Intern ati o n a l  Jo u r n a l  of  P o we r El ec tr on i c s  an d D r i v e   S y stem   (I JPE D S)   V o l.  11 , N o . 2, Jun e   20 20 , pp . 77 4 ~ 78 4  I SSN :  208 8-8 6 9 4 , D O I:  10. 115 91 /i jp e d s.v 1 1 .i2 . p p77 4-7 84          7 74     Jo urn a l  h o me pa ge : h t t p :/ /ijpe d s. i a e s c o re. c o m   Modeli ng and simulation of  DC  to  DC  boost converter using  single phase matrix  converter topology      Fa ja riah  K a d i r,  S. Z .   M o h a mma d  Noo r , Fa ra n a d i a  A. H.,  K.S. M uha mm a d   Facult y  of   E l ec tr i c al E ngineeri ng,  Uni v e r siti Tekn ologi MARA,  M a laysi a       Ar ti cl e Info     A B STRAC T    A r ti cl e hi st ory:  R ece i v ed Oc t  19 ,  20 1 9   R e vi sed  D ec 1 2 , 201 9   A c c e p ted  Jan  19 , 20 20      The main obj e ct i v e of  this  work  is to m ode l a n d  si mulat e  DC  to DC   Boost   Co nv e r ter using   S i ng le P h as e M a trix   Co nver t er  (S P M C ) to polog y us in g   M A TLA B/S i mulink  (MLS ) .   Th e   o u tpu t  vo ltag e  is  c o ntrol l ed  b y   us in g P u lse   Wi dt h Mo du la tion  (PW M )  tec hni q u e .  F o u r  p a irs  of  Insul a te d  G a t e  B i p o la r  Trans i stor  (IG BT)  is u s ed   as  th e sw it ching  d e v i ce  wh ere   fo r   ea ch p a ir , it is   loca ted  in p a ral l el  and  op pos it e  dire ct ion.  Saf e  commutation techni que  is  pe rfo rm e d   i n   prev e n t i n g  v o lta ge   sp ik e  a t   t h e   ou tput .  T h ro ug h th e   si m u l a ti on ,   at sw itch in g freq u en cy o f  25 kHz ,   the  mod e l  is  abl e  to  step  u p  its   in put v o lt age   ab ou t tw o  times  larger   and  all  of  the  resu lts  a c hi ev ed  a   g o o d  agr e emen t  w ith  the p r in cip l e o f   fou r  q u adran t  o p erat io n.  It is  al so  reali zed  tha t   with ou t th e   imple m en tat i o n   of s a fe co mmu tatio n  t echn i qu e, sp ik es were  g e ne r a ted   and  the   mo del is   u n ab le to boo st  i t s   inpu t vo ltag e. A l l  o f  th e s e lected  r e s u lts  from  th e   a n a l ysi s  whi c h in c l u d e s  v a ria tio n of q u a dra n t, switc h i ng fre que n c y ,  d u t y  c y cl e  an d res i s tive  loa d   are  pr ese n t e d  in thi s  p a per .   K eyw ords :  MATLAB / Simulink  PWM  Singl e p h ase ma tri x   c o n v e r t e r     T h is is  an  op e n   acces s a r ticle  un der  th e   CC B Y -SA  l i cen se .    C o rre s pon di n g  Au th or:  F a j a ri a h  Ka di r,     Facul t y  o f  El ec t r i c al   En gi neer ing,   U n i v e r s iti  Tekn o l o g i  MA RA, 4 0 450  Sh ah   Ala m ,  S e l a ng o r .  Emai l :  aj a.kadi r9 6@ gmai l . c o m       1.   IN TR O DUCTION    S i ngle  P h ase   M a t r i x  C onve rt er i s   ap pl i c a b l e   i n   ma ny  ap pl ic at i ons s u ch a s   fo r  i n d u ct i o n hea t ing ,  AC - AC  c o nve rt er,  re ct i f i e r, i nve rt e r ,  AC  v o l t a ge  c o nt rol l er,  fre q u e ncy  c h a nge r  ( c ycl o c o n v e r t e r) a n d  dua l   c o nv ert e r.  Dual  c o n v ert e r  i s   use d  f o r  bi -di r e c t i o n a l   sp eed   co nt rol   of  DC  dri v e  a n d   DC -DC  c o nve rt er.  E v er y  el e c t r i cal   appl i a nc e  ha d  t h ei r  ow n rat i n g.   This  rat i ng  us ua ll y  di spla yed  o n  t h e  st i c ker  o r  rat i n g   p l at e  on t h e el e c t r i cal   appl i a nc e .  T h e   ra t i ng   tha t   bei n g  di spl a y e d ac t u a l ly  rep r ese n t s  t h e  vol t a ge   at  w h i c h  t h e  a ppl i a nce  i s  de si g n e d  to   ope ra t e   a n d   t h e cu rre n t   c o n s um pt ion  at   t h a t  part i c ul a r   vol ta ge. T h i s   i s  whe r e t h e   i m p l e m e n t a t i on  o f  pow e r   e l e c t r o n i cs c onv e r t e r is  v e ry im po r t an t su ch   a s  D C - D C  c onv er te r, i n v e r t e r ,  re c t if ie r  an d oth e r   po w e r   conv e r te r.  A   DC  po w e r   su pp ly   is u s ed  in  mo st  of  t h e  a p p l ia n ces  whe r e   a  c o n s tan t  v o lta g e  is  r e q u ir ed .  DC -DC  po w e r   con v e r te rs  are   empl o y e d  i n  a   vari e t y   of a p pl i c a t i ons, i n c l u d i n g  p o we r  su ppl ie s  for p e rs on a l  co mput er , o f fic e   equi pme n t, sp ace cra f t  po w e r syste m , la pt o p  co mp ut er, a nd te le co mmu ni ca t i ons e q ui pme n t, as wel l   a s   D C   moto r d r i v es  [1] .  The  DC -DC   c o n v e r t e r is  al so a n   i m p o r t a nt   a ppl i c a t i o n  for   al t e rnat ive   el e c t r i cal  po we r  c o nd iti o n i ng  as fo r ex a m p l e  p h o t ovo lt ai c,   wi nd   g e n e r a to r  a nd fu el  c e l l sy st em [2 ].  Th er e ar e  thr e e comm o n   t ype o f  DC -D C   co nve rt er  w h i c h  a r e;  Bu c k ,   B o ost an d B u c k  B oost   C o nve rt er.  Ma trix  Co nve rt er (MC )  is i n  fact  re ga rded  a s  an a d v a nce d   ci rc uit  t o p o l o g y  whic h  p r ese n t s   c o u n tl ess  a d v a n t ag es w ith  un l i mi ted   swi t ch i n g  con t ro l ,   po ssib l e  'a ll  s ilic o n   so l u t i on s' o r   wi th  mi n i mu m u s ag e o f   r e a c tiv e  devi ce   [3] .  It   i s  a  f o rce d   c o mmut a t e d  co n v e r t e r  t o  c ont rol  or creat e t h e  v a ri abl e   out p u t   volt a ge   a c ross  t h e   l o a d   by  usin g  c ont r o ll e d   bi -direct i onal  s w i t c h es  wi t h  u n l i mi te d  fre que nc y  w h ic h ac tua l l y  pe rmit s hi g h  fre q uenc y  o p e r a ti on  [4 ] .   Th e t o p o l o gy of   M C   w a s  a c tual ly  i n trod uc ed  f i r s t by   Gy ug i  i n   y e a r  19 76  [5].  It of f e r s  n u me r o u s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t  J Po w El ec   &  Dr i  S y st  IS SN:  208 8-8 6 9 4       Mo del i n g   a n d  si mul a t i on  of  DC t o   DC  b o o s t   co nv ert e r us i ng si n g le   p h a s e  m a tri x  …   (F a j aria h Ka di r)  7 75  a d v a n t ag es in clu d i ng  th e c a p a b i lity  to  r e g e n e r a t e  e n ergy  b ack  to  th e   u til ity ,   s i n u s o i d a l inp u t an d   o u t p u t  c u r r e n t   and  a c ont roll a b le   di s p la ceme n t  fac t or for  i n put   c u r r e n t   [ 6 ]. Mat r i x   C o n v e r t e r obt ai ne d s ubst a nt i a l   i n t e r e sts as  i t   ha s bot h   t o p o lo gi ca l a n d  o p era t i o nal   c h a r ac t e ri st ic s in s a t i s fyi n g  t h e   p r ese n t   t r e nds o f  dri v es   [7-1 0]. It  has  al so e n t i ced t h e  ind u st ry  ap pl i cat i on a n d  t h e  t e ch ni cal  i m pr ove ment  was  f u rt he r spe d   u p  gi ve n  t h e  pow e r ful   d e man d   f o r  ener gy  ef fi ci e n c y , p o w e r  q u a li ty a nd r e d u c in g t h e  si ze of th e co nv er ter s   [1 1] . In   on e   of  th e st u d y  con d u ct ed   on   MC,  it  i s   rea l i z e d   t h a t  i ndi re ct  Mat r ix C onv er te r  ( I M C ) can   b e   implem ented for  p e rmanent  ma gn e t  sy n c h r o nou s mo to r   dri v e  [ 12] .  D e sp it e th e   f a c t  tha t  M a tr ix Conv e r t e r of fer s   ma n y  ad v a n t ag es,  th ere  are s e ve ral  iss u es  i n vol ve d  i n   de al in g  wi t h  thi s  co n v erte r s u ch  as   prot e c t i o n  i s sue s ,  c u rrent  c o mmut a t i on,  harmo n i c  a nd  swi t c hi n g  l o ss e s  a s  wel l  as  a b n o r mal  i n p u t/ out put  v o l t a ge   [1 3].  A m o n g  t h ese  i ssues , t h e ma i n   pro b l e m i n  e n gagi ng   wi th  Ma trix  C o n v ert e r i s  sai d  to   be  t h e c o m m u t a t i on  probl e m  w h i c h  rel a t e d  t o  t h e   b i d i re c tion a l  sw itc h e s  imp l eme n tat i on  a nd  h e n c e  le ad s to   th e   o c c u rr e n ce  o f  sp ik e d u e  to  t h e  t r an s i t i o n s  of   swi t c h in g  duri n g  sup p l y i n g  t h e  i n d u ct i v e l o ad  [14 ] .   T h erefore ,  sa fe  comm u t a t i o n st rat e gy  nee d   to  be  im p l e m en te d  in  p r ev en ti ng   t h e   o ccur r en c e  of  vo l t ag e  sp i k e. Th rou gh  a st udy   con d u c t e d o n  B o o s t I n v e r t e r  u s i n g   SP MC  t o pol o g y ,  it  i s   prov en t h at   wi t h  t h e  im pl eme n t a t i on of  safe   commut a t i o n  st ra t e gy , s p i k e s  we re   su c c e ssfu l ly e l im in a t ed  [1 5] .  Th e   sing le  ph ase  v e rsi on of   M a tr ix C onv erte r  is  k n o w n  a s  Sin g l e Ph a s e M a tr ix  Co nv er ter  ( S PM C) w h ich  w a s  fi rst  r e al ize d  b y  Zu ck e r b e r g e r   [1 6].  S. H .   H o s e i n i [17 ]   a n d  A bdu ll ah   Kh oie  [ 1 8 ]   have   st u d i e d t h e ot h e r t o p o l ogi es  of  S P M C .  Si nc e t h e n ,  mo re  st u d i e s o n  co n v ent i o nal  ma trix c o n v e r t e r  ha ve  ca rri ed   on. It i s  rea l iz ed   t h at  S P MC   c a n   be  us ed  i n  ma ny a p p l ic at i ons s u ch  a s  AC -AC   co n v e r t e r, re ct i f i e r, DC - DC  co nve rt er,  i nve rt e r  a n d  du al  c o n v ert e r  [1 9-2 0 ].  A st u dy  i n  2 0 1 8  s h o w s  t h at  S i ngle  P h a s e  M a trix  C o n v e r t e r   (SPMC)   c a n  al so be   use d  i n  i n d u ct i o n he at i ng a p p l i c a t i o n s  as  a n  AC-AC  con v e r te r i m pl ement a t i o n  [21 ] .  It  is   al so re al iz ed   t h at  S P M C   i s  c a pa ble   t o   ac t  a s  buc k/ b o o st   c ont roll ed   rec t i f i e r wi t h  re duc ed   swi t c h   c o u n t  [22 ] .  Thro ug h a st u dy ca rri e d o u t  on gri d -t o- ve hi cl e (G 2 V ) w i re le ss p o we r  t r a n s f er usi n g S P MC   t o p o l o g y ,  i t  is  re al iz ed t h at  t h e  use  of S P M C  c a n di re ct l y  co nve rt  AC  t o   A C , e l i m ina t ing  t h e  com p le xit y  of c o nve nt i o n a l  AC - DC -AC  c o nve r t e r   [2 3] . C u rre ntl y ,  the r e   are   man y  re sea r ch   on  t h ree   phase   M a t r i x  C o n v e r te r  ne ve rt hel e s s  a s   fo r  SP MC ,  a l t h ou gh   i t   i s   an  ad va nc ed  ci rc ui t   t o pol og y,   i t   has   onl y  been  see n  for a  ve ry li mit e d  o r   few  w o rk.   Thi s   pape r  pres e n ts t h e  mo del i n g  a n d sim u l a t i on  o f   D C  t o   D C  Boost  C o nve rte r   usin g S P M C  top o l o g y .  The prima r y  t a sk  o f  Bo ost   C o n v e r t e r  i s  t o   pro duce   a c ont roll e d  out p u t   v o l t age tha t  i s  h i ghe r  t h a n  the  i nput   vol ta ge  [24 ] . T h e mai n  p u rpo s e   of t h is  re se a r c h   i s  to ste p   u p  the   s u p p l y  v o l t age b y  usi n g   S P MC   t o p o l ogy a n d   t h is ope rat i o n ca n o n l y  be si mul a t e d  in   Qu adra nt  1   an d  Q u ad ra nt  3 o n l y .  T o  s u ppo rt th e   ba si c  pri n ci ple   o f  fou r   qua d r a n t  o p era t i on, o p erat io n  of  D C  C h op p e r  i n  Q u a d ra nt   2 a n d Q u a d ra n t  4   usi ng SP MC to p o l o gy   i s   a l s o   di sc usse d i n  t h i s  pa p e r.  T h e c i rc uit  i s  co nstr uct e d a n d si mul a t e d by  u s i n g  M A T L AB/ S i m ul in k  (M LS ) fo r a l l   fo ur q u a d ra nt s.  The  ci rc ui t   c o nsist s  of   f o u r  p a irs  o f   IG BTs  wi th  o p p o sit e   di rec t i o ns  w h ic h  a c t e d as  t h e  p o w e r  swi t c h in g  de vi ce.  T h e   o u t p ut  vol ta ge  ac ross  the   l o a d  is  sy n t hesi ze d  by   usi n g  P u l s e   Wi dt h  Mo dul at i o n (P WM)   te c h n i qu e .   A s   fo r  th e  lo ad ,  th e l o ad  u s ed  i s  r e sist iv e  lo a d  wi th  t h e  imp l e m en tat i o n  o f  LC  filte r  t o  e lim in at e  th e  di st ort i o n o r  ri pple  o n   wave f o rm  o f  t h e  out put  v o l t a g e.  O u t p ut res u l t s w h en  safe   c o mm uta t ion is  impl ement e d   in  th e   c i r c u it  wer e   p r e s e n t e d in  th is  p a p e r.      2.   R E S E ARC H M ETH OD     In  thi s  sec t i o n,  it  w i l l  di sc uss  a l l  o f  t h e  met h o d   use d  i n  c o m p l e t i ng a n d  ac hie v in g t h e  obj e c t i ve s  of t h i s   re se arc h .      2.1.  D C  to   D C  b o ost co nve r te r   B oost c o nve rt er i s   use d  t o   s t ep u p   a  D C  v o lt age   a nd  t h e  arra n g e m e n t for a   B o ost  co nve rte r  i s  as   i l l u st rat e d in  Fi gu re  1.  T h e   c o nve rt er wi ll   st e p   up t h e  DC  vo l t a g e fro m  Vs  t o  V o .   Whe n  t h e swi t c h , de not e d   as   sw ,   o r   of te n  kno wn  a s  c hop p e r  is  c l o s ed ,  th e in du c t or   cu rr ent  in c r e a s es  and  th e   en er gy  i s   st o r ed  i n  t h e  in du ct or,  L. T h i s   p r oce s s is ca ll ed t h e i nduc t o r’s cha r gi n g   proce s s.  Whe n  t h e  swi t c h,  s w  i s  ope n e d, t h e ene r gy t h at  ha d  b e en   st ore d  in  t h e   in du ct or  w ill   b e  tr a n sfe rre d v i a   d i od e  D 1  to  th e  lo ad  a n d   c a u ses t h e  induc to r  c u rr e n t   t o   d r op.  Thi s   pr ocess  i s   a c t u al l y  di scha rgi ng p r ocess  o f  t h e  i n d u ct o r .  The   sw it ch  c a n   be  bi p o la r j u nc t i on t r a n si st or (B JT) ,   i n sul a t e d-gat e   bi p o l a r t r a n si st or  (I GBT ) , a n d  ot he rs  [2 5].  D C  t o  DC  B o ost   con v e r te r i s   use d   wi del y  in  re gul at ed   DC   p o w e r  su ppl i e s,  re ge ne rat i ve b r a k i n g o f   DC m o to rs,  p o r t a bl e  devi ce   a ppli c a t io ns et c.   T h e  a v e r age  o u t p u t   vol ta ge  for a  D C  t o  DC  Bo ost   C o nve rt er  i s  a s   sh o w n  i n  (1) whe r e  D i s  t h e  dut y c y c l e  of  t h e s w i t c h ’s op e n in g   and  cl osi n g .   T h e  val u e  o f  dut y  c y cl e ma y va ry bet w e e n   0  to  1.      D Vs Vo 1 1  (1)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S S N :  2 088 -86 94  I n t J   P o w   El ec  &  D r i S y st ,  V o l .  11,  N o .  2,   J u ne  20 2 0  :     7 74  – 78 4   77 6     F i gu re  1.  DC t o   DC   b o o st c o nve r t er a r r a n g e m ent       2 . 2 .    Sin g le pha se  mat r ix  conv erter  Ba sic a l l y , S P M C  c o m p ose d  o f   f o u r   bidi re ct iona l  sw it che s  as  sh o w n  i n   Fi gu re  2,   basi c  o p e r at i o n  o f   f o u r  qua d r ant   as s how n  i n   Fi gu re  3  F o u r   bi di rec t i o nal  s w i t c h es a r e  r e qui red  s o  t h a t  i t   i s  abl e  t o   bl ock   vol ta ge   a nd  c o nd uct   c u rre nt   i n   b o t h  di rec t i ons . N o net h el ess, the r e is  no di scr e t e   se mi con d u ct o r  de vi ce fo r  bi di re c t i ona l   sw itc h e s a n d  a n t i - p a r a lle l I G BT is  th e r ef ore   u s ed .   In  SPM C ,  th e  imp l e m en tat i o n   o f  saf e  comm u t a tion  sw itc h i n g   str a t e g i es is v e ry imp o rt an t   t o  pr ev en t sw itc hin g   sp ik e  ph en o m en on  du e to  t h e  u s ag e  of   pr a c t i ca l d e v i ce s [26 ] .              Fi gu re  2.   B a si c si n g l e  p h ase  ma tr ix c o nve r t e r   to po l o g y   Fi gu re  3.   B a si c  o p e r at i o n of  f o u r   q u ad ra nt       2. 3.    Pr op osed   D C  t o  D C   b o o s t   co n v er ter  u s i n g S P MC  t o p o l o gy   Th e pr o p o s e d   D C  t o   D C  B oost co nv er te r  u s in g S P M C  t o po lo gy  a s   d e p i c t e d   in Figu r e   4  us ed fo ur  p a i r   o f   i n su l a te d - g a t e   b i po la r   tran sisto r  ( I G B T)  wh ic h   is  lo c a te d a n ti   p a ra lle l  to  e a c h  o t h e r   for  e v ery  p a ir s.   IGB T s  ar e  sel e c t e d  as t h e sw i t ch i n g   d e v i ce s  du e  to it s h i gh  sw it ch i n g  fr eq u e n c y a n d  its c a p a b ility  o f   h a n d ling   h i gh  c u r r e n t  w h ic h  l eads t o   a p pli c at ion  of  medi u m   po we r suc h  as  p o w e r  su pp l i e s, co nt rac t or s,   s o l i d  sta t e   r e la ys ,   mo tor  dr iv es e t c .  A  so le  IG BT ca n  h a nd le  a  c u r r e n t r a t i ng   u p  to  65 00V ,   24 00A  wh il e c a n  b e  u p  t o  20k Hz  a s   f o r  t h e s w it c h i n g   f r e que nc y [ 27] .  Be si des ,  I G BT al so  has   a   l o w on  sta t e  p o we r  di ssipa ti o n .  The  in d u ct o r  i n  t h e   ci rc u it  ac te d  a s  th e  boo st  induc to r   w h ich   w i l l  b e  c h a r g i ng   d u r in g  t h e  sw it ch  i s   o n  and   d i s c h a rg e i t s en e r g y   to  t h e l o a d   w h e n  t h e  s w i t c h  is  of f .  The  o u t p ut   vo lt age  ac r o ss t h e  l o a d  i s  sy nt he s i z e d o r  c ont r o ll ed  by  i m ple m e n ti ng   P u lse  Widt h M o d u l a t i on  ( P WM)   t e ch ni q u e .           Fi gu re   4.  DC  t o   D C   bo ost  c o nve rt er   usi n g  s p mc  t o p o l o gy       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   Po w   Elec &  Dri Sy st   I SSN : 2 0 8 8 -8 69 4      M o del i ng  a n d  si mul a t i o n   of  DC  to  DC  b o o s t  co nve r te r us ing  sin g l e  p h a s e   m a t r i x  … (F a j aria h Ka di r)   7 77  2. 3. 1.    P u l s e w i d t h   m o d u l a ti on  (PW M )   The l o ad   v o l t a ge   or   out put  vol t a ge  ac r o ss  t h e  l o ad  f o r  the  DC  t o   DC  B o ost  c o n v e r te r  u s i n g  SP MC   t o p o l o g y  i s  c o nt r o l l e d  b y  em plo y i n g  P W M t e c hniq u e .   Thi s   pa rt i c ul a r  te chni que is im pl ement e d  by co mpa r i n g   a tr ia n g u l a r   wa v e  sign a l; th e ca r r ie r  s i gn a l , a n d   a   co n s t a nt   a d ju st ab le   DC sig n a l; th e   re fe r e n c e   si gn al. A s   a  r e sul t ,  t h e  s w i t c h in g  pul se  d u t y cyc l e  c o ul d  be  var i ed  t o  sy nt hesi ze  t h e  re qui r e d  DC  to   D C  B o ost c o n v ert e r .   The   t r i a ngul a r  wa ve si gnal  or  car ri er si gn a l   c a n  be  ei t h e r  “ M ”   s h a p e   o r  “ W ”   s h a p e.  B y  em plo y i n g   P W M   t e c hniq u e ,   a se r i e s  o f   p u lse  t r ai n i s   ge ne ra te d t o  t u rn  o n  a n d  of f  t h e  s w i t c hi n g   devi ce  [ 2 8]  as  de pi ct e d  i n  F i gu r e   5. T h e s w i t c h   wil l  be o n   whe n  t h e  re fe re nce  si gnal  i s  gr eat e r  t h a n  the  car ri er si g n al  a n d   wi ll  be o ff wh en t h e   re f e r e n ce sign al is  l e ss   th an  the   c a r r i er sign a l .            F i gu r e   5.  P u l s e  wi dt h m o dula t ion  (P W M )       2. 3. 2.    C o mm ut a t i o n pr ob l e m  Ther e  i s   a se ri ous  p r obl em  w h e n  de al i ng  wi th  mat r i x  c o n v e r t e r ,   w h ic h i s   t h e  occ u rre n c e  of  spi k e  due   to  th e t r an sit i on s  of  swi t c h ing   du r i ng  supp ly i n g  t h e  i n du c t i v e l o a d   [ 1 4] . In   SPM C ,  th e seq u e n ce of   sw itc h i n g   sho u l d   be  i n st ant a ne ous an d s i mul t a ne ousl y ,  whi c h i m possi ble  p r ac ti ca l l y,  cause d b y  t h e  tur n   “ o n” a nd  “of f ”   tim e w i t h in the  ch ar ac te r i sti c s of  th e IG B T .   Wh en  t h e   sw itc h  t h a t  c o n t ro ll ed  th e vo l t ag e  a c r o ss  l o ad ,  sy n t h e siz e d   u s in g PWM  is t u rn e d  “on ” ,  t h e  in du c t or  is c h a r g e d and th e  ener gy  is sto r e d  in  th e  i ndu ct o r .  D u ri n g   tu rn  “ o f f ”,  th is is  w h e r e  th e  co mmu ta tion   pro b l em a r ise s   wh e n  t h e  en e r g y  sto r ed  i n  t h e  i n du ct or  is  tr a n sf e rre d   to  t h e   l o a d . T h e r e f o r e,  a saf e  co m m u t a t i o n   ne e d  t o   b e  imp l e m en t e d  i n  p r ov id ing  “w ay ” fo r th e  c u rr en t t o  f l o w   to   th e  l o a d   so   t h at  t h e  e n e r gy  sto r e d   in  th e  ind u c t o r is  a b le  to   b e   tran sf e r r e d  t o  l o a d  d u r i ng   “ o ff ”  sta t e .  Fig u r e  6   sho w s  t h e  su m m ar y  f o r t h e   o p e ra ti on  f o r  e a c h   swi t c h  dur in g  the  f o ur  q u ad ra nts  o p e r at i o n ,  sw it c h i n g S t r a t e gi es   as show n in   Ta b l e 1.       Tabl e  1.  Sw it c h i n g  S t rat e gi es   S w i t ch  Q u adr a nt  1  Qua d ra nt 2  Q u adr a nt 3  Q u a d ra nt 4  S1 a  On   O f f   PW M   O f f   S1 b  Off   On   Off   O f f  S2 a  Off   O f f  On   O f f  S2 b  Off   O f f  Off   On   S3 a  PW M   P W M   On   O f f   S3 b   On  O f f  Off  On   S4 a  On   O f f  Off   P W M   S4 b   Off  On   On  O f f          F i gu r e  6.   F o u r  qua d r ant  o p e r a t i on usi n g SP MC     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S S N :  2 088 -86 94  I n t J   P o w   El ec  &  D r i S y st ,  V o l .  11,  N o .  2,   J u ne  20 2 0  :     7 74  – 78 4   77 8 i.    Firs t  qua dra n t  (Q1)     F o r   th e op e r at io n  of  t h e   f i r s t   q u a dr an t wh ic h  i s   fo rw ard  mo tor i ng ,  bo th l o a d  v o l t a g e , V L  an d  loa d   cu rr en t ,  I L  a r e  posi t i ve . T h e   l o a d  c u r r e nt  fl o w s  o u t  of  the  s o u r ce  t o   the  in duc t o r  a n d  i n   or der  t o   ac hi ev e  t h is   co nd i tio n,  sw it c h  S1 a, S3 b,   S4 a  ar e se t  “on ”   w h i l e sw i t ch  S3 a  emp l oy s PWM   te ch n i q u e   to  c o n t ro l   th e  c h a r g i ng  a n d   di sc ha rgi ng  of  t h e  i n duc t o r.   C h a r gi ng   of  i n duct o r  d u r i n g qua dr ant   1 ope rat i o n  (S 3a  P W M  –  O n )  an d   Di scha rgi n g   O f  I n duct o r  D u ri ng   Q u a d ra nt  1  Ope r at io n ( S 3a   P W M -   Of f)  a r e show n  i n  F i g u r e   7  an d F i g u r e  8.             Fi gu re  7.  Cha r gi n g  of  i nduc t o r  du ri n g  qua d r ant   1   ope r a t i o n  ( S 3a  P W M  –  On )     Fi gu re  8.   Di sc har g in g  Of  I n d u ct o r  D u ri ng  Q u ad r a nt   1   Op er ation  ( S 3 a  PWM- Off)      ii.    Second   q u a d r a n t  (Q2)    Qua d r a nt   2  is  fo rw a r d  bra k i n g,  w h er e t h e   l o ad   wi ll  bec o me s u ppl y,   d r ive n  by   volt a ge   E  w h i c h  i s   b a t t e r y.   In th i s   q u a d r a n t , it   i s  impo ssi b l e   to   s i mu la te  a  D C  to D C  B o ost conv er te r.  Th e r e f or e ,   f o r   th is  p a r t i c u l ar  qua dr ant ,  i t   wi l l  onl y   pe r f o r m  the  o p er at i o n of  DC   C h o p p er i n  Qua d r a nt   2 .   D u r i n g  t h is q u a d ra nt,   t h e l o a d   vol t a ge  wi ll  be  posi t i v e .  As  fo r t h e  l o a d  c u rre nt,  i t s   ma g n it u d e  wi ll   be  ne ga t i ve  and  fl o w s  out  f r om  the  l o ad.  I n   a c hi evi n g  t h i s   c o n d it i o n, s w i t c h   S 3 a e m pl oys P W M te c hni que  w h ere a s  swit c h  S 1 b a nd S 4 b  a r e s e t  as  co n t inuo usl y   on .  Th e cu rr e n t t h rou g h  th e l o ad  w ill b e   dr iv en  by  a n o t h e r sup p l y ,   b a tt er y E. Wh en sw itc h  S3 a  is  of f,  t h e l o a d  di ssipa te d   i t s   e n e r g y   vi a  S1 b  an d S 4 b  t o  t h e  D C  su ppl y,   C u rr e n t  dri v e n  b y   e   t h r o ug h  loa d  d u r i ng   qua dr ant  2  o p e r a t i o n   ( S 3a  P W M –  O n )   s h o w n  in  Fi g u re  9 .  V D C   a s   de pi ct ed in  Fi g u r e  10 .           F i gu re  9.   Cu rr e n t  d r i v e n   b y  e  t h r o ug h l o ad   d u r i n g  qua d r a n t 2  o p e r at i on  (S 3a P W M –   O n )       F i g u r e   10 .  En er gy   d i ssip a t ed  to  t h e   su pp ly  dur ing   qua d r a n t  2 o p e r at ion  (S 3a P W M-  Of f)         iii.   Third quad r a n t  ( Q 3 )     Ma gni tu de  o f  bot h  l o ad   vol ta ge a n d c u r r e n t  ar e  negat i ve.  T h e  o p e r at i o n o f  t h is  q u ad ra nt i s   k n o w n  as  r e ve r s e  mot o ri ng . T h e l o a d  c u r r e nt   fl o w s b y  u s in g di ffe re nt  r out e  fr om t h e s uppl y t o   t h e l o ad .   Thi s  c o ndi ti o n   is a c h i e v e d   by se ttin g  swi t c h  S1 a to PW M  c o n t r o l  wh ere a s S2 a ,   S3 a ,  S4b  a r e  s e t as con tin uo u s ly  o n .   Wh en  S1 a  is on ,  th e  c u rr e n t   wi ll f l ow  fro m  l o a d ,   d r iv e n  by  E to  the  i n d u ct o r ; ch arg i n g   th e in du c t o r . Wh en  sw itc h  S1 a  i s  of f ,  t h e e n er gy  st o r e d   in t h e  ind u ct o r   wil l  be t r a n s f er re d  t o  t h e  l o a d ;  di schar g in g  o f  in duc t o r .  T h e   fl o w   of   cu rr en t   wh e n   swi t c h   S1 a is on and   o ff a r e   i llu st ra te d  i n   F i gu r e  11  a n d  Figu r e  12   r e sp e c ti v e l y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   Po w   Elec &  Dri Sy st   I SSN : 2 0 8 8 -8 69 4      M o del i ng  a n d  si mul a t i o n   of  DC  to  DC  b o o s t  co nve r te r us ing  sin g l e  p h a s e   m a t r i x  … (F a j aria h Ka di r)   7 79        F i gu r e   1 1 .  C h a r gi ng  o f  i n d u ct or   dur i n g   q u a d ra nt  3  ope r a t i o n  ( S 1a  P W M  –  On )     F i gu re  1 2 . D i s c har g i n g of  i n duc t o r   t o   t h e l o a d   dur in g  q u ad ra n t  3 ope r a t i o n ( S 1a  PWM -   Of f )       iv .   Fourth  qua dra n t  ( Q 4)   The f o u r t h   q u a d ra nt is  a   re ve rse  bra k i n g q u a dr a n t  whe r e  t h e l o a d  v o lt ag e   i s   ne ga ti ve  in  m a gni t u de   w h e r e a s t h e  loa d   cu rre n t  is  po si tiv e .  Th e loa d  w ill a c t   a s  su pp ly   wh ile  sup p l y  w ill   a c t   a s  lo a d . Th e   lo a d  c u rr en t  f l o w s o u t  of t h e loa d . F o r   t h i s  qu ad r a nt ,  t h e  si mula t i on  o f   DC t o  D C  Bo o s t   c o n v e r t e r   i s   impo ssibl e a n d  he nc e  w ill o n l y  si m u lat e  th e   o p e r a t i o n   o f   D C  Cho p p e r   fo r  q u a dr an t fou r . In  ach ie v i ng  th i s   co nd it io n, sw itch  S4 a  ut i l i z es PW M  t e c hni que  w h er e a s swi t c h  S 2 b  and  S 3 b a r e  se t  t o  co nt i n uo usl y  o n .  W h en  swi t c h S4a i s   o n , c u r r ent   ac r o ss th e  l o a d  w ill b e   d r iv en b y  b a t t ery  E an d   du r i n g  S4 a   is o f f ,  lo ad   d i ssip a t e d  its e n e r g y  to  th e supp ly  as  sh own  i n  F i g u re  13   a n d  Fi gure  14 .             Fi gu re  1 3 .   C u r r e n t  dri v en   b y   e thr oug h l o a d  du ri n g   qua d r a n t  4 o p e r at i on (S 4a  P W M  –  On)    F i g u r e   14 .  En er gy   d i ssip a t ed  to  t h e   su pp ly  dur ing   qua d r a n t  4 o p e r at ion  (S 4a P W M-  Of f)       2. 4.   S i mu l a ti o n   mo de l   Th e  c i r c u i t i s   m o d e l e d  a nd si mu la te d   by  u s in g  MLS .   Th e   ci rc u i t s  w e re  su pp lie d  by a   D C   v o l t a g e   so ur ce   w i t h  a m p lit u d e  of  20V ; th e  lo ad  i s   a  p u r e   resist iv e  lo a d ,  R  w h ich i s  2 0   Ω ;   boost   ind u c t o r  o f  3 m H.   LC   fi lte r  is imp l eme n ted  in th e  c i r c u i t as to r e d u c e  o u t p u t  vo lta g e   ri pp le ;  L=3 m H ,  C = 5nF .  F o r   op er a t i o n for   Qua d rant   2, 3 a nd 4,  DC  su pp l y , E  r e p r e s e n t ba c k  em f o f  D C  m o to r  o f   5 V .  Al l  of  t h e  p a r a met e r s   use d  i n  t h e   si mula ti on  m o del  i s   su mma r i zed  as  i n  Ta bl e   2 .  T h e  si mul a t i on  m odel  o f   P W M s w i t c hi n g  co nt r o l  i s   as  de pi ct ed  i n  Fi gu re  1 5 .  I t  i s   obt ai ned   by   c o mpa r i n g   a   t r i a n gul ar  w a ve  ca r r i e r   si g n al   and  a  co nst a nt  DC   ref e re nce  s i gnal .   F i g u r e   16 ,  17,   1 8  an d  1 9   s h o w s the   si mul a ti on  model   fo r  Qua d r a nt  1,  2,  3 a n d  4 re s p ect i v el y usi n g M L S .  T h e  swi t c hi n g   st rat e gie s  ar e   di ff e r e n t f o r  ea ch   q u a dra n t ,   de pe nd i ng o n  i t s  ope r a t i on r e q u i r e d   out put .       Tabl e  2. P a r a m e t e rs u s ed   f o r   s i mula ti on   C o m ponent  V a l u e  Suppl y  vol ta ge ,  V in  20  V   Boost   i nduct o r ,  L  4 m H   O u tput r e sist or,  R   20  Ω   Ba tte ry, E  5  V    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S S N :  2 088 -86 94  I n t J   P o w   El ec  &  D r i S y st ,  V o l .  11,  N o .  2,   J u ne  20 2 0  :     7 74  – 78 4   78 0     Fig u r e  15 . PWM  c o n t r o l  m odel            F i g u r e   16.  S i mul a t i on mo del  usi n g ML S f o r  DC   t o   D C  boo st co nver t e r   u s i n g   S P M C  ( Q u a dr a n t   1 )     F i gu re  1 7 .  S i m u l a t i o n  mode l  usi ng  ML S f o r  DC  con v e r t e r  usi n g S P MC  ( Q ua dra n t   2)               F i g u r e   18.  S i mul a t i on mo del  usi n g ML S f o r  DC   t o   DC   b o o st   c o n v e rt er usin g SP M C   ( Q uad r a n t 3)     F i gu re  1 9 .  S i m u l a t i o n  mode l  usi ng  ML S f o r  DC  con v e r t e r  usi n g S P MC  ( Q ua dra n t   4)       3.   R E SU LTS AN D ANA LY SIS   S i mu l a ti on  o f   t h e  mod e l w a s d o n e   by  u s i n g M L S. Fi gu re  20   t o  Fig u r e  27 sh ow e d   t h e  re su l t s  of   ou t p u t   vol t a ge  an d ou t put   cu r r e nt   f o r   ea ch  qu a d ra nt  w i t h   s w i t c hi n g   fr e que nc y, f s  of 2 5  k H z a nd dut y  c y c l e ,  m a  of  0. 5.   Tab l e  3  sh o w s   th e  summar y  of  th e  v a lu e ou tp u t  vo lt ag e  c u rre n t  fo r e v ery q u a dr an t at  th is co nd i tio n.  From Tab l e  3,   t h e re s u l t s   o b t a i n ed f o r  out put  vol ta ge  a n d out put   c u r r ent  fo r   ea ch q u ad r a nt,   f o l l o wed  t h e b a sic  fo u r  qua d r a n t   ope rat i o n  a s   s h ow n i n  F i g u re   3.  As  f o r   t h e   o p e r at i o n o f  D C  t o  D C  B o ost   Con v e r t e r  usi ng S P MC   t o p o l o g y   i n   Qua d rant   1  a n d  Qua d ra nt  3,   the  m o del  si m u la te d usi n g  M L S  ar e  a b le  t o   b oost  i t s  i n p u t  v o lt a g e  a b o u t  2  t i m e s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t  J Po w El ec   &  Dr i  S y st  IS SN:  208 8-8 6 9 4       Mo del i n g   a n d  si mul a t i on  of  DC t o   DC  b o o s t   co nv ert e r us i ng si n g le   p h a s e  m a tri x  …   (F a j aria h Ka di r)  7 81        F i gu re  2 0 . O u t put  v o l t a g e fo r qua d r ant  1,    Vin   = 20 V,   Vmean  = 35 .1V    Fi gu re  2 1 .  O u t put c u rre n t   for  qua d r ant  1,    Io ut   =  1.7 5 5  A             F i gu re  2 2 . O u t put  v o l t a g e fo r qua d r ant  2,    Vi n   = 2 0 V ,  Vo ut   =   2.36 3 V       Fi gu re  2 3 .  O u t put c u rre n t   for  qua d r ant  2,    I o u t  =  - 0 .118 1A          F i gu re  2 4 . O u t put  v o l t a g e fo r qua d r ant  3,    Vi n =  2 0 V ,  V m e a n =  - 3 8V     Fi gu re  2 5 .  O u t put c u rre n t   for  qua d r ant  3,    Io ut  =  -1 .9 A             F i gu re  2 6 . O u t put  v o l t a g e fo r qua d r ant  4,    Vi n  = 20V ,   Vou t  =   - 2 . 363 V    Fi gu re  2 7 .  O u t put c u rre n t   for  qua d r ant  4,    Io u t  =  0. 118 1A    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I SSN : 2 088 -86 94  Int   J  P o w  Ele c   & D r i   S y st, V o l .  1 1 ,  N o .  2, Ju ne  20 2 0   :   7 7 4  –  784   78 2 Tabl e  3.  V out  and  I out  for eac h  qua d r ant   at   f s  = 25 kH z ,   ma  =  0 . 5    V ou t  (V )   I ou t   (A )  Q u adr a nt  1  35. 1   1. 755  Q u adr a nt  2  2. 363   -0. 1181   Q u adr a nt  3  - 38  -1. 9   Q u adr a nt  4  - 2 . 363  0. 118 1       3.1.  V a ry i n g  sw itchi n g fr eq uen c y ,  f s   To a n a l yz e  t h e  perfo rma n ce  of DC   t o  DC   B o ost Co n v e r t e r  usin g S P M C ,  t h e swi t chi n g  f r eque nc y  a r e   v a ri e d  fo r  f i v e  se ts of   v a l u e   w h ich   a r e  5kHz ,  10k H z , 15kH z ,   25 kH z  a n d  50k Hz . Th e   d u t y  c y c l e ,  m a  is k e p t   con s t a nt  at   0.5.  Fi gu re   28 a n d  Fi gu re  29 s h o w s t h e  w a vef o rm  o f  o u t p ut  v o l ta ge fo r DC  t o  DC  B o ost  Co n v ert e r  usin g  S M PC   i n   Q u a d ra nt  1 at  swi t c hi n g  fr eq uenc y  o f  5 k Hz  a nd  50 k H z acc ordi ngl y .   T h e   dut y c y cl e  ma   i s   ke pt   c o nsta n t  a t   0 . 5.   Fr om Fig u re   2 8  and  Fig u re 29 , it   i s  ob se rv e d  th a t  as swit ch i n g  fr e q u e n c y is in cr ea sed ,  t h e   w a v e fo r m  of   ou t p u t  vo lta g e   be co m e  smo o t he r.   W i t h   i n c r e a se  o f  sw itch i n g   f r e qu e n cy , it  w ill   r e su lt in   de cr ea se   of  v o l t a g e ri pp l e  at  t h e o u t p ut si nce  the  c h a r gi n g  a nd  di sc h a rgi ng t i m e s   o f  the  i n d u ct o r   be co me si gni fi ca nt ly   sh or te r w i t h  a n   in cr e a s e   in  switc h in g  fr equ e ncy .     3.2.  Vary i n g   duty   c y cl e,  m a     Tabl e  4 s u m m a r i zed   t h e  va lue  o f   out put   volt a ge ,  Vo ut  obta i ne d t h ro u g h  si mula ti o n   of  DC  t o  D C   Boost   C o nve rt e r  usin g SP M C   t o p o lo g y   i n  Qua d rant  1  a n d  Qu a d rant   3.  It  is  obse r ve d   t h at  as t h e  d u ty  cyc l e  is   i n cre a se d,  the   out pu t  v o l t a ge  is a l so i n crease d   fo r  b o t h   q u ad rant s.  U s i n g t h e  for m ul a  f o r a v e r a g e   o u t put   vol t a g e   o f   Boo s t  Conve rt er   as sh own   i n  (1 ), w i t h  an   i n c r ea se o f   t h e  d u t y   cy cl e,  th e a v e r ag e   ou t p u t  v o l t a g e   wi ll  inc r ea se  to o .   A s  th e  d u t y  cy cl e  is i n c r e a se d, th e t i me  fo r t h e   s w i t ch   syn t h e si zed b y  PWM  to on   w ill  a l so   i n cre a s e ,  re sul t i ng  i n  l onge r  c h argi ng t i me.  T h ere f o r e ,   the  ene r g y  st o r ed  i n  t h e i n d u c t o r  wi ll  i n crea se .  H o weve r,  it  i s  not   appl i cabl e  to  Qua d ra nt  3 o p erat i on  beca use of   i t s re v e rse  m o t o ri n g   pro p ert y ;   t h e  o u tp ut   v o l t a ge  wi ll     re ma in  co ns t a n t .            Fi gu re  2 8 .  Wa ve form of   o u t p ut v o lt age  for   b oost   c o n v e r t e r usi ng S P M C  in  q u a d ra nt  1,  vme a n   =   34 .5 6 V  at  5k H z     F i gure  29. Wa vef o rm of o u tp ut   v o l t a ge  for b oost   con v e r t e r  usi n g S P M C   i n  q u a d ra nt  1, vmea n   =   3 4 . 33V  a t  5 0kH z       Tabl e  4 .  A v e r a g e  out put  v o l t a g e fo r qua d r ant   1 a n d qua d r an t   3  wi th  respe c t   t o   ma       4.   CO NCL U S I O N   Th e  me tho d   i n  mod e lli n g  an d simu la tin g  t h e  D C  to   D C  Boo s t   Con v e rt er  u s ing   S P M C  to po l ogy b y   usin g  MA TL A B / S imul ink  (M LS) has  bee n   o u tl i n ed.   F o r   Q u a d ra nt  2 a n d   Q u a d ra nt  4,  a  m odel  o f  DC   C h op pe r  fo r t h e  res p ec ti ve  qua dra n t s   h a d  bee n  prese n t e d. T h e  si mul a t i on  res u l t s achi e ve   goo d a g ree m e n t  w i t h  t h e  t h eo ry   of  fo u r  q u a d ra nt  o p erat io n.   F o r  DC  t o   DC  B oost  C o n v e r te r  usi n g S P M C  t o pol og y, t h ro ug h t h e  sim u l a t i o n , t h e   re sul t s  sho w e d   tha t  the  mode l i m ple m e n te d a b l e  t o  bo ost i t  in put   vol ta g e  for  abo u t t w o t i m e s  la rge r  at  swit c h in g  Du t y  cy c l e,  m a   Ave r a g e output   vo l t age ,  V mea n  (V)  Q u a d ra nt 1  Qua d ra nt 3  0. 5 35. 1   - 38  0. 6 43. 29   - 38  0. 7 56. 17   - 38  0. 8 78. 39   - 38  0. 9 111. 1   - 38  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t  J Po w El ec   &  Dr i  S y st  IS SN:  208 8-8 6 9 4       Mo del i n g   a n d  si mul a t i on  of  DC t o   DC  b o o s t   co nv ert e r us i ng si n g le   p h a s e  m a tri x  …   (F a j aria h Ka di r)  7 83  fre que nc y o f  2 5 k H z.  Ot he r  p a ra me te rs  ha d b e en va ri ed t o  st ud y  on  it s effec t   to  the  out put   vol t a ge . T h e se le ct ed  simul a t i on re s u lt s sh o w e d   t h at  DC t o  D C   Boost  C o n v e r te r u s i n g S P M C  top o l o g y   c a n   be im pl eme n t e d  fo r  pra c t i c a l  use.  DC t o  DC  B o ost  C onve rt er  i s  wi del y   be e n   use d  i n  p o w e r  e l e c t r oni c a ppl i a nc es suc h  a s   po we r  sup p li es et c.       A C KNOW LE D G E M EN TS  Th is re sea r c h   is sup p o r ted   by  t h e F und a m en ta l R e se a r c h   G r a n t  Sch e me  ( F RG S)  (F RG S / 1/2 0 1 7 / TK0 4 /U IT M/03/ 13 )  from   t h e Mi ni st ry   o f  E duca t i o n Ma la ysi a   (M OE ).       RE FERE NC E S     [1]  R.   W .  E r icks on,  “D C-DC Power  Converte rs ,” i n   Wi le y   En cy c l oped i a  of Ele c t ric a l an d  Ele c tro n i c s En gi nee r i n g , 200 7.   [2 ]  W .   I. Ham e e d , B.   A.   Sa wa d i ,  a nd A. Mua y e d ,  “ V ol ta ge   Trac k i n g   Co n t ro l of  DC-  DC Bo ost Con v e r te r Usi ng  F u z z y   Neu r a l  N e tw ork, ”  In tern atio na l  J o urn a l o f   Power  Elec tr on ics   an d  D r ive  S y s t em s  (IJPED S ) ,  v o l. 9 ,  no .  4,  p p . 16 57 - 16 65 , 20 18 .   [3 ]  S.  Z.  M.  No or,   N.  F.   A.   Ra hm an ,   a n d M. K.  Ham z a h ,  “ S im ul ation  of DC   t o  DC  c o n v e r te r usin g  sin g l e  ph a s e   m a trix   con v erter  to po lo gy ,”   ISIEA  20 10 – 2 0 1 0   IEEE  S y mp osiu m on  In d u stria l  El ec tron ic s a n d  A p plic a t io ns (IS IEA ) , pp .  1 4 9 – 1 5 4 ,  20 10.   pp . 1 4 9 – 1 5 4 ,  2010 .  [ 4 ]   P .   W .  W h e e l e r ,  J .  R o d r í g u e z ,   J .  C .  C l a r e ,  L .  E m p r ingh am , an d  A .  Wein stein ,  “ M atrix co nv e r te rs: A  tech nolog y   review,”  IEEE T r an sac t io ns on   in du st ri al  ele c t r on ic s ,  vo l.  4 9 ,  no .  2 ,  pp .  2 7 6 –28 8,   20 02.   [5]  L .  Gyugyi  and B .   R .  Pell y,  “Static  P o wer Ch arger s ,  Th eo ry,  P e rfo r m anc e  an d App lica t ion, ”  Jo hn   Wiley   &  So n Inc ,   19 76 .   [6]  S.  Chawda,  D .   Ahirrao, B. Gaware ,   P .  K a k a d e , and   P .  Kh a r a d e, “An a lys i s   o f   S i ng le  Ph ase   M a trix  Co nv erte r,”  Internat ional  Jour nal   of  E n gineering Research  and A p p l icati ons www. i j er a.com ISSN ,  vo l.  4 ,  no .  1 ,  pp .  85 6– 86 1 ,   20 14 .   [ 7 ]   M .  V e n t u r i n i ,  “ N e w  S i n e  W a v e  i n ,  S i n e  W a v e  O u t   Conv ersi on  Te chniqu e  Elim in ates Re ac tive  El em e n ts .,”   Pr oceed ing s  Po wer c on  7 ,  pp  E3 _ 1 -E3_ 15,   19 80 .   [8] D.   Boroj e vi ć , “ S p ace Ve ctor M o du lated  Thr ee- P h as e to  Thr ee- P h as e M a trix C o nv erter  w i th In pu t  Po wer  Facto r   Correction, ”  IEEE   t r a n s a c ti on s on i n d u stry  ap pli c at io ns ,  1 9 95.  [9]  F.  A b rahams en et al . ,   “L ist  of  Contri bu tors, ”  i n  C o nt rol   in  P o wer Ele c troni cs,   20 0 2 .   [10 ]   S .  Kw ak, “Ind ir ect m a trix  co nv e r ter  d r iv es  for u n i t y  d i sp lac e m e nt   f a ct or  and   m i ni mum  sw itch i n g  lo ss es,”   E l ec tr ic   Power Syst ems  Research ,  20 07 .   [11]  A.  Roth-D ebl on,   “Combined   DC and AC   int e grati o n   of  ener gy s o urces  in  hybri d  3-phas e off-gri d systems,”  Con f er e n c e  Re c o rd  of th e 2 006  I E EE  4th  W o rld  Confer en c e  on  Ph otovolta ic  Ener gy Co nvers i o n ,   WCPEC-4,  vo l. 2 ,   no . 1 ,  p p .  2 4 3 1 – 243 3,  20 07 .   [12]  A. M. Nori and  T. K. Has s an, “ M od eling   and  s i mulation  o f  qu as i-Z-s ource   in dire ct m a tr ix  con v e r t er  for   perm anen t  m a g n et  syn c hron ou s m o to r d r iv e, ”   In t e rn at io n a l   J o u r n a l  o f  P o we r E l ec t r o n i c s and Driv e  Sy st e m s  (IJ P E DS) , v o l.  1 0 ,  no . 2 ,  p p .  8 8 2 – 8 99,  20 19 .   [13]  R. Ghoni ,  A. N.  Abdalla ,  S .  P .  Koh ,  H .  F .  Rasha g ,  and  R. R a z a li,   “Is s u e s  of  matrix   co nv e r t e rs:   Te chnic a l rev i ew,”   In te rna t io na l J ourna l  of Ph ysica l  Sc ienc es ,  vo l.   6 ,  n o .   15 , pp . 3 6 2 8–3 64 0,  20 11 .   [14 ]   R. Bah a ro m   an d M .  K.  Ha mza h , “A   n e w s i ng le-p has e   co ntro l l ed re ct ifier  u s i ng s i n g le-phas e  m a tr ix  conv erter  t o pol o gy i n corporat ing  active  p o wer filter,” in  Pro ceed ings  o f   IEEE  Int e rna t io n a l  Ele c tr ic M a chines  an d   Driv e s  Con f er e n c e ,  IE MDC  200 7 , 2 007 .   [15 ]   M .   F.  M o hd  Zin,  R.   Baharo m,   an d  I.  M o hd  Y a ssin,  “D eve l o p m e n t   of  boo st  inv e rter   using  s i n g l e  p h ase   ma trix   c o nv e r te r t o p o l ogy , ”  In t e rn atio nal  J o u r n a l  of E ngi ne e r in g &   Tech n o l o g y ,  v o l .  7 ,   no .   4,  pp. 2 4 1 –24 5,  20 18.  [16 ]   A. Zucke r b e rger , D. Weins t o c k ,   and   A .   A l ex andr o v itz ,  “S in gl e-p h as e  ma trix   co n v erter , ”  I E E Pr o ceed ing s -Ele ctr i c   P o wer App l ic a t i o ns,   200 2.   [17 ]   S .  H.  Hos s eini  an d E.  Bab a e i ,  “ A  new  gen e ra liz e d d i r e c t  matr ix   conv erter, ”  in  IE EE Int e rn a t i onal  S y mp osiu m o n   Ind u s t rial E l ec tr on ics , 20 01 .   [1 8]  A.  Kh oe i  a n d S. Yu va ra ja n ,   “ S in gl e - Pha s e  AC-AC Co nv e r te rs  Usi n g  Po we r  M o sfe t ’s, ”   IE EE  Tran sa c t i o n s   on   Ind u s t rial E l ec tr on ics ,  v o l .  3 5 , no.  3 ,  pp.   4 4 2 – 443,  19 8 8 .  [1 9]  M.  Voro by ov ,   “Ov e rv ie w of Si n g le  Ph a s e   M a tri x  Co nv e r te r Ap pl ic a tio n , ”  P ubl ic ati o n   of   Doc t oral  Sc h o o l  o f  E n e r g y   an d G e ote c hno lo gy ,   v o l. 3, pp .  20 1– 20 7,  20 1 1 .  [20 ]   K.  Vijay a kuma r ,  R. S .   Raj,  and  S .  K a nn a n , “R e a lization  o f  M a trix co nv erter  as  revo lu tioni zed  pow er el ec t r on ic   c o nv e r te r e m p l o y in g  si nu so id a l   pul se  wi dt h  m o dula t io n,”  i n   20 13  IEEE In tern ation a l Con f er en ce o n  Com p u t atio na l  Intell ig e n ce  an d  Co mp utin g R e se ar ch,  IEEE  ICCI C 20 13 ,  20 13.  [2 1]  R.  Ku m a r,  S.   Sr iv a s t a va,  S.  P.   Sin g h ,  a n d N.   Si n g h ,   “ S i m ula tio n of m a tri x   c o nve rte r  ba se d DC-DC  c o n v e r te r,”   20 1 3   Stud ents Co n f er ence  o n   Eng i n e er in g a n d  Sys t em s,  SCES  20 13 ,  p p .   1 3 4 – 1 3 8 ,  2 013.  [2 2]  R.  M.  Anu s uy a  a n d   R.  Sa ra v a n a k u m a r,  “ M o d e l ing   a n d  Si m u l a tio n  of  a Si ng le P h a s e  Mat r ix  C onve rt e r  wi th Re duc e   S w itch  Cou n t  as  a Bu ck  /  Boo s t  Recti f ier  w i th  Cl ose  Lo op  Con t ro l,”   Speci a l Is sue  of IJC E T , pp .  93 –9 9, 20 15 .   [2 3]  M.  Q. I. M.  Za ma ni ,  R.  Ba ha ro m, a n d D. Jo ha ri ,   “Con c e p tu al stud y on  grid-to-v e h i cle (G2 V ) wir e le ss  po wer tra n sfer   us in g s i n g le-pha s e  matr ix co nv erter, ”  Inte rna t i onal  J o u r n a l  o f  Powe r  E l ec t r on ic s an d Dri v e  Sy stems  (IJ P E D S ) , vo l .   10 , n o .   3 ,  p p .   13 82– 13 88 , 2 019 .   [24]  J. G.  Kass aki a n,  M. F. Sch l ech t,  an d G .  C. V e rgh e se, P r in cip l es   o f  po wer electron i cs ,  Gr ap his, 200 0.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.