Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  Vol.  4, No. 4, Decem ber  2014, pp. 538~ 546  I S SN : 208 8-8 6 9 4           5 38     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  The FHA An alysis of Du al-B ridge LLC Type Resonant  Converter      Arn o l d   Fre d d eri cs*, K. Vi no th Kum a r* , A . Sh ank a r * , Je ya   Sel v an   Re n i us*, R a j a  Gu ru*   Sree Lakshmi  Nair*, K.Vis w anathan**  * Department of   Electrical an d  Electron i cs Eng i neering, School  of  Electrical Sciences,    Karun y a Institute of  Technolog y   & Sciences  Un iv ersity , Coimbato re – 641114 , Tamilnadu, Ind i ** Departmen t  o f  Electr i cal  and  Computer Engin eering ,  Schoo l o f  Engin eering ,     Adama Scien ce  and Technolo g y   University , Eth i opia      Article Info    A B STRAC Article histo r y:  Received  J u l 27, 2014  Rev i sed  Sep  13 , 20 14  Accepte d Oct 5, 2014      The dual br idge  resonant conv erter is desi gned in  this paper .  In this converter   the LLC ty pe resonance con f igu r ation  is proposed. Th is ty pes is compared   with  th e other configurations and its be nefits are  narrated in this paper. Th e   stead y - state an aly s is of the LLC conf iguration  is done using  fundamental  harmonics approximation meth od and th e values for the components of  resonance configuration  is found and  used  for simulation. The  simulatio n   results shows that the conv ert e r is able  to ach iev e  the ze ro voltag e  switchin g   for the wide lo ad  range an d  attain s a good  efficien cy Keyword:  Dc-dc c o nve rter  R e sona nt  c o n v e rt er   Zero vo ltag e  switch i ng   Copyright ©  201 4 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Ar nol d F r e dde ri cs A ,     Depa rt m e nt  of  El ect ri cal  and   El ect roni cs  E n gi nee r i n g,   School  of Elec trical Sciences, Ka runya  Uni v ersity,  Co im b a to r e  –  6 411 14 , Tam i l n adu ,  Ind i a.  Em a il: arn o l dfred d e rics@g m a il.co m       1.   INTRODUCTION  No wa day s , t h e renewa bl e ener gy  gene rat i on  pl ay a vi tal  part  i n  po wer ge ne rat i o n. M a ny  ne w   t echni q u es  are   evol vi n g  t o  get  bet t e o u t p ut   effi ci ency   from   the re newa ble energy  syste m . As the re ne wable  en erg y  is  flu c t u atin g it canno t pro d u c e  the  expected output. So , the  power converters  play a m a jor  role i n   rene wa bl e ene r gy  p o w er  ge n e rat i on sy st em  [1] ,  [ 4 ] .  I n  t h e hy b r i d  re ne wabl e e n er gy   gene rat i o n sy st em  t h at   use  wind, s o lar, tidal and that are couple d  with dc , is co mm o n  to  u s e b i -d irection a l d c -d c co nv erter t o   interface  dc bus with battery s t ora g stack.  In dual active bridge converte r, the zero voltage switchi ng cont rol   can  b e   ach iev e d  easily [2 ],  b u t to  ach iev e  it fo r a  wid e  l o ad   r a ng e th vo ltag e  g a i n  of  th at  co nv er ter  sh ould  be  main tain ed  to  u n ity. So  t h reson a n c e v e rsi o n of that  converter is  used  to achie ve a  Z V for a  wi de  loa d   ran g [3] .   The  v o l t a ge a n d  c u r r ent   of  t h d u al  b r i d ge  res ona nt  c o n v e r t e r are  nea r l y  si nus oi dal ,  s o  t h at  t h e   lo wer o r d e h a rm o n i cs an d  the filter size  is  sm a ll. Th er e are  m a in ly  two  t y p e s o f  reson a n ce con v e rter,  o n e  is  seri es re so na nc e an d a not her   one  i s   paral l e l   reso na nce ci rc ui t .  Eac h  c o n f i g u r at i o has i t s  l i m i t a t i ons t h at  are  di scuss e d  i n  t h i s  pa per  f u rt he r, s o  t h hy bri d   –res o n ant  c o nve rt er t o p o l o gy  i s  p r op ose d  w h i c h i s   on e o f  t h e   t y pes of v o l t a g e  – sou r ce seri es reso na nt  co nve rt ers .T he b e nefi t s  o f  usi n g t h e hy b r i d  t o pol ogy  i s  nar r a t ed i n   th e later  sectio n s  of  th is  p a p e r .  A m o n g  th h ybr id  topo logy th e LLC typ e  d u a l -  br idg e   r e son a n t  con v e r t er  is  pr o pose d  an d i t s  zvs ope rat i o n f o r a wi d e  l o ad ra nge i s  ve r i fi ed usi n g si m u l a t i on re sul t s .  The val u e s  fo r t h e   reso na nce co m ponent s are  fo u nd  usi n g t h e F HA  desi g n  an d i m pl em ent e d i n  t h e s i m u l a t i on. The  bl oc k   di ag ram  of t h e   ope rat i o per f o r m e d by  t h pr op ose d  m e t hod  i s  sh o w n  bel o w.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       The  FHA  A nal ysi s  of   Du al -B r i dge  LLC   Type  Reso n ant  C o n vert e r ( Arn ol Fred d eri c s)   53 9     Fi gu re  1.  B l oc di ag ram  of t h e p r o p o sed  t o p o l o gy       The sq ua re wa ve ge nerat o h a s t w o s w i t c he s t h at  con v ert s   t h e dc i n put  t o   a ac out p u t .  T h e ac out p u t   i s  i n  t h e shape  of s qua re wa ve . Thi s  sq uare  w a ve i s  gi ve n  to  th e reson a n t  circu it, and  g i v e n  to  rectifier circu it.  There  are  co n v ent i o nal  m e t hods  i n  res o nan t  con v e r t e rs,  t h ey  are  di sc us sed a n d t h ei r l i m i t a t i ons are   sho w n.   Th eir  lim i t atio n s  ar e r ectif ied u s ing  th is  pr op o s ed  t o po logy .Th e   p r op o s ed  top o l og y is a typ e  o f  lo ad  r e so nant   con v e r t e r, a nd  i t  i s  nam e d as  hy b r i d  res o nan t  conve rt er . As  t h e nam e  denot es, t h e p r op o s ed t o pol ogy  h a s t h e   com b i n at i on o f  b o t h  seri es a nd  paral l e l  res ona nt  co n v ert e r. Thi s   hy b r i d  reso nant  c o n v e rt er has t w m a jor   t o p o l o gi es,  one  of t h at  i s  LC C  reso na nt  co nv ert e r an d a not h e r o n e i s  LLC   reso na nt  co nve rt er.  Am ong t h e t w o   t o p o l o gi es, o u r  pr op ose d  m e tho d  com e s un der t h e LLC  t y pe reso na nce  con v ert e r. He nce, i n  t h i s  pa per  we  rel a t e  t h e l i m i tat i ons  of  vari o u s c o n v e n t i o n a l  reso nant  c o nve rt ers  bet w e e n t h pr o pose d  t o pol ogy A nd t h e   pr o pose d  c o n v e rt er sat i s fi es  t h e co n d i t i on  of ac hi evi ng  ZVS  fo r t h wh ol e l o a d  ra nge , are  f o u n d  u s i n g   sim u l a t i on res u l t s . The  reso nant  c o m pone nt  val u es a r e  anal y zed usi ng F H A m e tho d  a nd a ppl i e d f o r   si m u latio n ,  to red u c e th vo ltag e  stress.      2.   CO NVE NTI O N A L C O N V E RTERS     Th ere are m a n y  reson a n t -conv erter t o po log i es, and  th ey all o p e rate in  essen tially th e same way. A  squ a re  pul se  o f  v o l t a ge  or c u rre nt  ge nerat e d  by  t h e p o w er  swi t c hes i s  a p pl i e d t o  a  reso nant  ci rc ui t .  E n er gy   ci rcul at es i n  t h e reso na nt  ci rcui t ,  an d som e  or al l  of i t  i s  t h en t a p p ed  of f t o   sup p l y  t h e o u t put Am ong  re son a nt   con v e r t e rs, t w basi c t y pes  are t h e se ri es r e so nant  c o n v e r t e r (SR C ) , s h o w n i n  Fi gu re  2(a ) , a n d t h p a ral l e l   reso na nt  co nv ert e r (PR C ), s h o w n i n  Fi g u r e 2( b) . B o t h   o f  t h ese co n v ert e rs re gul at e t h ei r out put   vol t a ge by   chan gi n g  t h fr eque ncy   of  t h dri v i n vol t a ge  suc h  t h at  t h e i m pedance o f  t h reso na nt  ci r c ui t  cha n g e s.             Fi gu re  2(a ) .  Se ri es res o nant  c o n v e r t e r   Fi gu re  2( b ) C i rcui t  di agr a m   of paral l e l   res o n a nt   conve r ter      2.1. Series Res o nant  Conver ter   Th e ser i es  r e so n a n t  conv er ter  h a s th e inducto r  and  cap a cito r  ar r a ng ed  i n  ser i es to  th e lo ad . Th is  dual - b r i d ge se ri es res ona nt  con v e r t e r has  i nhe rent  l i m i t a t i on o f  ZV S o p erat i o n f o v a ri at i on i n  l o a d  a n d   i n p u t / out put   v o l t a ges.  In  rep o rt e d  w o r k s, L L C - t y pe res o n a nt  t a nk  has b een p r o v e d  us eful  f o r e x t e n d  Z V S   ran g fo r c o nv ent i onal   fi xe d - fre que ncy   reso nant  c o nve rt er   wi t h  sm al l  com ponent  st re ss  [ 5 ] .   Th e inp u t  vo ltag e  is sp lit b e tween  th is im p e d a n ce an d  th e lo ad . Sin ce the SRC wo rk s as a v o ltage  di vi de bet w ee n t h e i n p u t  a n d t h e l o ad , t h e  DC  gai n   of a n  SR C  i s  al wa y s  l o wer  t h a n   1.  Un de r l i ght -l oa d   co nd itio ns, th e i m p e d a n ce of th e lo ad  is v e ry larg e co m p ared  to  th e im p e d a n ce  o f  th reso nan t  circu it; so  it  b eco m e s d i fficu lt to  reg u l ate th e o u t pu t, sin ce th is requ ires th e frequ ency to  ap p r o a ch  in fin ity as t h e lo ad  app r oaches ze r o . Eve n  at  no m i nal  l o ads, w i de fre que ncy  vari at i o n i s  requi red t o  re g u l a t e  t h e out p u t  whe n   th ere is a larg in pu t-v o ltag e  ran g e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   53 8 – 546  54 0 2 . 2 .  Pa ra llel  Reso na nt Converter  The  paral l e l  re son a nt  c o nve rt er  has t h e  i n du ct or a n d ca pac i t o r ar ra nge d i n   paral l e l  t o  t h e l o ad . T h e   circu it d i ag ram  o f  th e p a rallel reson a n t  con v erter is sh own   b e low. Th e lo ad  is co nn ected   in  p a rallel with  th resona nt circui t, inevitability  requir ing large  am ounts of circ ulating curre nt. This m a kes it difficult to apply  p a rallel reson a n t  top o l o g i es in  ap p lication s   with  hi g h  po w e r densi t y   o r   l a rge   l o a d  vari at i ons .   The i n ductor is  de note d  as  Lr  and the ca pacit o i s  de n o t e d a s  C r The  l o a d   i s  de not e d  as R L .       3.   EX I S T I N G  TO P O L O G Y   To   o v e rco m e th e li m itat i o n s   o f  t h e conv en t i o n a l conv erters, th e ex istin g   to po log y  is d e sig n e d   with   th e co m b in ation  of  b o t h  series and  p a rallel co nv erter co mb in ation s In  th is it h a s two   d i v i sion s, on is LCC   r e son a n t  conv er ter  an d ano t her   o n e  is th LLC r e son a n t   co nv er ter  topolo g y Th e br ief  descr i p tio n of  th ese  co nv erters is as fo llo ws.    3. 1. L C C  Re s o n a nt  C o n v er ter   To  so l v e th ese li mitat i o n s , a co nv erter com b in in g  th e series and  p a rallel co n f iguratio n s , called  a  ser i es-p ar allel r e son a n t   conv er ter  ( SPRC)  h a b e en  p r op osed . On e v e r s i o of   th is str u ct ur e u s e o n e   indu ctor   and t w o capaci t o rs,  or an LC C  confi g u r at i o n, as sh ow n i n   Fi gu re 3 ( a).  Al t h o u g h  t h i s  co m b i n at i on ove r c om es  t h e dra w back s  of a si m p l e   seri es res ona nt  con v ert e r o r  paral l e l  res ona nt  co nve rt er b y  em beddi n g   m o re  reso na nt  f r e q u e nci e s, i t   req u i res t w o i nde p e nde nt   p h y s i cal  capaci t o rs t h at  are   bot h l a rge  an ex pe nsi v e   because of the  high AC c u rrents. So  the physical  capacitors  are the limitations of thes e LCC type resonant  conve r ters.        Fi gu re  3(a ) .  L L C  t y pe res o na nt  co n v ert e r       In t h i s  t h e ca p aci t o rs are co nnect e d  i n  pa r a l l e l ,  wi t h  t h e i nduct o r i n  s e ri es, C r 1 a n d  C r 2 are t h e   capacitors , L r  i s  the i n ductor.      3. 2.  LL C Reso nan t  Co nver te To get  si m i l a r charact eri s t i c s  wi t h o u t  cha n gi n g  t h e p h y s i cal  com ponent  cou n t ,  t h e SP R C  can be  al t e red t o  use t w o i n d u ct o r s and  one ca paci t o r ,  fo rm i ng an LLC  reso na nt  con v e r t e r Fi g u r e 3( b ) . A n  ad v a nt ag e   of the LLC over the LCC topology is that th e two physical  inductors can often be in tegrat ed into one physical  com pone nt, including  bot h the  series res o na nt inducta n ce,  Lr, a nd t h e tra n sform e r’s m a gnetizing inductance,  Lm . Th e LLC reson a n t  con v erter h a s m a n y  ad d ition a l b e n e fits ov er con v e n tion a l reso n a n t  conv erters. For  ex am p l e, it can   regu late th o u t p u t  ov er wi d e  lin e and load   v a riation s   with  a relativ ely s m all v a riatio n   of  switch i ng   frequ en cy, wh ile  main tain in g  ex cellen t  effici ency.  It can a l so ac hieve ze ro voltage  swi t ching  (ZVS)  ov er th e en tir e operating range.      Fi gu re  3( b ) . L L C  t y pe res o na nt  co n v ert e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       The  FHA  A nal ysi s  of   Du al -B r i dge  LLC   Type  Reso n ant  C o n vert e r ( Arn ol Fred d eri c s)   54 1 Using  th e LLC reson a n t  con f i g uratio n  i n  an  iso l ated   h a lf-b ri d g e  topo lo g y  will b e  d e scrib e d  n e xt fol l o we by  t h e m odi fi cat i o n s  i n  i t  f o r t h e  n e pr o pose d  t o pol ogy .     3.3. Hybrid Resonant Converter   Thi s  re so na nt   con v e r t e r ci rc u i t s  com e s unde r l o a d   reso na nt  co nve rt ers .  I n  t h i s  co n v ert e r   ci rcui t s  t h e   p o wer fl o w  to th e l o ad is co n t ro lled b y  th reson a n t  tan k  im p e d a n c e wh ich in  t u rn is con t ro lled  b y  th switch i ng  frequ e n c y in  co m p arison  to   th e r e so nan t  fr equ e ncy o f  th e tank Th is h ybr id   r e so n a n t  conv er ter  is a   vol t a ge - s o urc e  seri es res o n a nt  co n v ert e r .   The Fi gu re  3( c) sh o w s t h ci rcui t  o f  hy br i d  res ona nt  c o nve rt er   to po log y     Fi gu re 3(c ) .   C i rcui t  di agr a m   of hy bri d  reso na nt   co n v ert e r   t o pol ogy       4.   PROP OSE D  TOPOLOG Y   The m odi fi cat i ons d o n e i n  t h e hy b r i d  res ona nt  co nve rt er t o p o l o gy  gi ves us t h e n e w co nve rt er   to po log y  in  which  th e zero   v o ltag e  switch i ng can  b e  ach ieved  th rou gho u t  th e lo ad  rang e.  Th at in  tu rn  red u c es  the voltage stress across the  switche s.  From the existing to pology the  switches a r e replaced  with  powe MO SFET  on  t h e pr im ar y sid e  an d   on  th e seco nd ar y si de  t h e di o d es a r repl ace d wi t h   po we r M O S F E T . The   co nv erter co nfi g uration  in Figu re 4(a) h a s three m a in  p a rts:  a) P o we r swi t c hes S 1  a nd  S2 ,  whi c h are  us u a l l y  M O SFET s , are c o n f i g ur ed t o   fo rm  a squa re  wave   gene rat o r. T h i s  gene rat o pr od uces a  uni pol a r  sq uare -wa v v o l t a ge,  Vs q,  by  dri v i n g s w i t c h e s S1 a n d S 2 wi t h   altern atin g   50% du ty cycle s  for each  switch .   A sm a ll d ead  tim is n eed ed   between t h e consecutive   tran sitio ns,  bo th  to prev en t t h e po ssib ility o f  cro ss con d u c tio n and  t o  allow tim e fo r ZVS to   b e  ach i ev ed b)   T h res ona nt  ci rc ui t ,  al so   cal l e d a re so na nt  net w o r k, c o nsi s t s   of t h re son a nt  ca paci t a nce, C r ,  an d   t w o i n duct a nc es—t he seri es  reso na nt  i n d u c t ance, Lr, a nd  t h e t r ans f o r m e r are m a gnet i z i ng i n duct a nce ,  Lm The t r a n sf orm e r t u r n s rat i o  i s  n. The  res o n a nt  net w or circulates the electric curre nt and, as a resul t , the   energy is circ ulated and  delivered to t h e loa d  thro ugh  th tr an sf or m e r .  Th e tr an sf or m e r s   p r im ar y w i nd ing   receives a  bi polar squa re-wave voltage.  This  voltage is tr a n sferred to t h e s econda r side,  with the  tra n sform e p r ov id ing   bo th electrical iso l atio n  an d th e tu rn ratio  to d e li v e r th requ ired   v o ltag e  lev e to  th ou tpu t     c) The sec o ndary side has t h e re placem ent of di ode s wi th the power  MOSFET s; this  m a kes the   rectifiers to  perfo r m  syn c h r o nou s rectificatio n  to  re duce  con duct i o n l o sses, especi al l y  benefi ci al  i n  l o w- vol t a ge  an hi gh  cu rre nt  a ppl i cat i ons.            Fi gu re  4(a ) .  C i rcui t   di agr a m  of t h e  p r o p o se con v e r t e r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   53 8 – 546  54 2 4. 1. B a si c Pr o cedure  for  FH an al ysi s   The LLC c onverter is operated in  t h e  vi ci ni t y  of se ri es res ona nce.  This m eans that the m a in   co m p o s ite of circu l atin g curren t in th reson a n t  n e t w ork i s  at or cl ose t o  the se ries  res o nant  freque ncy. T h is  pr o v i d es a hi n t  t h at  t h e ci rcul at i ng cu rre nt  consi s t s  m a i n l y  of a si ngl e fre que ncy  an d  i s  a pure si nu soi d al   current. Although  this as sum p tion is  not com p le tely accurate, it is  close-especially whe n  the s q uare  Wave ’s   switching cycle corres p onds  to the series resonant fre qu en cy . If t h e squa re wave i s  di f f e rent  fr om  t h seri es   resona nce, the n  in reality  m o re fre que ncy com pone nt s are include d; but an appr oxim ation usi ng the  single   fundam ental h a rm onic of the  squa re wa ve c a n be m a de  while ignori ng all  highe order  harm onics and s e tting  pos sible acc uracy issues  aside  for t h e m o ment. This   is  th e so -called first h a rm o n i ap pro x i m a tio n  (FHA)  m e thod,  now  widely use d  for res ona nt-c onverter design. This  m e thod  pr oduces accept a ble design re s u lts as  l o n g  as t h e co nve rt er o p e r at es at  or cl ose t o  t h e seri es resona nce. T h e F HA m e t hod ca n be use d  t o  d e vel o p   th e g a i n or th e in pu t-t o -o u t p u t v o ltag e -tran s fer fun c tio n. The first step s i n  t h is  p r o cess are  as fo llo ws:  a)   R e prese n t  t h pri m ary - i n p u t  uni pol a r  s qua r e  wav e  vo ltage and  curren t   with  th eir fu nd am en tal  com pone nt s, i g no ri n g  al l   hi g h e r- or der  ha rm oni cs.   b)   Ignore the e f fect from  the out put ca pacitor a nd t h e transform e r’s seconda r y-side  leakage   inductance c)   R e fer t h obt ai ned  sec o n d ary - si de  vari abl e s  t o  t h e  p r i m ary  si de.   d)   R e prese n t  t h e refe rre d seco n d ary  v o l t a ge,  whi c h i s  t h e bi pol a r  sq uare -w ave v o l t a ge (V so) ,  an d   t h e refer r e d  secon d a r y  curr ent  wi t h  onl y  t h ei r fun d am ent a l  com pone nt s, agai n i g n o ri ng al l   higher-order harm onics.   W i t h  these ste p s accom p lished, a circuit model of the  LL C resonant hal f -bri dge c o nve r ter can  be obtained.  In t h e ci rc ui t  m odel ,  bot h i n put  v o l t a ge a n d o u t p ut  vol t a ge are i n  si n u s oi dal  f o rm  wi t h  t h e sam e  si ngl fre que ncy - i . e .,  t h e fu n d am ent a l  com ponent   of t h sq uare  wave v o l t a ge, gene rat e d by   t h swi t c hi n g   o p erat i o n   of  S 1  a n d  S 2 .T hi s m odel  i s  ca l l e d t h res ona nt  c o n v er te r’s   FH A circ uit m o d e l.  Assu m p tio n s  for th e an alysis  are, all inductors, ca pacitors,  d i od es, switches,th HF transfor m e r are ass u m e d to be  ide a l.   To facilitate th e calcu latio n, all q u a n tities wo u l d   b e   n o rm al ized  b y  t h fo ll o w i n g b a se  v a lu es.    ;    √  ;  ;     Th e no rm alize d   switch i ng  freq u e n c is:     F  ;               ;      The norm alize d  reactance of  t h e resona nt  tank:    X , pu=F;     X ,   ;     , ;   The se ri es  para l l e l  i nduct a nce  rat i o  i s   = / Th e no rm alize d  fund am en tal  p r im ary  o u t pu t   vo ltag e   v , √ V ,rpu Sin      ,     , is th e no rm ali ze rm s v o ltag e   v , = sin   The  n o rm al i z ed  fu n d am ent a l   com pone nt  o f   vol t a ge  acr oss   t h e hi gh -f re que ncy  t r a n sf orm e r i s     v , =  ,   ∅       ∅  ,                .   V ,  / , fu n d am ent a l  rm s co m pone nt  i s  t h e  n o rm al i zed.    M, is th no rm alized  conv erter  v o ltag e  g a i n     M=    ;  /   =2 /     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       The  FHA  A nal ysi s  of   Du al -B r i dge  LLC   Type  Reso n ant  C o n vert e r ( Arn ol Fred d eri c s)   54 3 Th qu ality facto r  is  Q=        /      It fo rm s th b a sis fo r t h e an al ysis an d fi n a lly th e val u es  for the  com p one n ts are  found  and applied  for th is p r o p o s ed  to po log y  an d  it is ch eck ed  u s ing  PSIM si m u latio n .  The resu lts sh ows th at th e reson a n c com pone nts’  value m a kes the conve r ter topology to ac hiev e 80% of efficiency. T h is  anal ysis can be  done for  diffe re nt co n v e r ter to p o lo gies  [6] ,   [ 7 ] .       5 .     SIMULATION  CIRCUIT  The si m u l a ti on  i s  done usi ng  t h e val u es o b t a i n ed by  t h e F HA an al y s i s . The si m u l a ti on  t ool  used i s   PSIM.  Th e sim u la tio n  circuit an d  t h e waveform s o f  th g a tin g sign als, vo ltag e  acro s s th e cap acito r, ou tpu t   vol t a ge  ,Z VS   acros s t h e  swi t ch a r e al s o  s h ow n i n  Fi gu re  (a) - ( f).  T h e i n p u t   vol t a ge i s  2 0 0 V ;  t h e e x pect ed  out put   vol t a g e   i s  nearl y  4 8 V .   The  vol t a ge ac ross t h e ca p acito rs sh ou l d  b e   2 00V. Th e tran sfo r m e rs tu rn ratio  i s  kept  at  25: 1 2 : 1 2. Th e resi st or i s  connect ed on the pri m ar y sid e  in  s e ries with  th e so urce, to  redu ce the  cu rren t; th is is d o n e  during  the si m u latio n .  Th e v a lue o f  t h e cap acitan ce can  b e  varied  t o  g e t d i fferen t ou tpu t s.  The l e a k a g e i n duct a nce  of  t h e t r an sf orm e pl ay s a m a jor   rol e .  S o ,  t o   ge t  a sm oot o u t put  t h val u of  t h e   leakage i n duct a nce ca be c h ange d.  ZVS  o p erat i o n  can  be co n f i r m e d by  chec ki ng t h phase  a ngl es  of   and  with  resp ect to   and    ,  respect i v el y .  F o r sam e  out p u t  po we r, t h o u t put  c u r r ent   i s h o w s l e ss  neg a t i v e perce n t a ge  at  40  V o u t p ut  t h an   48  V  o u t p ut T h e a b o v e m e nt i one  and    are  t h e vol t a ge s of pri m ary   and  se conda r y sides  respectively.        Fi gu re  5(a ) .  Si m u l a t i on ci rc ui t  of  p r o p o se d c o n v e r t e r       The  wa veform s for t h gating signals  of the switche s on   th e pr im ar y si d e  S1  a n d S2  are s h own i n   Fi gu re 5( b ) .         Fi gu re  5( b ) . T h e wa vef o rm s o f   gat e  si g n al o f  s w i t c h S 1  a n d S 2     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   53 8 – 546  54 4 The  wave fo rm s of t h gat i n g si g n al s o f  t h e s w i t c hes  o n  t h e sec o nda ry  si de i s  s h o w n i n  t h e     Fi gu re 5(c ) .         Fi gu re  5(c ) .  Th e wa vef o rm s o f  t h e  gat i n g si g n al s f o r t h e  sec o n d a r y  si de  sw i t c hes      Th e cap acitor  (Cr) in  th reso nan ce  b l o c k sh ou ld   h a v e   th e v o ltage o f  2 0 0 V , and  its si m u latio n   wave f o rm  i s  sh ow n i n  t h e  Fi g u re  5 ( d ) .         Figu re  5( d ) . T h e wa vef o rm  fo r the  capacito voltage  ( V cr )           Fi gu re  5(e ) .  Th e wa ve  fo rm  of  o u t p ut  v o l t a ge  o f   pr op ose d  c o n v e r t e r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       The  FHA  A nal ysi s  of   Du al -B r i dge  LLC   Type  Reso n ant  C o n vert e r ( A rn ol Fred deri cs)   54 5 Th ou tpu t  fr om   th e second ary sid e  is m easure d  i n   Vp2  of the sim u lation diagram ,  and t h e e xpe cted  resu lt sh ou ld be 48 V. Th wav e fo rm  for th o u t p u t   vo ltag e   is sho w n  in th e Figu re  5 ( e). Th e FHA an alysis is  do ne t o   fi n d  t h e val u es  of t h com pone nt s t h at  can appl i e d t o  t h e p r op ose d  con v ert e r t o p o l ogy , s o  t h at  t h e zvs  is ach iev e d  fo r th e wh o l e lo ad  r a ng e, if  it is attain ed  ,th e   ou tpu t  vo ltag e  sh ou ld   b e  ar ound  48V , ev en  t h o ugh  th ere  v a riatio n in  switch e s an d lo ad . Th v a lu es th at  a r e obtaine d   from  the analysis and a p plied i n  t h si m u latio n  are  Lr: 165 .3 9 µ H;  Cr: 25 m F ; L m :  15 9.3 µ H.      6.    CO NCL U S ION   The L L C  t y pe  dual - b r i d ge  res ona nt  c o n v e r t e r i s  a n al y zed  w i t h  va ri o u ot h e r c o n v e n t i ona l  t o p o l o gi es   and   t h e basi c anal y s i s   pr oce d u r i s  do ne u s i ng FH an alysis. And  t h resu lts are used  fo r sim u latio n  an v e rified . Th e resu lts o f  th e sim u la tio n  sh ow th at th is p r o posed  to po log y main tain s zero v o ltag e  switchin g  fo v a ri o u s  switches for all th e lo ad   rang e,  with ou t an y vo ltag e  stress  for the switch e s. The co nv erter m a in tain the  efficiency  of 80%, for whole  loa d  ra ng e.  The  fut u re  w o rk i s   base d o n  t h e gat i ng sc he m e s for t h e s w i t c hes  t h at  can  re duce  t h e am ount  o f   ci rcul at i n g  cu rr ent ,  a n d  t o  i n cr ease t h o v eral l  effi ci ency   of  t h e c o n v e r t e r.       REFERE NC ES  [1]     JT Bialasiewicz. Renewab l en erg y  s y stems with phototvoltaic power ge nerato r: Operation an d modeling.  IEEE  Transactions on  Indus trial Electronics.  2008 ; 55( 7): 2752–2758.  [2]   RW De Doncker, DM Divan, MH Kher aluwala.  A three-ph ase s o ft-switched   hig h  power density   DC/DC converter   for high pow er  applications.  IEEE Transactions  on Industrial  Ap plications . 1991 ; 27(1): 63–73 [3]   XD Li, AKS Bh at. Analy s is and   design of h i gh-fr equency   is olated  dual-br idge ser i es  resonant dc/d c conv erter.  IE EE   Transactionson Powe r E l ectr oni c s .,  2010; 21(2):  850–862.  [4]   JM Ca rra sc o et  a l . Powe r ele c tronic s  s y ste m s for the grid   integr ation o f  ren e wable  energ y  sour ces: A survey IEEE  Transactions on  Indus trial Electronics.  2006 ; 53( 4): 1002–1016.  [5]   AKS Bhat.   Ana l ysis and design  of a fixed-freq uency LCL-type  series resonant converte r with   capacitive outpu filt er.   IE EE  Proceed ings Circ uit s  Devices  S y st e m . 1997; 144(2) :  97–103.  [6]   I Batars eh. R e s onant conv ert e r to pologies  with  thr ee and  four en er g y  s t or age  elem e n ts IEEE Transactions on  Power  Electronics . 199 4; 9(1): 64–73.  [7]   AKS  Bhat, S B  Dewan. A gen e r a li zed  approa ch  for the s t ead y s t a t e an al ys is  of r e s onant inv e rt ers .   I EEE T r ansactio ns  on Industrial  Ap plications . 1989 ; 25(2): 326–338 [8]   GG Oggier, M Ordonez, JM Galvez, F Luch in o. Fast transi en t boundar y   contr o l and stead y - state op eration of  the  dual active br id ge conv erter  us i ng the n a tura l s w itching surfa ce IEEE Transactions on Power  Electronics . 201 4;   29(2): 946–957.  [9]   XD Li, A Rathore. A gener a l stud y  of  soft-switching ranges of  dual-bridg e  re so nant conver t ers  using a modified   com p lex AC anal y s is approa ch.  Proceed ings IE EE 6th Conf ere n ce I ndustrial Ele c tronics  App licat ions , Be ijin g,   China. 2011: 31 6–321.       BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS         Mr.  A. A r n o ld  Fred d e r i cs  r ece ived h i s  B.T ech .  degre e   in E l e c t r ica l  and  E l ec tro n ics  Eng i neer in from  Anna  Univers i t y , T a m ilnad u, India. P r es ent l y   he is pursuing  M.Tech in Power Electronics and  Drives  from  Karun y a Univ ers i t y ,  Coim batore, T a m il Nadu, India .  His  pres ent res earch int e res t s  ar Power converter s, Special m achines, Solar  Application.        Prof. K. Vinoth Kumar  recei ved his  B.E. de gree in El ec tric a l  and Ele c tron ic s  Engineering fr om   Anna University, Chennai,  Tamil  Nadu, India. He obtain e d M.Tech  in Power Electronics and Driv es  from  VIT Unive r sit y , Ve llore T a m il Nadu,  Indi a .  Present l y  h e  is  working as an  Assistant Professor  in the School  of El ectr i cal Science, K a run y Institut e  of  Technolog y   and Scien ces (Karu n y Univers i t y ), Co i m b atore,  Tam il  Nadu, India. He is pursuing Ph D degree  in Karuny a University Coim batore, Ind i a. His present research in ter e st s are Condition  Monitoring of  Industrial Drives,  Neural Network s  and Fuzzy  Lo gic, Special machin es, Application of Soft  Co mputing Techniqu e.  He has publish e d various p a pers  in in tern ation a journals  and  co nferences and  also published fou r   textbooks. He i s  a m e m b er of  IEEE (USA), MIS TE and als o  in Interna tion a l associ ation o f   Ele c tri cal  Eng i n eers  (IAENG).       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   53 8 – 546  54 6   Prof.  S h a n k a r. A re ce ived  hi s  B.E.  degr ee  i n  El ectr i c a and  El ectron i cs   En gineer ing in  D M coll ege of  engin eering from  Ann a  Univers i t y ,  Ch enna i, Tamil Nadu, India. He  ob tain ed M . T ech i n   Power s y stem s from  kalasaling a m  universit y Universi ty , madurai, Tamil Nadu ,   India. Pr esently   he  is working as an Assistant Pro f essor in the School  of Electrical Science,  Karun y a Institute  of   Techno log y  and  Scien ces (Karu n y a  Universi t y ),  Coim batore T a m il Nadu,  Indi a. He  is pursuin g   P h D degree in Karun y a Univer s i t y , Coim bator e , India .  His  pres ent res e a r ch i n teres t s  are n a n o   s t ructured pv  c e lls , s m art gr id  im plem entat i o n  and re liab ili t y   anal ys is   in r e newabl e en erg y   generators.           Mr. A. Jey a  S e lvan Renius  rece ived his  B.T ech. d e gree  in Ele c troni cs  and  Comm unicatio Engineering fro m Anna University , Tamilnadu, Indi a. Presen tly he is pursuing M.Tech  in Power   Ele c troni cs and  Drives from   Karun y a Univer sit y , Coim bato r e Tam il Nadu ,  India .  His pre s ent  research  interes t s are Power  converters and   inverters, Special machin es, Solar and wind  Applica tions.           Mr.  B. Raja G u ru   receiv e d hi s  B.Te ch. d e gre e  in  Ele c troni cs  and Com m unication   Engin eeri n g   from  Anna  Univers i t y , T a m ilnad u, India. P r es ent l y   he is pursuing  M.Tech in Power Electronics and  Drives  from  Karun y a Univ ers i t y ,  Coim batore, T a m il Nadu, India .  His  pres ent res earch int e res t s  ar Resonant conver t ers,  Special  machines, Solar App lication .         M s .  Sr ee lakshmy  Nair   re ceiv e d his  B.T ech.  de gree in  El ectr i cal and Electronics Engineering fro Saintgits  coll eg e of  engine erin g,Mahatm a G a n dhi Universit y ,  Keral a ,  India .  Presentl y sh e  is  pursuing M.Tech in Power Electronics and Driv es from   Karunya Unive r sit y Coim batore, T a m i l   Nadu,  and India. Her pr esent research  inte re st s are dc -dc c onve r ter s  and inv e rters.           Prof. Vis w anat han K receiv e d  his  B.E. degr ee in E l ec tric al   and Electronics Engineering  in  Government College of  Techno log y , Coimbator e T a m il Nadu,  India. He ob ta in ed M.E in Pow e S y stem Engineering from Governme nt College of Technolog y ,  Co imbatore, Tamil Nadu, India.  P r es entl y he  is  working as  an A s s i s t ant P r ofes s o r in the S c hoo of Engine ering ,   Adam a S c ienc &   Techno log y  Uni v ers i t y , Adam a ,   Ethiopia. He  is pursuing PhD degree  in St.P eters University ,   Chennai ,  India .  His  pres ent res e arch int e res t s  ar e P o wer S y s t em s ,  Renewabl e E n erg y  s ourc e s  a n Ele c tri cal  M ach i n es .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.