Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 ,  Decem be r 202 0 , p p.   1936 ~ 19 44   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 4 . pp 19 36 - 19 44          1936       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   ZVS bas ed on d ead - time  anal ysis of thre e port h alf b ridge  convert ers       Phuong  Vu ,  Manh Linh  Nguyen,  V ie t  P huong  Ph am   School  of El ec tr i ca l   Engi n ee r ing,  Hanoi  Univer si t y  of  Sci ence and   Technol ogy ,   Vi et na m       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved  J an   18 , 2 0 20   Re vised A pr   2 6 , 2 0 20   Accepte d  J un   10 , 20 20       In  thi s  rese arc h ,   the   ze ro - vo lt ag e  sw it chi ng   (ZV S)  of  the   GaN   FETs - base d   high  fre qu enc y   t hre e - port   ha lf - br idge   conve r te r   ( TPHBC),  which   is  ca pab le  of  in te rf ac ing   a   ren ewa bl e   en er gy  source ,   an   e ner gy  stor age  a nd  a   loa d   is  discussed.   To   achie ve   ZVS,  whic h  pla ys  a  key   rol e  in  pow er  loss r educ t ion  o f   the   h igh  sw itchi ng  fre qu enc y   co nver te rs,   not   onl y  the  par asitic   eleme n ts  but   al so  th e   de ad - time   bet we en   two   sw it ch es  in   on e  conve rt er   arm  m ust  be   t ake n   int o   account .   Th is  rese arc h   giv es   a   d et a il  an al ysi s  about  th e   influ enc e   of   th e  dea d - t im e   on   th e  ZVS  cond it io n.   B ase d   on   the   an al ysis,   a   mi n im um   de ad - ti me  whi ch  gu ar ant e es  not   only   the  ZVS  but   a lso  th e  saf e   oper a ti on  of   th e   conve rt er   is  ob t ai ned .   Simul at io ns  in   var ious   lo ad  condi t ion   of  the  TPHBC   are   ca rri ed  o ut  to  ve rify   the   v al id it y   and  eff ectiv ene ss   of  the    proposed  metho d .   Ke yw or d s :   GaN FETs   Thr ee - port h al f - bri dge  conve rter  (TPHBC )    Zero v oltage  s witc hing  (ZVS )     This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   M a nh Lin h Nguy e n,    School  of Elec tric al  Engineer ing ,  H a noi U ni ver sit y o f Sci ence a nd Tec hnology,   No.1,  Dai Co   Viet  Roa d,   Hai  Ba Tr ung,  Ha no i,  V ie tna m,   Emai l:  li nh . nguy e nm a nh@ hu st.ed u.vn       1.   INTROD U CTION   Re new a ble  en e rgy  has  at tract ed  gr eat   at te ntion   rece ntly  as  an  al te rn at e  sol ution   t o  the  fossil   energy   wh ic h  ma y  s oon  be   de plete d  in  near   fu t ur e .  D ue  t o  the  i nh e re nt  interm it te nce  of  re ne wab le   e ne rgy  so urc e   su c h  as  s olar,   wind,  ti de ,  et c. ,  the  e nergy  stora ges  s uc h  as   batte ry,  s up e r   capaci tor   are  ind is pen sa ble  i n  the   ren e wa ble  ene rgy  power   sy st ems,  es pecial ly  in  th e  sta nd - al on e  s ys te ms   [1] .  T hese  e ne rgy  sto ra ges  f unct ion   as  an  ene r gy   buff e r  to  s moothly  s uppl y  the  loa ds .  C onven ti onal ly ,  se ver al   c onver te rs  are  em ploy ed  t o  interface  t he   e nerg y  sour ce,  stora ge  an d  lo ad  sim ultaneo us ly .  The  a dva ntages  of   t his  so luti on  is  sim ple  in  hard war e  a nd  con t ro l  desig n  since  t hese  c onve rters  func ti on   in de pe nd e ntly.  H ow e ve r,  mu lt iple  c onve rter s   may res ult i n  l arg e  volu me a nd h i gh po wer  losses   [5] .    To  deal  wit h  the  af or e menti on e d  pro blem s  of  the   co nv entional  so l ution,  th ree  port   co nv e rters  (TPCs)  w hich   capa ble  of  in te rf aci ng  re ne wab le   e nerg y  so urce ,   sto rage  an d  loa d  si mu lt ane ously  has  been   dev el op e d  [ 8] ,   as  P V - fe d  L ED  li ghti ng  s ys te ms,   et c.  Com par at ive   s tud ie s  on  T P Cs  sho ws  t ha t  this  config ur at io n  offer s   ma ny  a dv a ntage s  ov e r  the  c onve nti on al   s ol ution  s uch  as  higher   eff ic ie nc y,   l ower  c os t  and  c ompact   pa ckin g  desi gn.  These   re mar ka ble  me rits  al lo w  t he  T PCs  t o  be   em ploye d  i n  man y  ap plica ti on s   su c h  as  hybri d  el ect ric  ve hicle s,  hybr i d  e nergy  sto rag e   s ys t ems,  PV  syst ems  with  batte r y  backu p.  To   handle   the  po wer  flo w  in   TPCs,   va rio us   to polo gies  w her e   hal f  br idg e  or  f ull  bri dg e   co nverter s   al ong  with  ma gn et ic   couplin g  via  hi gh   fr e que ncy  trans forme r  ha ve  been  stu die d.   The   m os t  fl exible  t opolog y  wh e re  bid i re c ti on al  powe r  flo w  c an  easi l y  be  achieve d  is   ba sed  on  t he  dual   act ive   bri dg e   ( D AB)   c onve rter  [ 11] .   I n  t his   config ur at io n,  the  po wer   flo w  ca n  be  co nt ro ll ed  by  ph as e  sh ift  a nd / or   du t y  c ycle  of  the  c onver te r  bri dges .   Since  t he  e ne r gy  ca n  be   tra nsfer red bid irect i on al ly ,  t his  t opology  is   a p r omi sing  s olu ti on  t o  man y  ap pl ic at ion s  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       ZVS b as e d on  dead - ti me anal ysi s o f t h ree  port h alf bridge c on ve rte rs ( Ph uong  Vu )   1937   su c h  as:   f uel - cel l  el ect ric  veh ic le s  w her e   reg e ne rati ve  energ y  ca n  be   colle ct ed  fro m  the  mo t or,   or  in   ren e wa ble en e r gy syst ems  with  backu p batt ery.    How   to   mi nim iz e  the   total   powe r   loss ,  w hich  is   c ompose d  of  c onduct io n  l os ses ,  sta ti c   losse s  a nd  switc hing   loss es,  has   al wa ys  been  a   maj or  is su e   in   hi gh  s wi tc hin g  fr e quen cy  c onve rters .  Sin ce  t he   co nd uction  losses   an d  sta ti c  los ses  are   al mo st   co ns ta nt  du e   t o  t he   ha rdwar e   desig n,  th e  s witc hing   los ses  play   a   key  ro le   i n  the  total   eff ic i ency   of  the  s ys te m.  O ne  of   the  mo st  e ff e ct ive  so luti on  to  re du ce  t he  switc hing  los s es  in   conve rters  unti l  now   is  ze r o  volt age  s witc hing  ( ZV S)   w her e   the  s witc h  vo l ta ge  is  br ought  to  zer o  be fore   the   gate  vo lt a ge  i s  a pp li ed   [18] .  C onve ntion al ly,  t he   anal ys is  of   Z VS  co ndit ion  is  ca rr i ed  out  base d  on  th e   par asi ti c  el eme nts  a nd  t he  l oa d  c onditi on  w hi le   the  i nf lue nc e  of   the   dea d - t ime  bet wee n  t wo  s witc hes   in   one   conve rters a rm  is n e glect ed  [ 18] .    In   this  resear ch,   the  Z VS   conditi on   of  a   three - port  ha lf - bri dge  c onve rter  with  se c onda ry   si de  sy nc hro nous  r ect ifie r  (TPHB C - SR)  is  a nalyzed.  T his  co nfi gurati on  s uits  well   small   powe r  sta nd - al one  P V   app li cat io ns   w it h  a  bac kup  batte ry  su c h  a s  le d  li ghti ng.   The   main   co ntributi on  of   t his  re searc h  i s  the   theo reti cal   analysis  of   t he  in f luence  of   th e  dead - ti me  on  t he  ZV S  co ndit ion .  T his  a nalysis  al lows   t he   dead - ti me  can  be  a ppr opriat el y  c hosen  to  guara nte e  the  ZV S  w hi le   the  safe  op e rati on   of  the  c onve rters  a rm  i s  sti ll  fu lfil le d. T he p rop os ed  meth od is  ver i fied b y b oth   nume rical  simulat ions a nd expe riments .        2.   THREE  PO R T HALF  BRI DGE  CONVE RTERS   2.1.   Opera tin g  m ode a na ly sis  of  th e TP HBC - SR   The   to po l ogy  of  the   TP HBC - SR  is   s how n  i n  Fig ur e   1  in   wh ic h  t he  pri m ary  side   of  the   conve rter  ca n  be  operate d  in   ei ther   hal f  br i dg e ,  buck   or  f orward - fly bac k  mode.   T he  flexibili ty  of  thi s  to po l ogy  al lo ws  t he   powe r  fl ow  to   be  c ontrolle d  i n  mu lt iple  dire ct ion s  w hich   f ulfill s  the  re quirement  of  sta nd - al on e   P V  s yst ems  with  batte ry  ba ckup  a s  il lustrate d  i n  Fi gur e  2.  Th e  ba tt ery   c an  be  can   be  c ha rg e d  w hen  the  pri mar y  sid e   op e rates  in  buck  m od e .  I n  ha lf - bri dge  m ode ,  the  loa d  can  be  fee d  f r om   e it her   the  P V  or  bo t h  the  P V  a nd   t he   batte ry.  A nd  in   the  case  of   no - irra diati on,  th e  conve rter  ca n  be   operate d  i n  f orwa rd - fl yback  m ode  to  tr ansf e r   the en e r gy from t he bac kup b at te ry  to  the l oa d.       D 1 1 :  n B a t t e r y L E D PV V in H al f - Br i d g e D 1 1 :  n B a t t e r y LED PV Bu ck D 1 B a t t e r y PV Fo rw ar d - Fl y b ack 1 :  n B a t t e r y L 0 LED V b C 2 i b M 1 M 2 V P i Lm i P C 1 M 3 M 4 V 0 L 0 C 0 C 1 C 2 M 2 M 4 M 3 L 0 C 3 M 1 C 2 C 1 M 1 M 2 C 1 C 2 M 2 M 1 M 3 C 3 M 4 I i n i L 0   F i g u r e   1 .   T h e   o p e r a t i o n   m o d e s   o f   t h e   TPH BC   [ 14]       Fo r  simpli ci ty,   assume  t hat  the  capaci t or   0 , 1 , 2   are  suffici ent  la rg e  s uc h  that  the  volt age  ac r oss   the  ca pacit or  are  c onsta nt  i n  ste a dy - s ta te   operati on.   By   ne glect ing  th e  po wer  loss   of  the   co nvert er,  t he   fo ll owin g rela ti on   holds:      = +   (1)     wh e re  Pin,  P b and P o  a re th e   powe r of  t he  P V,  t he back up  batte ry an d  t he  load,  resp ect i ve ly.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   19 36   –   19 44   1938   The o per at in g mo de of  the c onve rter ca n be   exp la ine d base d on the a bove   relat ion  as  foll ow s:   ➢   In DO m ode  w her e    > , both  t he l oad  a nd the   ba tt ery  r ec ei ve  e nerg y  f r om  t he  PV.   ➢   In   DI   mode  where  0 <  < ,  the load   r ecei ves  ene r gy n ot  on l y  f r om   the PV   source  bu t al s o  f ro m   the b ac kup batt ery.   ➢   In   SI S O  m ode  wh e re    = 0   correspondin g  to  no - ir rad ia ti on  sit uat ion ,  t he  ba ck up  batte r y  becomes   the main   e nerg y  s ource  of the  sy ste m .     2.2.   ZVS  analy sis.   As  me ntio ne d  above,   the  ZV S  pla y  a  ke y  r ole  in  powe r  l os s  reducti on  of   switc hi ng  powe r  s uppl y.   This  sect i on  fir st  giv e s  a n  a na lysis  to   s how   the  relat ion  bet ween  par asi ti c  el ements  a nd  ZVS  co ndit ion  of  t he   TPH BC - SR.  T hen,  the   infl ue nce  of   t he  dea d - ti me  betw ee n  tw o  s witc he s  of  the  i nv e rt er  ar m  on   t he   ZVS  conditi on,  w hich  ha ve  never   been  sta te d  in   the  li te ratu re,   is  anal yzed.  Ba s ed  on  this   res ul t,  the  dea d - ti me  ca n  be  ap pro pr ia te ly  sel ect ed  to  f ulfill   no t  only  t he  safe  operati on   of   t he  in vert er  arm  bu t  al s o  th e  Z VS   c onditi on .     In   TP HBC - SR ,  the  t wo   switc hes  M3  an d  M4  on   t he  sec on dary  si des  op e rate  with  ZV S  natu rall y  du e  t o  the   sy nc hro nous  r ect ific at ion   co nf i gurati on  wit h  body  diodes   w hile  M1  ca nnot  ac hieve   Z VS .   He nce,   th e  ZVS  conditi on of s witc h M 2  is c onside red   in t his  r esea rch.        D 1 M 1 M 2 C 1 C 2 Ba t t e ry PV D 1 M 1 M 2 C 1 C 2 Ba t t e ry PV D 1 M 1 M 2 C 1 C 2 Ba t t e ry PV a b c Z V S     F i g u r e   2 .     ZVS  of sw it ch 2 M       Figure  2  sho w  the  switc hi ng   s ta te s  of   M 2.  A s  can  be  reali z ed,   M2  can  only  achie ve  Z VS  if  an d  only   if  it s  pa rasit ic   capaci tor      is  f ully  discha r ge d   wh il st  the   c orres pondin g  c apacit or  of  M1  is  f ully  c harged.   Wh ic h  mean s  M 2  is   tur ne d  on  w hen  it s  dro p  volt age     is  z ero  w hile  t he  r emai ning  switc h  M1  ha d  al re ady   been  tur ne d  off.  I n  that  cas e,  the  e nerg y  store d  in  t he  t ran s f or me r  le a kag e   in du ct a nc e  mu st  sat is f y  the  fo ll owin g rela ti on :     { 1 2 (  + 0 ) 2 >  2  + 0 > 0   (2)     In   wh ic h,  L k   is  the   le aka ge   in du ct a nce,   C DS  is  the   par a sit ic   capaci tor   of  th e  s witc h,  I L0   is   the   c urre nt   of  the   seco nd ary  in du ct or.  As  giv e n  i n  [ 14] ,   I Lm   is  t he   cu rr e nt  of  the  main  c oil  of  the   tran sf ormer     com pu te d by :      = − ( 1 − 2 ) 1 + 2   (3)     Durin g  tra ns ie nt  sta te ,  the  vo lt age  acro ss  M2  os ci ll at es  at   it s  natur al   res onant  f re qu e nc y  and   ca n  be   represe nted b y:       = sin   ( 2 + Φ )   (4)     In  ( 4),  Φ   is  the   ph a se  a ng le ,   th e  am plit ud e    is   de pende nce  of  the   pri ma ry  s ide  c urren t    an d  the   resona nt freq ue ncy    is com pu te d  by:     = 1 2 √ 2    (5)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       ZVS b as e d on  dead - ti me anal ysi s o f t h ree  port h alf bridge c on ve rte rs ( Ph uong  Vu )   1939   Suppose   that    =  + 0   is  the   minimal   val ue  of  t he  pri mar y  c urre nt     su c h  t hat  t he   ZV S  conditi on   ( 2)  is  sati sfacto r y.  T he  volt age ac ross M2 duri ng off - to - on stat e w it h  di ff e ren t  values of  t he  pri mar y  current    is  sho wn   i n  Fig ure  3.  As  ca n  be  see n,   in  t he  case  of  <  ,  the  amplit ude    is  small   and   does   no t  decr ease  t o  zer o  f ollo wing   t hat  the  Z VS   ca nnot   be  achieve d.   In   c on t rast,  the  Z VS   c onditi on   i s  al way s   fu lfil le d  as    >  .  By  ta king  Fi gure  3  i n  co nsi der at io n,   it   can  be  see n  t hat  the  am plit ud e  of   t he   os ci ll at ion   vo lt age    is eq ual to  the  batte ry vol ta ge    in the  cas e   =  ,  w hich mea ns     1 2  2 =  2   (6)     To  pro per l y  c ho s e  the   dea d - ti me,  def i ne    as  the   neces s ary  ti me  f or  the  vo lt age   acr os s  M2  to   decr ease  from    to  zero.  T hen,   the  ZVS   c ondi ti on   can  be  re ached   i f  an d  only  if  th e  dea d - ti me  > .  It  is   obv io us l y  see n i n  Fi gure  3  t ha t:     = 1 4   (7)       P oi nt a t  Z V S I p2 I p M i n V d s   ( M2 ) 0 ta t z t Vb     Figure  3.   The  re la ti on  bet wee n oscil la ti on   V ds  of   M 2   a nd pri mar y  side  curr ent       Ba sed on ( 5) a nd (7), it  can  be de rive d  that     = √  2   (7)     So ,  the  minima l dead - ti me    w hich g uar a ntee s not  on l y  the  s afe  op e rati on  but al so t he ZV S is:      = = √  2   (8)       3.   NUMER IC A L SIM ULATI ON.   To  sho w  th e  va li dity  of  t he  pro posed   met hod,  nume rical   si mu la ti ons  us in g  e G AN  FET s   are   car ried   ou t  by  L TSP I CE  softwa re,  pa rameters   of  e GAN  FETs   ar e  avail able  i n  [ 25].  The   par a mete rs  of  the   TPH BC - SR u se d  i n  sim ulati on  a re  pro vid e d  in  Ta ble  1.     As  discu ssed   i n  pr e vious   sec ti on ,  ( 2)  m us t  be  sat isfie d  t o  achieve   ZV S.  Howe ver,  the   pro per   val ue  of    sh ould  be  caref ully  co ns i der e d.   F or  exa mp le ,  if    is  too   la rg e ,  e. g. ,  > 2 ,   the  ZVS   may   no t  b e   achieve d  due  t o  th e  risi ng  of  os ci ll at ion   vo lt age     as   s how n  in  Fig ure  4a.  I n  c on t rast,  a pp ropr ia te   value   of    res ults  in   Z VS  with   lo w  dv/dt   of     as   sho wn  i n  Fig ur e   4b.   T he  natu re  ZV S  of  M 3   a nd  M 4   are  al s o  s how n  in Figu re  5.   In  con cl us io n, the  appr opriat e de ad - ti me s houl d be:     √  2 < < 2 √  2   (9)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   19 36   –   19 44   1940   Table  1.   Simul at ion   par a mete r     Para m eter   Valu es   Inp u t vo ltag e      1 8 .5V   Battery     12V   Ou tp u t capacito r     2 .5u F   Ou tp u t ind u cto r     30uH   Ou tp u t po wer     30W   Tr an sfo r m er   Co ilcra ft P L3 0 0 - 1 0 4 L   Plan n ar   Swi t ch in g  f req     5 0 0 Kh z       2 GS V 2 DS V P I   2 GS V 2 DS V P I   ( a)   (b)     F i g u r e   4 .     Sw it chin g  sta te   of  M 2   with  diff e r ent v al ues of d ead - ti me  , ( a).   Sw it chin g st at e w it h  la rg e  d ea d - ti me ( 40 ns ) ,  ( b) S witc hing sta te  w it h  a ppr opr ia te   dead - ti me  (20 ns )       3 DS V 3 GS V   (a)   4 DS V 4 GS V   (b)     F i g u r e   5 .   Natu r e ZV S  of   M 3   a nd M 4   switc h ,  (a)   ZV S  of   M 3 ,  (b)   ZV S  of M 4       4.   EXPERI MEN T RES ULTS.   In  this   sect io n,  a   prototype   TPH BC - SR  is   buil t  based  on  Ga N  FETs .  The   sch emat ic   of   the   hi gh   fr e qu e nc y  dri ve r  for  t he  swit ches  is   s how n  in  Fi gure  6.  T he   pa rameter s  of  th e  e xperime ntal  s ys te m  a re   same   as simulat io n  s ect ion .   Since  the  s witc hing  f reque nc y  is  h ig h,   i.e .,  500kHz  in  t hi s  case,  the  pr inted  boar d  ci r cuit  (P CB )  desig n  play s  a   very  im porta nt  r ole  in   s uppr e ssing  the   ri ng i ng  lo op  wh ic h  may   cause   se riou s   prob le m  s uch  a s   el ect ro ma gn et i c  interfe ren ce ( EMI)  no ise  o r  ov e r  volt age  [21] .  I n  TP HBC - SR  desig n,   t he re  are  tw o  im porta nt   rin ging  lo ops,  i.e.,  D rive r - Ga N  lo op  an d  power   rin ging  lo op   i nclu ding  i nput  ca pacit ors  an d  s witc hes .  The   main  reas on  of  the   ri n gi ng  lo op  is  t he  e xist ence  of  par a sit ic   inducto r   an d  ca pacit or  al ong  the   ci rc uit  r ou te s .   Ther e f or e,   minimi zi ng  t he   loop   in   PCB   de sign  is   cr ucia l  in   mini mizi ng  t he   pa rasit ic   el eme nts.   T he   PCB   desig n wit h mi nimize d  l oop i s sho wn in Fi gure  7, in  d et ai ls.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       ZVS b as e d on  dead - ti me anal ysi s o f t h ree  port h alf bridge c on ve rte rs ( Ph uong  Vu )   1941   5 V I S O   5 V G N D 2 G N D 1 O U T VCC 2 VCC 1 IN VCC IN P _ OU T N _ OU T G N D I N B R - of f R - on + V ou t + V i n - V i n - V ou t IN O U T G N D B at t e r y 8 V - 14 . 8 V V I N R - 78 B 52 . 0 - 5 . 0 DCP 0 2 0 5 0 5 U I S O 7 2 2 1 CDR LM 5 1 1 4 EP C 2 0 1 0 C P WM Is ol a t or G a t e   dr i ve G a N Is ol a t i on DC / DC Ba t t e ry  5 V 5 V _ IS O P ow e r S our e 5 V  Re gul a t or P W M     F i g u r e   6 .     Ga N FET s   dr i ver sc hemati c       M ini mi z e  L oop G a t e G a t e G a N  F E T s G a N  F E T s (a)       P owe r  Loop G a N   F E T   1 G a N   F E T   2 Ci n Ci n   (b)   P l a n n a r  t ra n f o rme r C i n G a N   Fet D riv e r  Res i st o r  0 6 0 3   (c)   P l a n n a r  t ra n f o rme r C i n G a N   Fet D riv e r  Res i st o r  0 6 0 3     (d)      F i g u r e   7 .     PCB   desig n of TP H BC - SR with   m inimi zed  rin ging lo op   (a)   M i nimize d Dr i ver - GaN  lo op ,    (b) Minimi ze d r in ging  power  loop ,  (c) T op layer ,  ( d) Bott om l aye r       The  ex per ime nt al   resu lt s  with   prot otype  TP HBC - SR   are   s how n  i n  Fig ure  8.  T he   s witc hing  sta te   of   switc h  M 3   is   s how n  in   Fi gure   8 ( b )   w hile  the   switc hi ng  sta te s  of  M 2   with   var i ou s   loa d  c onditi ons  a re  show n  i n  Figure  8 ( c )   an d  Fi gure   8 ( d ) ,   resp ect ivel y.  It   can   be   ob se r ve d  t hat  both   M 2   an d  M 3   ac hie ve  Z VS.  In  a dvance d,   with a ppr opriat e d ea d - ti me  w hich  is  ad j us te d bas e d on ( 8),  M 2   ca n  ac hie ve  ZVS in  w i de ran ge of  loa d.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   19 36   –   19 44   1942   O s i l o s cope P ow er  s uppl y D S P  con t rol l e r P r o to ty p e  c i r c u i t   (a)   34 G S orG S V 34 D S orD S V   (b)     2 GS V 2 DS V   (c)   2 GS V 2 DS V   (d)     Figure  8. Ex pe rimental   resu lt s w it h va rio us  l oad  co ndit ion ,  (a)   Ex per im ent al  sy ste ms ,  ( b)  ZVS   of  M 3/ M4,   (c) Z VS   of  M 2   with   7 0%   rate d  loa d ,  ( d) Z VS   of M 2   with  3 0%   rated loa d       5.   C O NC L US I O N   In   this  st udy,   ZVS   c onditi on   for  th  hi gh  frequ e nc y  Ga N   FETs - base d  T PH BC - SR  is  i ntr oduce d.  Conve ntion al l y,   t he  Z VS   c onditi on  is  c hos en  base d  on  t he   pa rasit ic   el ements  of  the  c onve rter.  This  researc h  sh ows   that   the   dea d - ti me  between  tw o  swit ches   of  a   c onver te r   a rm   al s o  has   str ong  i nf l uen ce   on  th e  Z VS  conditi on.   The n,  the   co mputa ti on   of  minim um  dead - ti me  w hich   gua ran te e s  bot h  Z VS  a nd  t he  safe   ope r at ion   of  the  c onve rte r  ar m  is p rovid ed.  Th e   ef fecti ven e ss o f   the method  is   co nf irmed   by both  numerical   sim ulati on s   and   e xperime nt s  with  a  proto typ e  c onver te r.  The  matc hi ng  betwee n  the  e xp e rime nt  an d  simulat ion   re su lt s  pro ves  the  v al i dity  of the  pro po s ed  so l ution.         ACKN OWLE DGE MENTS   This  researc h  is  f unde d  by  t he   Ha noi  U nive rsity  of  Scie nc e  an d  Tech nology   ( HUST)   unde r  project   numb e r  T 2018 - PC - 050.0   Tha nk s   to  Hita chi  Schola rs hip   Re sea rch  Suppo rt  Pro gr a m  20 19  f r om   T he  Hita chi  Gl ob a l   Foundati on       REFERE NCE S   [1]   Femi a ,   Ni col a ,   Fortunat o,   Mari o,   Vit el l i,  Mass im o,   “ Li ght - to - Li ght:  PV - Fed  LE D  L ight ing   Sys te ms,”   I EEE   Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol .   28 ,   no .   8 ,   2013 .   [2]   N.  Fem ia  and   W .   Zamboni,  "P ho tovol taic - f ed   LED   li gh ti ng   sys tem  wi th   SO C - base d  d im m able   LED   loa d , "   IECON   2012  -   38th   Ann ual  Conf ere nce  on  IEEE  Industr ial   El e ct ronics   S oci e ty ,   Montrea l ,   QC ,   pp.   1132 - 1 137,   2012 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       ZVS b as e d on  dead - ti me anal ysi s o f t h ree  port h alf bridge c on ve rte rs ( Ph uong  Vu )   1943   [3]   Uday  B.   Muju mda r,  D.R .   Tutkane,  “Photovo l ta i c  b ase d  L ED   Li gh ti ng   with   Maxim um   Pow er  Point   Tracki n g, ”  Ene rgy  Proce d ia ,   vol .   117 ,   pp .   68 2 - 689,   2017 .   [4]   Nithi yan ant han   Kanna n,   Ni thi ya nant han   Kanna n ,   Sunil  Thomas,   “MATLAB/Si mul ink  b ase d  si mul ations  of  K Y   conve rt er   for   PV   panels  pow er ed  LE D   li gh ti ng   sys te m ”,  In te rn a ti onal   Journal   of  Powe r   Elec tronic s  and   Dr ive   Syste m (I JP EDS ) ,   vol .   10 ,   no .   4 ,   pp.   1885 - 1893 ,   2019.   [5]   Jos é  António  B arr os  Viei r a1  an d  Alexa ndr e  Ma nuel   Mot a,  “A  High - Perform an ce   St and - Alone   Solar  PV   Pow er  Sys te m  for LED  Li ghti ng , ”   R enewable Ene rgy ,   2 013.   [6]   M.  Z .   Zul k ifl i ,   M.  Azri ,   A.  Al i as,   Md.  H .   N.  Ta li b ,   J.   M.  Lazi,  “Sim p le   con trol   sch em e   buc k - boost  DC - DC  conve rt er  for   st anda lon e  PV   ap pli c at ion   sys te m ”,   In te rnationa l  Journal  of   Pow er  Elec troni cs  a nd  Dr iv e  S ystem   (IJ PE DS) ,   vol .   1 0,   no .   2 ,   pp .   109 0 - 1101,   2019 .   [7]   Cassio  Gobbato, Gusta vo  We b er Dena rdin, Juli an o  de  Pel egr ini L opes,   “Co mpa ris on  bet we en  stag es  connect ions o f   DC  conve rt ers  for  stree t   li gh ti n g  sys te m  base d   on  LE D, ”  201 7  IEE E   8th  In t ernati onal  S ymposium  on  Power   El e ct ronics  for  Distribute d  Gen erati on  S yst ems  (PE DG ) ,   pp .   17 - 20,   2017 .   [8]   Arulmoz hi  Subr am an ia n,   Santha  KR,  “Re v ie w  o f  mul t iport   isol a te d  bid ire c ti on al  conve rt er  in te rf ac ing  r ene wab le  and  en erg y  stora ge  sys te m”,  In ter nati onal  Journa l  of  Powe r  E le c t ronics  and  Dr iv e   Syste m  (I JP ED S) ,   vol .   11,   no.   1 ,   pp.   466 - 476 ,   20 20.   [9]   Chen,   Yen - Mo  &  Huang,  Alex   &  Yu,   Xunw ei.,   “A  high   step - up  three - port  D C - DC  conve rt er   for  stand - al on e   PV /ba tt ery   powe r  sys te ms.   Pow er  Elec tron ic s, ”  I E EE   Tr ansacti ons   on ,   vol. 28. Pp. 5049 - 5062,   201 3.   [10]   Zhi jun  Qi an,   Os am a  Abde l - Rah ma n,   H ai bing  H u,   Iss a  Batarseh,  “An  integra t ed  thre e - por t  inv erter  for  stand - al on e   PV   appl ic a ti ons, ”  2010  IEEE  E nergy   Conve rs io n  Congress   and   Ex positi on ,   s   2010  IEE E  Ener gy  Conve rs ion   Congress   and  E xposit ion ,   2010 .   [11]   Mira  Alber t ,   M.  D.  C. ,   Ande rsen,  M.  A.  E . ,   &   Knott,   A. ,   “ Three - Port  dc - dc   Conver sion  in  Li gh t - to - Li ght  Sys te ms , ”   Kgs.  Lyngby:   Te chni ca l  Univ ersity   o f  Denmar k  ( DT U) ,   2016.   [12]   M.  C.   Mira ,   A.  Knott  and  M.  A .   E .   Andersen,   " A  thre e - port   top ology  com p ari s on  for  a  low  po wer  stand - al on e   photovol taic   sys te m , "  2014   Int e rnational   Powe r   Elec tronic s  Co nfe renc e  (I PE C - Hiros hima  2014  -   ECCE  ASI A),  Hiros hima ,   pp.   5 06 - 513,   2014 .   [13]   Maria   C .   Mira ,   Arnold  Knott,   M ic ha el   A.   E. Ande rsen,   "Loss   dist ribut ion ana lysis   of  a thre e - po rt c onver te r   for  low - power  stand - al o ne  l ight - to - li gh t  sys te ms",  Pow er  Elec tronic s  and   Applica ti ons  ( E PE '16  ECCE  Eu rope)  2016   18t h   European  Conf e renc e  on ,   pp .   1 - 10 ,   2016 .   [14]   .   Wu,  Y.   Xing,   R.   Chen ,   J.   Z hang,  K.  Sun   a nd  H.  G e,  "A   t hre e - port   ha lf - b ridge   conve r te r   with  synchrono us  rec t ifi c at ion   for   ren ewa bl e   energ y  app li c at ion , "   2 011  IE EE  En ergy   Con ve rs ion   Congress   and  E xpo siti on,   Pho enix,  AZ ,   pp.   3343 - 33 49,   2011 .     [15]   K.  Ito h,   S.   Inoue ,   T .   Sugiyama  a nd  M.  Sugai,   "D esign  and  modu l at ion  me thod   of  Multi - port  DC/ DC  conve rter  fo r  next   g ene r at ion   HV   sub  sys tem, "  I ECON  20 16  -   42nd   Annu al  Conf ere nce  o f  th e  I EE E   Ind ustrial  Elec troni cs   Soci e ty ,   F lorence ,   pp .   1318 - 1323 ,   2016 .   [16]   W.  Yu  J.   S .   Lai  H.   Ma   and   C.   Zh eng  "H igh - e ffic i enc y   DC – DC  conv ert er   wit h  twin   bus  for   dim ma b le  L E D   li ghti ng"   IEEE  T rans .   Powe r  El e ct ron .   vo l. 26, n o.   8 ,   pp .   2095 - 2 100,   2011 .   [17]   Z.   W ang  and  H .   Li,  "A n  Inte gr at ed  Three - Port   Bidi re ct ion al   DC – DC  Convert er  for  PV   Applicati o n  on  a  DC  Distribut ion   Sys te m, "   in  I EEE  Tr ansacti ons on P ower  Elec troni cs ,   vol .   28 ,   no .   10 ,   pp.   4612 - 4624 ,   2013.   [18]   L.  Jiang   and  D .   Costin et t ,   "A   tr ipl e   a ctive   bridg e  DC - DC   converte r   c apa bl e   of   a chi ev ing  full - r an ge  ZVS,"  2016   IEE E   Applied   P ower  Elec troni cs  Co nfe ren ce and   Ex posi ti on  ( APEC),   Long  Be a c h,   CA ,   pp .   872 - 8 79,   2016 .   [19]   R.   Far aj i ,   H .   Far za nehf ard ,   G.   K am pit sis,   M.   Ma tt av el li,   E .   Ma ti o li   and  M .   Este ki ,   "F ull y  Soft - Sw i tc hed   High   Step - up  Non - Isolate d  Thr ee - Port   D C - DC  Converte r  Us ing   GaN  HEMTs,"  in   I EE E   Tr ansa ct io ns  on   Industria l  El e ct ronics ,   [20]   J.  Deng,  H.  Wa n g  and  M .   Shang ,   "A   ZVS  Three - Port  DC/DC  Co nver te r   for  High - Volta ge   Bus - Ba sed  Photovolt ai c   Sys te ms,"  in   IE EE   Tr ansacti ons   on  Pow er  E le c tronic s ,   vo l. 34, n o.   11 ,   pp .   10688 - 10699,   2019 .   [21]   A.  T .   Duong,   P.   A.  Nguyen,  P.   Vu,  B.   B.   Pho,   D.  Duong  Vu  an d  Q.  Dang   Bui ,   "H igh  Eff i ci en c y  GaN  FET   Bas ed   Thre e   Port  Half bridge   Conver ter,"  2019  Int ernati onal  Con fe ren ce   on  S yste m  Sc ie nc e  and  Eng in ee ring  (ICSSE ),   Dong Hoi,   Vi e tn am ,   pp.   425 - 428,   2019.   [22]   Xue,   F ei   &  Yu ,   Ruiya ng  &  Hua ng,   Alex . ,   “A  98. 3%  Eff i cient  Ga N Isola te d  Bid ir ec t iona l  DC - DC  Convert er  for  D C  Microgr id Ene rg y  Storage Sys tem  Appli ca t ions, ”  IE EE Tr ansacti ons on  Industri al  E le c tronic s .   p p.   1 - 1 ,   2017 .   [23]   Nguyen  Kien   Tr ung,   Ta kuy a  Og at a ,   Shinic h i  Tanak a,  Kan   Aka tsu,  “PCB  d esign  for  13. 56MH z   h al f - bridg e   class   D  inve rt er  for  wir e le ss   power   tr ansfe r  sys tem, ”   201 5  9th   Int ernati o nal  Conf ere nc e   on  Pow er  E lectr onic s  and   ECC E  Asia  (ICP E - EC CE  Asia) ,   pp .   1 - 5,   2015 .   [24]   Data shee t  EPC2010C,  Avai la bl e :  htt p :/ / epc - co.co m/ ep c/ Products/ eGa NF ET sandI Cs/EPC2010C.as px .   [25]   D.  Reus ch  and   J.  Strydo m,  “Unde rstandi ng   th e   E ffe ct  of   PC B   Layout  on   Ci rcu i t   Perform ance   in   a  High   Frequ ency   Gall ium  Nitri d e  Based  Point   of   Loa d  Conv ert er , ”  Applied   Powe r   El e ct roni cs  Confe renc e  and  Expos it ion  ( A PE C) ,  pp.   649 - 655 ,   20 13.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   19 36   –   19 44   1944   BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS         Phuong  Vu   rece ive d  h is  B. S. ,   M.S.,   and  Ph.D .   degr e es  fro m  Hanoi  Unive rsit y  of  Sc ie nc e  an d   Te chno logy,   Vi et na m,   in  2006 ,   2008,   and  201 4,   respe ctivel y ,   al l  in  Con trol   E ngine er ing  and   Automa ti on .   Sin ce   2006  h e  h as  bee n  em ploy ed  at   Hanoi   Univer sity  of  Sci ence  a nd  Techn ology,  where   h e  is   a   lectur er   and   rese a rch er  at  school   of  elec tri c al  eng ine er ing.  His  res ea rch   in te rests  inc lud e  mod el in g  and   cont ro ll i ng  of  power   e l ec tron ic s  converte rs  for   applic at ions  such   as   photovol taic ,   wi nd  sys te m, electr ic a l  m ac h ine   dr i ve.         Nguyen  Manh   Li nh   re ce iv ed   h is  B. S.   and   M.S .   d egr e es  in   ele ct ri ca l   engi ne ering  from   H anoi   Univer sity  of  Sc ie nc e  and   Techn ology,   Hano i,   Vi et na m,   in  2008  a nd  2011,   r espe ctivel y ,   and   the  Ph.D.  deg ree  fr om  Gradu at e   S chool  of  Engi n ee ring   and   Sc ience   in   Shibaur a  Inst it ut e  of   Te chno logy,   To kyo,   Japa n  in  20 18.   He  is  cur r en tl y  working  as  a   le c ture r  in   the   Depa rtment  of  Industria l  Auto ma ti on ,   School   of  Elec tr ical  Engi ne eri ng,   Hanoi  Univer si ty   of  Scie n ce   an d  Te chno logy,  Ha noi,   Vi et n am .   H is  rese ar ch  int e r ests  include   mo del   pr edicti v e  c ontrol ,   slidi n g  mode   cont rol ,   di sturbanc e   obser ver ,   adva n ce d   c ontrol   the ory   an d  it s  application s  to  m ic ro /na no   positi oning  sys tems,  dig it a l cont r ol  design   for  po wer  elec troni c   c onver te rs.       Viet   Phuong   Pham  recei v ed  h is  B. S.  d egr e e  in  E le c tri c al  Eng ine e ring  fro m  Hano i   Univer si ty  of   Scie nc e  and  Technol ogy,   Vie tn am ,   in   2003,   hi s  M.S.  and  Ph D.  degr ee s  bo th   in   Elec t rical  Engi ne eri ng   fro m  Tokyo   Insti tu te   of   T ec hno log y,   Jap an,  in   200 6  and   2009,   res pec t ive ly .   He   i s  cur ren t ly  with  Depa rtment  of  I n dustria l  Auto m at ion ,   School  of   El e ct ri cal  Eng i nee ring ,   Hanoi   Univer sity  of   Scie nc e  and  T ec hnology .   His   rese arc h   inter ests  are  high   power  multil ev el   conve rt ers  in cl u ding  modu la r m ult ilevel c onv erters.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.