d i/d t   an d   d v /d t,  w h ic h   s till   ca n   a f f ec t   t h s y s te m   e f f icie n c y   [ 3 ] - [ 7 ] .   Ser ies   r eso n a n co n v er ter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       ZVS   F u ll B r id g S eries   R eso n a n t B o o s t Co n ve r ter w ith   S eries - C o n n ec ted   Tr a n s fo r mer   ( M o h a med   S a lem)   813   ( SR C )   h a s   b ee n   r ec o m m e n d ed   b y   m an y   r e s ea r ch er s   i n   m a n y   ap p licatio n s   d u to   its   s i m p l icit y   an d   p o p u lar it y   [8 ] - [ 1 0 ]   s in ce   th L C   co m p o n en t s   ar co n n ec ted   i n   s er ies  w it h   t h r ec ti f ier - lo ad   n et w o r k .   T h d r a w b ac k   o f   SR C s   i s   th at  th i n p u v o lta g is   s p lit  b et w ee n   r eso n a n i m p ed a n ce   an d   lo ad ,   w h ic h   m ak es  t h D C   g ai n   o f   S R C   al w a y s   lo w er   t h an   u n i t y   [ 1 1 ] - [ 1 2 ] .   I n   ca s o f   lig h lo ad   o r   n o - lo ad   co n d itio n ,   it  is   d if f i cu lt  to   co n tr o th e   o u tp u v o ltag e.   T h u s ,   Z V is   li m i ted   to   s p ec i f ic  lo ad   co n d itio n s   an d   i n p u v o lta g r a n g e s   [ 1 3 ] .   Sev er al   s ch e m es  h av b ee n   d ev elo p ed   to   s o lv th ese  p r o b le m s ,   s u ch   as  L L C   s er ie s   r eso n a n co n v er ter   to p o lo g ies,   w h ic h   h a v g ain ed   m a n y   at te n tio n   d u to   th eir   m er it  o f   ef f i cien co n v er s io n   an d   h i g h   v o l tag g ai n   [ 1 4 ] - [ 1 6 ] .   T h ese  to p o lo g ies  h av b ee n   i n tr o d u ce d   w i th   f u ll  o r   h alf   b r id g in v er ter s   an d   eith er   ce n ter   tap p ed   o r   f u ll   b r id g r ec tif ier s ,   th ce n ter   tap p ed   r ec tif ier   h o w e v er   is   n o p r ef er r ed   d u th h ig h   v o lta g e   s tr ess   o n   th d io d es   [ 1 7 ] - [ 2 0 ] .   T h L L C   o u tp u t   v o ltag o r   c u r r en ca n   b r e g u lated   in   w id r a n g e   b y   v ar y in g   th e   s w i tch in g   f r eq u en c y   [ 2 1 ] - [ 2 3 ] .   Me d iu m   an d   h ig h   v o lta g co n v er ter s   with   f u ll  a n d   h al f -   b r id g h av e   b ee n   p r esen ted   a n d   d ev elo p ed   in   m an y   i n d u s tr y   ap p licatio n s .   Ma j o r ity   o f   p r ev io u s   w o r k s   h av co v er ed   th h alf   b r id g f o r   r eso n an t   co n v er ter   an d   h a v b ee n   p r esen ted   in   m u lt ilev e i n v er ter s   w i th   in ter lea v ed   r eso n an ta n k ,   d u to   th e   f ac t t h at  f u ll b r id g co n v er ter s   ca u s h ig h   cir cu la tin g   c u r r en t   lo s s es a n d   n ar r o w   r an g o f   Z VS [ 2 0 ,   2 4 - 2 6 ] .   T h is   p ap er   p r esen ts   t h d esi g n   co n s id er atio n   o f   f u l b r id g s er ies  r eso n an t   co n v er ter   th at   ca p ab le  o f   w o r k i n g   ab o v r eso n an f r eq u en c y   to   ac h ie v Z V t u r n - o n   f o r   all  p o w er   s w i tch e s .   T h co n v e r ter   h as  b ee n   test ed   w i th   d if f er e n v al u es  o f   s w i tch i n g   f r eq u e n c y   i n   o r d er   to   in v es tig a te  th o p er atio n   r eg io n   o f   Z VS  a n d   to   clar if y   t h b o u n d ar y   b et w ee n   Z VS  a n d   Z C S.  Fu r t h er m o r e,   h ig h   f r eq u e n c y   s tep - u p   tr a n s f o r m er   h as   b ee n   d esig n ed   an d   co n n ec ted   i n   s er i es  w it h   p r o p o s ed   r eso n an ta n k   an d   t h f u ll  b r id g r ec ti f ier   i n   o r d er   to   f u n ctio n   as  th f o llo w i n g ( 1 )   tu r n   o n   Z VS  f o r   all  s w itc h es;  ( 2 )   to   co m p ar w id e   Z V r an g w it h   r esp ec to   th e   co n v e n tio n al  s er ie s   r eso n an co n v er ter ( 3 )   to   d ec r ea s th s w itc h i n g   f r eq u e n c y   to   r ed u ce   th elec tr o m a g n et ic  in ter f er e n ce ( 4 )   to   p r o d u ce   h ig h   co n v er s io n   ef f icie n c y   a n d   h ig h   p o w er   d en s it y an d   ( 5 )   to   r e d u ce   v o ltag e   s tr ess   o f   p o w er   s w itc h es.  Fi n all y ,   to   co r r o b o r ate  th v alid i t y   a n d   a n al y s is   o f   w id r a n g e   o f   t u r n ed - o n   ze r o   v o lt ag s w itc h in g   o f   t h s er ies   r eso n an D C   DC   co n v er ter ,   an   ex p er i m e n o f   t h p r o p o s ed   co n v er ter   b ased   o n   2 . 2   k W   lab o r ato r y   p r o to ty p e   h as b ee n   co n d u cted .       2.   F UL L - B RID G E   S E RI E S R E SO NAN T   CO NV E RT E ( SRC   T h b asic  co m p o n e n t s   o f   t h e   SR C   ar s h o w n   i n   Fig u r 1 .   E ac h   p ar o f   t h co n v er ter   p er f o r m s   a   s p ec if ic  ta s k ,   as  s u m m ar ized   in   th is   s ec t io n .   T h DC   s o u r c p o w er s   th f u ll  b r id g in v er ter   s w i tch e s   w h ic h   r ap id ly   tu r n s   o n   an d   o f f ,   ac co r d in g   to   th s w itc h i n g   f r eq u e n c y ,   to   g en er ate  t h o u tp u v o ltag e,   an d   av er ag e   v al u e   o f   t h s w i tch ed - i n p u v o ltag d u r i n g   t h s p ec if ic  t i m p er io d .   T o   r ed u ce   elec tr o m ag n et ic  in ter f er e n ce   an d   h ar m o n ic  d is to r tio n ,   r eso n an tan k   co n tai n in g   L   an d   C   is   u s ed   to   g en er ate  s in u s o id al  v o lta g an d   cu r r en s ig n al s   [ 2 7 ] .   Sin ce   t h i s   R C   ta n k   co m p o n e n is   u s ed   as  an   e n er g y   b u f f er   b et w ee n   th t h s w itc h in g   n et w o r k   a n d   th r ec tifie r   n et wo r k ,   th tan k   v al u es  ca n   b d eter m in ed   b y   t h f r eq u e n c y   s ele ctiv n e t w o r k .   T h p r in cip le  is   th at,   u n d er   r eso n a n ce   co n d itio n ,   t h i m p ed an ce   o f   in d u cta n ce   m u s b eq u al  to   th ca p ac itan ce ,   th u s   g e n er ates  t h r eso n a n ce   f r eq u en c y .   Ult i m a tel y ,   t h o u t p u s ig n al  i s   r ec tif ied   an d   f i lte r ed   to   g en er ate  th d esire d   DC   o u tp u v o lta g [ 2 8 ] .   On ce   th r eso n a n ta n k   i m p ed an ce   v alu is   c h o s en ,   t h t an k   c u r r en s h o u ld   b en s u r ed   en o u g h   to   r ea ch   t h o u tp u t.   Fro m   t h ta n k   p ar a m eter s ,   r eso n a n f r eq u e n c y   a n d   t h ta n k   i m p ed an ce   eq u atio n s   ca n   b o b tain ed   as in   eq u atio n   ( 2 )   an d   ( 3 ) :                                     ( 1 )                                            ( 2 )                                     ( 3 )           Fig u r 1 .   T h ty p ical  co n f i g u r atio n   o f   t h ( SR C )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 1 2     8 2 5   814   2 . 1 .   Series  Reso na nt  Co nv er t er   Cha ra ct er is t ics   I n   SR C ,   t h tan k   is   lin k ed   in   s er ies  w it h   th r ec tif ier - lo a d   n et w o r k .   T h lo ad   an d   r eso n an tan k   f u n ctio n   as  a   v o lta g d i v id er .   T h i m p ed an ce   o f   r e s o n a n ta n k   w ill  b c h an g ed   b y   a lter in g   t h f r eq u en c y   o f   d r iv in g   v o lta g to   th r eso n an t   n et w o r k ,   w h ic h   as  d ep icted   in   Fig u r 2 .   T h in p u v o ltag i s   s p lit  b et w ee n   t h i s   i m p ed an ce   a n d   th e f f ec ti v r esis ta n ce   [ 1 1 ] .   T h DC   g ai n   o f   SR C   i s   al w a y s   lo w er   t h a n   u n it y ,   b ec au s it  w o r k s   as  v o lta g d iv id er .   T h g ai n   ca n   b ca lcu lated   b y   u s i n g   th g a in   eq u at io n   M,   E q u atio n   4 .   A li g h t - lo ad   co n d itio n ,   if   t h lo ad   r esi s tan ce   i s   to o   lar g co m p ar ed   t o   th i m p ed an ce   o f   t h r eso n a n n e t w o r k   Z 0 ,   all  th in p u t v o lta g e s   w ill b i m p o s ed   o n   th lo ad .   T h is   m a k es i t d if f ic u lt to   m o d u late  t h o u tp u t a t li g h t lo ad .           Fig u r 2 .   E q u iv ale n t c ir cu it o f   th d c - d s er ies r eso n a n t c o n v er ter                                                                     ( 4 )     T h m o d es  o f   o p er atio n s   o f   th SR C   ca n   b d iv id ed   in to   th r ee   ca teg o r ie s   b ased   o n   s w i tch i n g   f r eq u en c y ,   co n d u ctio n   m o d e,   an d   p r o f icien c y   o f   t h s o f s w itc h i n g .   C o n s eq u e n tl y ,   f o r   t h lo ad   p ar am e ter s   an d   co m m a n d   f o r   th r an g es,  th SR C   h a s   an   u n co u n tab le  n u m b er   o f   m o d es  o f   o p er atio n s .   T h ese  m o d es  an d   th b o u n d ar ies  b et w ee n   ea c h   o f   th e m   h av b ee n   e x p lain e d   an d   s tu d ied   in   d etail  in   [ 2 9 ] .   T h co n d u ctio n   m o d e s   ar g r o u p ed   i n to   t wo   ar ea s   o f   d is co n ti n u o u s   co n d u ctio n   m o d ( D C M)   an d   t w o   r a n g e s   o f   t h e   co n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d ( C C an d   C C M1 )   b ased   o n   th n o r m alize d   f r eq u e n c y   as  s u m m ar ize d   in     T ab le  1 .   I n   s u m m ar y ,   i n   o r d er   to   d esig n   co n v er ter   to   w o r k   u n d er   Z VS,   th e   r eso n a n t h an k   s h o u ld   b a n   in d u cti v r esp o n s e,   w h ic h   m e an s   t h at,   th s w itc h i n g   f r eq u e n c y   s h o u ld   b ab o v th tan k   f r eq u en c y   [ 3 0 ] .       T ab le  1 .   Su m m ar y   o f   Ser ie s   r eso n an t c o n v er ter   m o d es   C o n d u c t i o n   mo d e   F r e q u e n c y   r a n g e   S w i t c h   t r a n si t i o n   Z C S   Z V S   D C M   5 . 0 0 F   T u r n - on   y e s   no   T u r n - o f f   y e s   y e s   C C M   1 5 . 0 F   T u r n - on   no   no   T u r n - o f f   y e s   y e s   C C M 1   1 F   T u r n - on   y e s   y e s   T u r n - o f f   no   no           Fig u r 3 .   T h g ain   ch ar ac ter is t ics o f   th SR C ,   f o r   th r a n g 0     F ≥   2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       ZVS   F u ll B r id g S eries   R eso n a n t B o o s t Co n ve r ter w ith   S eries - C o n n ec ted   Tr a n s fo r mer   ( M o h a med   S a lem)   815   T h g ain   cu r v es  a n d   t h s o f s w itc h i n g   b o u n d ar ies  ar s h o wn   i n   F ig u r 3 .   I ca n   b s ee n   t h at,   in   ca s o f   o p er atin g   ab o v r eso n a n ce ,   in cr ea s i n g   t h s w itc h in g   f r eq u en c y   w il ca u s r ed u c tio n   i n   o u tp u v o ltag e.   T h o u tp u v o ltag ca n   b in cr ea s e d   b y   d ec r ea s i n g   t h Q,   w h ic h   w il in cr ea s th lo ad   r esis tan ce .   A lo w   v alu o f   less   t h an   0 . 7 8 5 ,   th co n v er t er   w ill  g ai n   u n it y   b ef o r r eso n an t f r eq u en c y .   T h er ef o r e,   th co n v er ter   w ill b eg in   to   o p er ate  u n d er   DC M,   w h ile   m ai n tai n in g   t h o u tp u p o te n ti al  o f   t h s a m v al u at  ea c h   f r eq u en c y .   T o   av o id   th is   p r o b le m ,   th v al u s h o u ld   b s u f f icien to   h o ld   th h ig h   o u tp u v o lta g b y   s m al alter atio n s   in   t h e   f r eq u en c y   a n d   to   u tili ze   ze r o - v o ltag s w itc h i n g .     2 . 2 O pera t ing   Abo v Reso na nce   Un d er   s tead y   s tate,   t h f u ll  b r id g S R C   s w i tch in g   ab o v e   r es o n an t   h a s   f o u r   o p er atin g   m o d es.   I n   o n co m p lete  c y cle,   ea ch   m o d is   tak e n   an d   ex p lain ed   in d i v i d u all y   i n   th i s   s ec tio n .   T h in itial  v al u es  o f   ea c h   m o d ca n   b ca lcu lated   at  t h e   last   p o in f r o m   th p r ev io u s   m o d e.   T h v o lta g an d   cu r r e n w a v e f o r m s   o f   th e   o p er atio n   m o d es a r p lo tted   in   Fig u r 4 .         ω 0 t 0 t T = 1 / f s V g s   1 4 V g s   2 , 3 V A B i L r   V C r   t t t t ω 0 t 1 ω 0 t 2 ω 0 t 3 ω 0 t 4     Fig u r 4 .   Op er atio n al  w a v e f o r m s   o f   f u ll - b r id g ( SR C )   w o r k i n g   ab o v r eso n an t       2 . 2 . 1 .   M o de  I :   ( bet w ee n ɷ 0 t 0   a nd   ɷ 0 t 1 )   W h en   th f r ee w h ee l in g   d io d es  o f   th s w itc h es  Q1   an d   Q4   ar tu r n ed   o n ,   p a r o f   th tan k   e n er g y   f ee d s   t h lo ad   an d   th r est  i s   d eliv er ed   b ac k   to   th s o u r ce th u s   r eso n a n cu r r e n ilr  d ies  d o w n   at  ɷ 0 t0 ,   an d   s tar ts   to   r e v er s e.   B ec au s t h cu r r en c h a n g e s   it s   tr ac k   f r o m   f r ee w h ee lin g   d io d es  to   t h e   p o w er   s w i tch e s   Q1   an d   Q4 ,   i n   t h is   m o d e,   t h s w itc h e s   ar t u r n ed   o n   at  ze r o   v o ltag e   s w i tch i n g .   T h i n s tan ta n eo u s   r eso n a n t   v o ltag a n d   cu r r en t c a n   b ev a lu ated   b y   u s i n g :                        [                         ]                             ( 5 )                               [                         ]                         ( 6 )     2 . 2 . 2 .   M o de  I I :   ( bet w ee n ɷ 0 t 1   a nd   ɷ 0 t 2 )   W h en   t h r eso n a n ca p ac ito r   v o ltag V cr   cr o s s es  ze r o   at  t h in s ta n ɷ 0 t 1 ,   s w itc h es  Q an d   Q 4   ar e   f o r ce d   to   tu r n   o f f .   T u r n   o f f   lo s s es  e x is b ec au s t h e y   ar h a r d   s w itc h i n g ,   b u th e y   ca n   b eli m i n ated   b y   u s i n g   s m al ca p ac ito r s   ac r o s s   th s w itc h e s .   T h cu r r en s tar ts   t o   f lo w   t h r o u g h   t h f r ee w h ee lin g   d io d es  o f   th e   s w itc h es  Q an d   Q 3 ,   an d   r es u lts   i n   t h p o w er   s ta g e,   w h i ch   m ea n s   t h at,   t h s o u r ce   f e ed s   th tan k ,   s o   t h n eg at iv v o ltag ac r o s s   t h t an k   f o r ce s   th c u r r en to   d r o p   to   ze r o   at  en d   o f   th is   m o d e.   T h v o ltag an d   cu r r en f o r   th is   m o d ar g iv e n   b y   t h f o llo w i n g   eq u atio n s :                          [                           ]                                                              ( 7 )                                                                      + [                           ] [                           ]   ( 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 1 2     8 2 5   816   2 . 2 . 3 .   M o de  I I I :   ( bet w ee n ɷ 0 t 2   a nd   ɷ 0 t 3 )   T h d io d es  o f   s w itch e s   Q a n d   Q 3 ,   w ill  b o p en ed   cir cu it  at  b eg in n i n g   o f   t h i s   m o d at  ɷ 0 t 2 ,   an d   th e   r eso n an s ta g b et w ee n   th ta n k   co m p o n e n ts   w i ll  b ac h ie v ed .   A s   t h c u r r en f lo w s   th r o u g h   th f r ee w h ee li n g   d io d es,  s w itc h es  Q an d   Q 3   ar tu r n ed   o n   u n d er   ze r o   v o ltag s w itch in g   co n d itio n s .   D u r in g   th is   i n ter v al,   t h e   tan k   en er g y   is   i m p o s ed   to   t h e   lo ad ,   s o   th p o lar it y   o f   t h o u tp u v o lta g s ee n   b y   th e   tan k   ch a n g es  w it h   t h e   r eso n an t   cu r r en t.  Me an w h ile,   th r eso n an t   ca p ac i to r   v o ltag e   is   s h i f ted   w i th   r e s p ec o f   t h cu r r en t,  w h er e,   it  i s   at  p ea k   w h e n   th c u r r en t i s   ze r o   an d   cla m p ed   to   ze r o   ex p r ess ed   as f o llo w s                        [                           ]                                 ( 9 )                               - [                           ]                                           ( 1 0 )     2 . 2 . 4 .   M o de  I V:   ( bet w ee n ɷ 0 t 3   a nd   ɷ 0 t 4 )   I n   t h is   i n ter v al,   th e   h ar d   s w itc h in g   tu r n   o f f   i s   o cc u r ed   f o r   t h s w itc h es   Q a n d   Q 3   at   ɷ 0 t 3 .   T h er ef o r e,   th cu r r en n at u r all y   w ill  c h an g its   tr ac k   to   th f r ee w h ee li n g   d io d es  o f   s w itc h es  Q an d   Q 4 an d   th r eso n a n t   cu r r en w ill  r ea c h   ze r o   at  ɷ 0 t 4 ,   w h ich   m ea n s ,   t h f ir s s w i t ch in g   p er io d   en d s ,   an d   th o p er atio n   to   th f ir s m o d is   i n   th f o llo w in g   s u b s eq u en c y c le.   T h in s tan ta n eo u s   r eso n a n v o lta g an d   cu r r e n f o r   th i s   m o d ca n   b esti m ated   b y   u s i n g :                        [                         ]                                                                ( 1 1 )                                                                      - [                         ]                         ( 1 2 )         3.   S E R I E RE SO N ANT CO N VE R T E R   W I T H   SE R I E S C O NNEC T E T RAN SFO R M E R   ( L L C)   T h co n ce p o f   th i s   co n v er t er   d o es  n o h a v m a n y   d if f er en ce   co m p ar ed   to   t h co n v er ter   as   m en tio n ed   in   t h p r ev io u s   s ec tio n .   I ca n   b co n s id er ed   as  an   i m p r o v e m e n to p o lo g y   o f   t h p r ev io u s   o n as  it   eli m i n ate s   s o m o f   t h w ea k n ess es  o f   t h S R C s ,   s u c h   as  t h e   li m itatio n   o f   th o u tp u v o ltag e,   an d   th li m ited   s w itc h in g   f r eq u e n c y   to   ac h ie v th Z VS.  T h S R C   g a in   i s   a l w a y s   les s   th a n   u n it y .   T h aim   o f   th i s   m et h o d   is   to   u s s tep   u p   h i g h   h i g h   f r eq u en c y   tr an s f o r m er   co n n ec ted   in   s er ie s   w it h   t h L C   ta n k ,   a s   ill u s tr at ed   in     Fig u r 5 .   T h is   to   m ee t h r eq u ir e m e n ts   o f   th co n v er ter   to   in cr ea s th o u tp u p o w e r   an d   en h a n ce   t h e   r eso n an t   in d u ctan ce   b y   t h m a g n et izin g   i n d u c tee  o f   th tr an s f o r m er ,   w h er e,   it  w ill   b in v o l v ed   in   th r e s o n a n t   tan k   a n d   w ill lea d   to   in cr ea s i n   th ze r o   v o lta g s w itc h i n g   r an g e.       C r   L r R L   L o a d   R e s o n a n t   t a n k B A S 2 S 1 S 3 S 4 D C V i n H i g h   F r e q u e n c y   T r a n s f o r m e r N p N s C f D 1 D 2 D 3 D 4     Fig u r 5 .   T h co n f ig u r atio n   o f   th ( SR C )   w it h   s er ies co n n ec t ed   tr an s f o r m er       3 . 1 .      HF   T ra ns f o r m er   Des ig n   I n   o r d er   to   c o m p ar th ese  co n v er ter s   an d   to   p r o v th ex ten s io n   o f   th ze r o   v o ltag s w itc h in g   r an g e,   th HF  tr an s f o r m er   m u s b d esig n ed   to   w o r k   at  lo w er   f r eq u en c y   t h an   t h r eso n a n f r eq u en c y .   Mo r eo v er ,   f o r   p r ac tical  d esig n ,   m a n y   r eq u ir e m en ts   m u s b ta k e n   i n to   ac co u n t.  Fo r   ex a m p le,   t h p r i m ar y   w i n d in g   o f   th e   tr an s f o r m er   ar co n n ec ted   in   s er ies  w ith   t h r eso n a n tan k ,   s o   th e y   h a v th s a m v al u o f   th cu r r en t.  T h e   o u tp u v o ltag al s o   eq u al  to   th s ec o n d ar y   v o lta g o f   t h e   HF  tr an s f o r m er ,   s o   th p r i m ar y   v o ltag i s   th e   w i n d i n g   r atio   to   th o u tp u v o ltag e.   Fo r   th is   w o r k ,   th p r i m ar y   v o lta g is   th o u tp u v o ltag o f   t h L C   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       ZVS   F u ll B r id g S eries   R eso n a n t B o o s t Co n ve r ter w ith   S eries - C o n n ec ted   Tr a n s fo r mer   ( M o h a med   S a lem)   817   r eso n an t   tan k .   T h o p er atin g   f r eq u en c y   i s   3 7 . 5   k Hz  a n d   th e   s elec t ed   tr a n s f o r m er   co r is   E T 3 9 .     T h m a x i m u m   f l u x   d esti n y   ( B m )   m u s t b co n s id er ed   ca r ef u l l y   to   av o id   s at u r atio n   a n d   u n d er   u tili zi n g   t h co r e   s itu a tio n s .   T h er ef o r e,   th m ax i m u m   f lu x   d en s i t y   m u s b in   th r an g o f   1 3 0 0 t o   2 0 0 0 G,   w h ich   i s   ac ce p tab le  f o r   m o s tr an s f o r m er   co r es.  B ased   o n   th ese  d esi g n   co n s id er atio n s ,   th n u m b er   o f   r eq u ir ed   p r im ar y   an d   s ec o n d ar y   t u r n s   ca n   b o b tain ed   b y   ass u m i n g   t h v alu o f   th f lu x   d esti n y   as i n   th f o l lo w i n g   ex p r ess io n :                                                                                                                        ( 1 3 )                                                                                 ( 1 4 )     3 . 2 .         O pera t ing   P rinciple   T h t o p o l o g y   o f   th SR C   w ith   s er ies   c o n n ec t e d   t r an s f o r m er   s ch em atic  c o n s is ts   th r ee   m ain   s tag es,   as   s h o w n   in   Fig u r 5 .     3 . 2 . 1 .   Co ntr o S w it ching   Net w o rk   ( CSN)     I n   th is   s tag e,   th s w itch in g   n etw o r k   is   r ep r esen te d   in   f u ll  b r i d g in v er t e r .   T h s w itch es  o f   th C SN  w o r k   alter n ate ly ,   to   p r o d u ce   a   s q u a r w av o f   v o lt ag V AB ( t )   w h ich   is   ex p r ess ed   b y   Fo u r i er   s e r i es  in   ( 1 5 ) ,   t o   f ee d   th r es o n an th an k .   Me a n w h ile,   Q 1   an d   Q 3   a r tr ig g e r ed   s im u ltan eo u s ly   b y   5 0 d u ty   c y cle  f o r   th f i r s t   h alf   cy cle,   th en   th o th e r   tw o   s w itch es,  w h ich   ar Q 2 ,   Q 4 ,   a r tr ig g e d   f o r   th s e c o n d   h alf   cy cle.   Sm all  d e ad   tim m u s t b e   in t r o d u ce d   to   av o i d   th s ig n als   in t er f a ce s   an d   to   a ll o w   th s o f t sw itc h in g   to   o c cu r .                                                                                             ( 1 5 )     3 . 2 . 2 .   Reso na nt  T a n k   Net w o rk   ( R T N)     I n   th i s   to p o lo g y ,   t h r eso n an t   tan k   co n s is t s   o f   r e s o n a n i n d u cti v L r ,   r eso n a n ca p ac ito r   C r   an d   t h e   m ag n etiz in g   i n d u c tan ce   o f   th e   s tep   u p   tr an s f o r m er ,   as  s h o wn   i n   Fig u r 6 .   T h ta n k   allo w s   o n l y   t h s in u s o id a l   cu r r en to   f o llo w   t h r o u g h   t h e   R T N.   Mo r eo v er ,   th r eso n a n cu r r en t   o r   th e   p r i m ar y   cu r r e n la g s   th e   s q u ar v o ltag t h at  i s   ap p lied   to   th R T N,   as  lo n g   t h co n v er ter   w o r k s   u n d er   an   i n d u ct i v m o d e,   to   ac h iev t h Z V S   tu r n s   o n   f o r   t h s w itc h es.      3 . 2 . 3   Dio de  Rec t if ier   Net wo r k   w it h   L o w   P a s s   F ilte ( DR_ L P F )     T h f u ll  b r id g d io d n et w o r k   is   u s ed   to   r ec ti f y   t h AC   v ar i ab les  to   p r o d u ce   t h d esire d   DC   o u tp u t   v o ltag e,   an d   th f ilter i n g   p r o ce s s   o f   th r eso n a n ta n k   allo w s   t h u s o f   th f u n d a m e n ta ap p r o x i m atio n   to   o b tain   th g ai n   o f   t h to p o lo g y .   Fi g u r 6   d escr ib e s   t h r elati o n   b et w ee n   t h eq u i v ale n lo a d   r esis tan ce   a n d   th e   ac tu al  lo ad   r esis ta n ce ,   an d   th av er ag o f   t h cu r r en I ac   is   eq u al  to   th o u tp u cu r r en t   I o .   T h h ar m o n ic   co m p o n e n t s   o f   th r eso n a n t an k   o u tp u v o lta g V R ( t)   ar e   n o in v o l v ed   in   th p o w er   tr an s f er .   A ls o ,   w it h   co n s id er in g   t h e   tr an s f o r m er   t u r n s   r atio ,   t h e   eq u i v ale n lo ad   r esis ta n ce   r elate d   to   th e   p r i m ar y   s id is   o b tain ed ,   as sh o w n   i n   Fi g u r 6 b.                                                                                           ( 1 6 )       C r   L r R L C f +     V R - +     V o - I a c =   P K n =   N p / N s V i n +     - I o +     V s 1 - +     V R 1 - C r   L r T r R a c Z i ( a )   ( b )       Fig u r 6 .   a)   T h s tag es a n d   th v ar iab les o f   t h co n v er ter   to p o lo g y .   b )   A C   eq u iv ale n t c ir c u it  w it h   s er ie s   co n n ec ted   tr an s f o r m er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 1 2     8 2 5   818   3 . 3 .   Circ uit  Cha ra ct er is t ics   T h v o ltag g a in   o f   th is   to p o lo g y   ca n   b cla s s i f ied   in to   th r ee   s tag es th g ai n   o f   t h s w i t ch ed   f u ll - b r id g e,   th g ain   o f   t h r eso n a n ta n k   an d   t h tr a n s f o r m er   t u r n s   r atio .   T h g ai n   o f   t h s w i t ch ed   f u ll - b r id g a n d   th tr an s f o r m er   t u r n s   ar f ix ed   co m p o n e n ts ,   w h ile  t h r eso n a n tan k   is   v ar iab le  g ai n .   B ased   o n   Fig u r 6 - b ,   th v o ltag g a in   ch ar ac ter i s t ics   o f   tan k   ca n   b r ep r esen ted   as  f u n ct io n   o f   n o r m a lized   f r eq u en c y   r atio   ( F=f s   /f r1 ) ,   lo ad   q u alit y   f ac to r   ( Q)   an d   f ac to r   o f   r elate d   to tal   p r i m ar y   i n d u ctan ce   to   t h r e s o n a n ce   i n d u ctan ce   ( A L ) ,   w h ic h   is   co n s id er ed   as a   f ix ed   p ar a m eter   as it i s   d o es  n o t c h an g w i th   t h o p er atio n .   C o n s eq u en t l y ,   t h is   tan k   h as  t w o   r eso n an f r eq u e n cies:  th h i g h er   r eso n an f r eq u en c y ,   f r1   w h i ch   is   ca u s ed   b y   t h r eso n a n e le m e n ts   L r   a n d   C r w h ile  t h f r2   is   o b tain ed   b y   a l th ta n k   p ar a m e ter s   as  d e f in ed   in   E q u atio n   ( 1 9 ) .   I n   p r ac tice,   th v o lta g g a in   ca n   b d eter m in ed   b y :                                                                                                                       ( 1 7 )                                                                       ( 1 8 )                                                                                         ( 1 9 )           Fig u r 7 .   T h g ain   ch ar ac ter is t ics o f   th SR C   w it h   t h s er ies  s tep   u p   HF,  f o r   th r a n g 0     F ≥   2 ,   an d   d if f er e n t lo ad   f ac to r       As  o n ca n   o b s er v f r o m   t h g ain   c u r v es  f o r   d if f er en v al u es,  i)   i n   ca s o f   o p er atio n   ab o v r eso n an ce   ( f s >f r 1 ) ,   t h co n v er t er   s ee m s   to   b eh a v as t h co n v en t io n al  s er ie s   r eso n a n t c o n v er ter .   Sin ce   th g ai n   is   les s   th a n   u n i t y   f o r   th e n tir r eg io n ,   an d   it  d ec r ea s ed   as  t h o p er atin g   f r eq u e n c y   g et s   ap ar f r o m   r e s o n a n t   f r eq u en c y .   T h er ef o r e,   th is   r eg io n   i s   d ef in ed   as   an   i n d u ctiv r eg io n ,   a n d   o n l y   Z VS   w i ll  b ac h ie v ed .   Me an w h ile,   i i)   i n   ca s e   o f   o p er atio n   at   r eso n a n ce   ( f s = f r 1 ) ,   it  i s   o b v io u s   f r o m   Fi g u r 7 ,   t h at  t h g ai n   i s   u n it y   f o r   th all  v al u es,  w h ic h   m ea n s ,   o p er atin g   at  r eso n an f r eq u e n c y   i s   n o ef f ec b y   lo ad   v ar ia tio n   an d   th o u tp u t   v o ltag w ill  r e m ai n   t h s a m w it h   t h i n p u v o lta g e.   F u r t h e r m o r e,   o p er atio n   b elo w   r eso n an ce   ca n   b d iv id ed   in to   t w o   r e g io n s ii i - a)   th e   r eg io n   b et w ee n   r eso n a n f r eq u e n cies  ( f r 2 <f s > f r 1 ) ,   w h er e,   in   th is   r eg io n ,   th e   g ai n   is   h ig h er   t h a n   1 an d   t h p ea k   g a i n   d ep en d s   o n   t h v al u e.   M ea n w h ile,   f o r   lo w   v al u es  ( li g h t   lo ad s ) ,   th e   g ai n   co u ld   r ea ch   t h m a x i m u m   p o in w h er w e   ca n   o b tain   th e   m i n i m u m   lo ad   f ac to r   Q m i n .   Un li k e,   f o r   h i g h   Q   v alu e s   ( h ea v y   lo ad s )   w h er w e   ar ab le  to   o b tain   t h e   m a x i m u m   lo ad   f ac to r   Q m a x .   B ased   o n   o u r   d esi g n   p ar am eter s   at  s w itc h i n g   f r eq u en c y   o f   3 7 . 5   k Hz   an d   AL =3 ,   th e   lo ad   f ac to r   i s   i n   r a n g e   o f   ( 1 - 3 ) ,   i n   o r d er   to   ac h iev e   th m a x i m u m   v o lta g g ai n   eq u al  to   1 . 2 5 .   iii - b )   f o r   th r eg io n   w it h   s w itc h in g   f r eq u en c y   lo w er   th a n   s ec o n d   r eso n an f r eq u e n c y   ( f s <f r 2 ) .   T h g ain   f o r   all  v alu es  s tar ts   to   d r o p   to   ze r o   as  s o o n   as  th s w itc h in g   f r eq u en c y   d ec r ea s es.  Mo r eo v er ,   in   th is   r eg io n ,   th p er io d   o f   s w itc h in g   f r eq u e n c y   i s   m u c h   lo w er   th a n   r eso n an t   p er io d .   T h er ef o r e,   th r eso n an c y cle  is   n o ab le  to   f in i s h   f o r   th is   r ea s o n   th d is co n ti n u o u s   m o d w ill  b e   ca r r ied   o u t.   0 0.2 5 0.5 0.7 5 1 1.2 5 1.5 1.7 5 2 2.2 5 2.5 2.7 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 M = Vo / Vi n   F=fs/ fr1   Q=1   Q=1.5   Q = 2 .4   Q=3   Q=5.3   Q=9   Q = 2 6 .7   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       ZVS   F u ll B r id g S eries   R eso n a n t B o o s t Co n ve r ter w ith   S eries - C o n n ec ted   Tr a n s fo r mer   ( M o h a med   S a lem)   819   4.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S   I n   th i s   s tu d y ,   t w o   ex p er i m en t al  p r o to ty p es  o f   th co n v e n tio n al  S R C   a n d   t h p r o p o s ed   co n v er ter   h ad   b ee n   test ed   to   v er i f y   t h p er f o r m a n ce   an d   t h e x ten d ed   r an g o f   Z VS.  T h f ir s cir c u it  w a s   test ed   a n d   i m p o s ed   w it h   d i f f er e n s w it ch in g   f r eq u e n cies   to   in v e s ti g ate  t h Z VS   r an g e.   Me an w h ile,   t h p r o p o s ed   co n v er ter   w a s   test ed   b y   u s i n g   th s a m p ar a m eter s   an d   s w itc h i n g   f r eq u e n c y   t h at  w as  lo w er   th a n   r eso n an f r eq u en c y   i n   o r d er   to   ce r tify   th th eo r eti ca p ar ts   as  d er iv ed   in   th p r ev io u s   s ec t io n .   T h co n v er ter s   w er e   i m p le m en ted   w it h   th f o llo w i n g   s p ec if icatio n s V in =1 8 0   V,   r eso n an ca p ac ito r = 7 0   n w it h   r eso n an f r eq u en c y 4 2 . 5   k Hz,   o u tp u t c ap ac ito r   C f =4   u f ,   a n d   t h s ele cted   lo ad   f ac to r   Q =2 . 4 .   P o w er   s w it c h   I GB T s   T Q - 2 4 7 A C   w as  s elec ted   b ased   o n   th eir   ad v a n tag e s   o f   f ast  s w itc h in g   a n d   ap p licatio n   ca p ab ilit y .   T h cir cu it sh o w n   in   Fi g u r 1   w as  te s ted   an d   i m p o s ed   w ith   d i f f er en s w itc h in g   f r eq u e n cie s   to   in v e s ti g ate  t h r eliab ilit y   o f   th e   Z VS   r an g e.   M icr o co n tr o lle r   eZ d s p T F2 8 3 3 5   w as  u s ed   to   i m p le m en t   t h g ate   p u ls e s   f r o m   s o f t w ar to   g ate   d r iv es.  T h g ate   s i g n als  h ad   b ee n   v a lid ated   w it h   5 0   k H s w itc h i n g   f r eq u e n c y   b ef o r b ein g   s e n to   t h e   s w itc h es  as  s h o w n   in   Fig u r 8 .   Sig n als  1   an d   3   w o r k ed   s i m u ltan eo u s l y   f o r   th f ir s h al f   c y cle.   T h en ,   th o th er   t w o   s i g n al s ,   2   a n d   4   w o r k ed   f o r   th s ec o n d   h alf   o f   s w i tch i n g   c y cle.   d ea d   ti m w a s   e n s u r ed   w it h   v al u o f   0 . 5 μ s ,   to   av o id   th s ig n al s   in te r f ac an d   to   o f f er   m atter   o f   t i m to   allo w   Z VS to   o cc u r .           Fig u r 8 .   Gate   d r iv er   s ig n als a t 5 0   k Hz  s w itch in g   f r eq u en c y       Fig u r 9   s h o w s   t h L C   tan k   w a v e f o r m s .   T h f u ll  b r id g s w itc h i n g   g e n er ates  s q u ar w a v v o lta g VA B   t h at   ex ci ted   th e   r eso n a n tan k   a n d   cr ea ted   t h s in u s o i d al  w a v f o r m s .   I w a s   o b v io u s   th at   t h r eso n a n t   cu r r en s tar ted   b y   n eg a tiv e   p o lar it y   at   ea ch   h a lf   c y c le,   w h ic h   allo w ed   t h e   Z VS  to   b ac h ie v ed   f o r   th e   s w itc h in g   f r eq u e n c y   h i g h er   t h an   r eso n a n f r eq u en c y .   Me a n w h ile,   at  lo w er   s w i tch in g   f r eq u en c y   t h Z C w as   ac h iev ed .   A f s =3 7 . 5   k Hz,   th s w itc h in g   p er io d   w as  m u ch   lo w er   t h an   r eso n an t p er io d .   T h e r ef o r e,   th r eso n an t   w a v e f o r m s   w er n o t a b le  to   f in is h   t h eir   c y cle,   d u to   th D C co n d itio n .               ( a)   ( b )     Fig u r 9 .   Me asu r ed   w a v e f o r m es o f   th r eso n an t ta n k   in p u t v o ltag V A B ,   r eso n an t i n d u c to r   cu r r en t i L r   an d   r eso n an t c ap ac ito r   v o lta g Vcr   o f   co n v e n tio n a l SR C   at  Vi n = 1 8 0   an d   ( a)   f s =5 0   k Hz,   ( b )   f s =4 5   k Hz       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 1 2     8 2 5   820           ( c)   ( d )             ( e)     Fig u r 9 .   Me asu r ed   w a v e f o r m es o f   th r eso n an t ta n k   in p u t v o ltag V A B ,   r eso n an t i n d u c to r   cu r r en t i L r   an d   r eso n an t c ap ac ito r   v o lta g Vcr   o f   c o n v e n tio n a l SR C   at  Vi n = 1 8 0   an d   ( c)   f s =4 2 . 5 k Hz,   ( d )   f s =4 0   k Hz ,   an d   ( e)   f s =3 7 . 5   k Hz .       Fig u r 1 0   s h o w s   th e   g a te  v o lt ag a n d   co llecto r   v o lta g o f   a ll  s w i tch e s   at   5 0   k Hz,   4 5   k Hz ,   an d   4 2 . 5   k Hz  s w itc h in g   f r eq u e n c y   co n d itio n s .   T h co llecto r   v o lta g e   V CE   d r o p p ed   to   ze r o ,   b ef o r e   th s w itc h es  w er e   tu r n ed   o n .   T h u s ,   all  t h s w i tc h es  w er t u r n ed   o n   at  Z VS,  s i m ilar   at  4 0   k Hz,   a n d   3 7 . 5   k Hz  co n d itio n s .   T h e   s w itc h es  w er t u r n ed   o f f   b ef o r th co llecto r   v o ltag w a s   r i s en   to   t h in p u v o lta g v al u e.   T h er ef o r e,   all  t h s w itc h es  w er tu r n ed   o f f   at  Z C S.   T h ex p er i m en tal  r e s u l ts   b ase d   o n   th S R C   w i th   s er ies  co n n ec ted   tr an s f o r m er   w i th   t h s a m cir cu i t   p ar am eter s   o f   th co n v e n tio n al  S R C   w a s   p r o v id ed   to   v er if y   t h t h eo r etica an d   th e   d esig n   p ar ts .   T h m ea s u r ed   w a v e f o r m s   o f   th r eso n an ta n k   w h ic h   w er e;  th tan k   i n p u v o ltag V AB ,   th r eso n an i n d u cto r   cu r r en ( th p r i m ar y   s id cu r r en t) ,   an d   th r eso n an ca p ac ito r   v o ltag e,   ar s h o w n   in   Fig u r 1 1 ( a) .   Me an w h ile ,   th s ec o n d ar y   v o ltag a n d   cu r r en ar illu s tr ated   in   Fi g u r 1 1 ( b ) .   I w as  o b v io u s   t h at,   th p r i m ar y   s id h ad   th e   s a m s h ap es  o f   t h co n v en t io n al  SR C   w it h   s m all  c h an g es  in   th r eso n an c u r r en an d   v o ltag v al u es,  an d   m o r s tr e s s   w as  n o ticed   esp ec iall y   in   t h s ec o n d ar y   w a v ef o r m s ,   b ec au s o f   t h m a g n et izin g   in d u cta n ce   o f   th tr an s f o r m er .   Mo r eo v er ,   co m p ar ed   th is   p r o to t y p to   th e   co n v e n tio n al  SR C   u n d er   t h s a m e   s w i tch i n g   f r eq u en c y ,   it  i s   clea r   th a t h e   p r o p o s ed   co n v er ter   ca n   p r o v id m o r e   en er g y   co n v er s io n   an d   h i g h er   o u tp u v o ltag t h a n   th i n p u t,  an d   it  w o r k s   u n d er   C C M.   Fi g u r e   1 2   s h o w s   t h p r o v o f   th p o s s i b ilit y   o f   i n cr ea s i n g   th Z VS  r an g e,   w h er all  t h e   s w itch e s   w er tu r n ed   o n   at  Z VS.  T h er ef o r e,   th S R C   w i t h   s er ies  co n n ec ted   tr an s f o r m er   s ee m s   p r o v id b etter   ch o ice  as it c an   s o l v s o m o f   t h co n v en t io n al  S R C   w ea k n ess e s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       ZVS   F u ll B r id g S eries   R eso n a n t B o o s t Co n ve r ter w ith   S eries - C o n n ec ted   Tr a n s fo r mer   ( M o h a med   S a lem)   821           ( a)   ( b )               ( c)   ( d )             ( e)     Fig u r 1 0 .   Me asu r ed   w a v ef o r m es o f   th g ate  v o lta g an d   co llecto r   v o ltag o f   all  s w itc h es  at  Vin =1 8 0   an d   ( a) f s =5 0   k Hz,   ( b )   f s =4 5   k Hz,   ( c)   f s =4 2 . 5   k Hz,   ( d )   f s =4 0   k Hz  , an d   ( e)   f s =3 7 . 5   k Hz  .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.