I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6 ,   p p .   880 ~ 891   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 7 . i3 . p p 8 8 0 - 891          880       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   A Nov el P o w er F a ctor Correc tion  M o dified  Bridg Les s - CU K   Co nv erte for LE D La m p  Appl ica t io ns        Sa ra v a na n   D 1 G o pin a t h   M 2   1   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   S t.   P e ter’s   Un iv e rsit y ,   Ch e n n a i,   T a m il n a d u ,   In d ia   2   De p a rm e n o f   EE E,   Dr.N. G . P .   I n stit u te  o f   T e c h n o lo g y ,   Co im b a to re ,   T a m il n a d u ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   Mar   30 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Ma y   1 ,   2 0 1 6       In   re c e n d e c a d e s,  se v e ra re se a rc h   w o rk h a v e   b e e n   f o c u se d   o n   th e   e ff i c ien P o w e F a c to Co rre c ti o n   (P F C)  c o n v e rter  d e sig n   in   to   m e e th e   p o w e r   su p p ly   e ff ici e n c y .   Co n v e n ti o n a P F c u k   c o n v e rter  w id e l y   u se th e   fu ll   b ri d g e   re c ti f ier  w h ich   h a d   re su lt e d   i n   o v e ra ll   in c re a se   o f   c o n v e rter  lo ss e   a n d   i n e f f i c ien c y .   T h is  p a p e is  i n ten d e d   t o   d e v e lo p   a   n o v e P F C   Brid g e les c u k   c o n v e rter  f o L ED  la m p   a p p li c a ti o n s.  In   t h is  w o rk ,   th e   li m it a ti o n o f   th e   c o n v e n ti o n a P F C   Cu k   c o n v e rter  a re   re so lv e d .   T h e   m a jo c o n tri b u t io n s o f   th e   p ro p o se d   w o rk   in c lu d e   t h e   m in i m iza ti o n   in   th e   n u m b e o f   c o n d u c ti o n   d e v ice a n d   m in im iz a ti o n   o f   th e   p o w e u ti li ty   d e v ice s   w h ich   in   tu r n   r e su lt e d   in   m in i m a lo ss e a n d   b e tt e e f f ic ien c y .   M o re o v e r,   th e   p r o p o se d   c o n v e rter  w o rk in   DCM  w h ich   re q u ires   o n ly   o n e   v o lt a g e   se n so w h ich   re su lt in   re d u c e d   c o st.  T h e   p r o p o se d   M o d if ied   BL   Cu k   c o n v e rter  (M BL - CUK f o r   L ED  la m p   is  si m u late d   in   M AT LA a n d   th e   c o rre sp o n d i n g   re su lt sh o w   th e   b e tt e p o w e q u a li ty   in d ice su c h   a p o we f a c to a n d   T o tal  Ha r m o n ic  Disto rti o n .   K ey w o r d :   Mo d if ied   B L   cu k   co n v er ter   ( MB L - C UK)   P FC   b r id g eless   c u k   co n v er ter   P o w er   u tili t y   d ev ice s   P o w er   f ac to r   co r r ec tio n   ( P F C )   co n v er ter     Co p y rig h ©   201 6   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sar av an a n   D   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,     St.P eter s   Un iv er s it y ,   C h e n n ai ,   T am iln ad u ,   I n d ia .   E m ail: sar a v a n an d r s 1 6 @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h u s a g o f   L i g h E m itti n g   Dio d e   ( L E D)   la m p   in   h o u s eh o ld   an d   in d u s tr ial  ap p lian ce s   is   f in d i n g   m an if o ld   i n cr ea s e   i n   it s   ap p l icatio n   d u to   it s   f ea t u r es  li k b ei n g   E n er g y   ef f ic ien t   ( en er g y   e f f icie n c y   o f     80% - 9 0 in   co m p ar i s o n   w i th   ag e - o ld   li g h ti n g   tech n iq u e s   a n d   tr ad itio n al  li g h b u lb s ) ,   L o n g   L i f et i m ( T h is   o f f er s   1 1   y ea r s   o f   co n t in u o u s   o p er atio n ,   o r   2 2   y ea r s   o f   5 0 o p er atio n ) ,   en v ir o n m e n f r ien d ly   ( L E D s   h av n o   m er cu r y   o r   o th er   s u b s ta n ce s   t h at  ar h az ar d o u s ) ,   R u g g ed   ( I is   m ad o f   s o lid   m ater ia w it h   n o   f ila m e n o r   tu b o r   b u lb   th at   b r ea k s ) ,   I n s tan t   L i g h t in g   ( L E D   li g h t s   b r ig h te n   u p   i m m ed iatel y   a f ter   p o w er i n g   o n ,   t h at   r en d er s   h u g b en e f it s   f o r   in f r astru ct u r p r o j ec ts   lik e. g .   tr af f ic  an d   s i g n al   li g h ts ) ,   B ei n g   Op er atio n al  i n   E x tr e m el y   C o ld   o r   Ho T em p er atu r es,  an d   L o w   o p er atin g   V o ltag ( A   lo w - v o lta g d p o w er   s u p p l y   i s   e n o u g h   f o r   L E ill u m i n atio n   e. g .   6 V,   1 2 etc. )   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   A   L E la m p   P o w er   s u p p lies   w it h   ac ti v p o w er   f ac to r   co r r ec tio n   ( P FC )   tech n iq u e s   ar r eq u ir ed   f o r   s atis f y in g   h ar m o n ic  r eg u lat io n s   a n d   s ta n d ar d s ,   lik th I E C   6 1 0 0 0 - 3 - 2 .   T h tr ad itio n al  s ch e m o f   L E D   la m p   p o w er   s u p p lies   t h at  is   f e d   b y   d io d b r id g r ec ti f ier   ( DB R )   an d   h i g h   v alu e   o f   f ilt er   ca p ac ito r   tak es  a   n o n - s i n u s o id al  cu r r e n t,  f r o m   ac   m ai n s   t h at  is   r ic h   i n   h ar m o n ic s   i n   s u ch   w a y   t h at  t h T o tal  Har m o n ic   Dis to r tio n   ( T HD)   o f   s u p p l y   c u r r en i s   a s   h ig h ,   r es u lt in g   i n   p o o r   p o w er   f ac to r   th a i s   as   lo w   as  0 . 8 .   T h ese   k in d s   o f   p o w er   q u alit y   in d ic es  ca n n o ad h er w it h   th i n t er n atio n al  p o w er   q u ali t y   s tan d ar d s   lik th I E C   6 1 0 0 0 - 3 - 2   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T h er ef o r e,   s in g le - p h a s ef f icie n P F C   co n v er ter s   ar n ec es s ar y   f o r   attai n in g   u n it y   p o w er   f ac to r   at  ac   m ai n s   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   880     8 9 1   881   I n   o r d er   to   in cr ea s th p o w er   s u p p l y   ef f icie n c y ,   s i g n i f ican r esear ch   ef f o r ts   h a v b ee n   ai m ed   to w ar d s   th d esi g n   o f   b r id g e less   P FC   co n v er ter   cir cu it s ,   w h er th n u m b er   o f   s e m ico n d u cto r s   p r o d u cin g   lo s s es  i s   m i n i m ized   b y   e s s e n ti all y   r e m o v i n g   t h f u ll   b r id g i n p u d io d r ec tifie r .   I n   t h r ec en ti m e s ,   m u lt ip le  b r id g eless   P FC   r ec tif ier s   h av e   b ee n   p r o p o s ed   f o r   th p u r p o s o f   im p r o v i n g   th r ec tif ier   p o w er   d en s i t y   an d /o r   m i n i m ize  n o is e   e m is s io n s   t h r o u g h   s o f t - s w itch in g   tech n iq u e s   [ 7 ] - [ 1 2 ] .   Ma n y   o f   t h b r id g eless   P F C   r ec ti f ier s   u s b o o s co n v er ter   at  th eir   f r o n en d .   B u t,  th b r id g eles s   b o o s r ec tif ier   [ 1 3 ] - [ 1 6 ]   h as  th s a m cr itical   p r ac tical  s etb ac k s   j u s as  th tr ad itio n al  b o o s t   co n v er ter   li k th d o u tp u v o lta g i s   h i g h er   t h a n   t h p ea k   in p u v o ltag e,   ab s e n ce   o f   g a l v an ic  i s o latio n ,   a n d   h i g h   s tar t - u p   in r u s h   c u r r en t s .   Hen ce ,   f o r   th ap p licatio n s   in v o l v i n g   lo w - o u tp u v o lta g e,   as  in   telec o m m u n icatio n   o r   c o m p u ter   f ield ,   a n   e x tr co n v e r ter   o r   an   i s o latio n   tr an s f o r m er   is   n ec es s ar y   f o r   s tep p in g - d o w n   th v o lta g e.   I n   an   ef f o r to   g et  o v er   th ese  d is ad v an ta g es,  d if f er e n b r id g eless   to p o lo g ies,  th at  ar ap p r o p r iate  f o r   s tep - u p /s tep - d o w n   ap p licatio n s   h a v b ee n   n e w l y   i n tr o d u ce d   r ec en tl y   in   [ 1 7 ] - [ 2 0 ] .   B u t,  th to p o lo g y   p r o p o s ed   in   [ 1 7 ]   is   s till   af f ec ted   b y   t h f ac o f   h a v i n g   th r ee   s e m ico n d u cto r s   in   t h cu r r en co n d u cti o n   p ath   d u r in g   ea c s w itc h in g   c y cle.   I n   [ 1 8 ] - [ 2 0 ] ,   b r id g eless   P FC   r ec tif ier   w h ic h   i s   b ased   o n   th s in g le  e n d ed     p r im ar y - in d u cta n ce   co n v er ter   ( SEP I C )   to p o lo g y   is   i n tr o d u ce d .   J u s as   t h b o o s co n v er ter ,   t h SEP I C   co n v er ter   h a s   t h d r a w b ac k   o f   d is co n t in u o u s   o u tp u c u r r en t   lead in g   to   co m p ar ativ e l y   h i g h   o u tp u r ip p le.   T h C UK  co n v er ter   y ield s   m a n y   b en e f its   i n   P FC   ap p licatio n s ,   lik th ea s y   i m p le m en ta tio n   o f   tr an s f o r m er   is o latio n ,   n at u r al  p r o tectio n   ag ain s i n r u s h   cu r r en th at  o cc u r s   at   s tar t - u p   o r   o v er lo ad   cu r r en t,  lo w er   in p u c u r r en r ip p le,   an d   less   elec tr o m a g n e tic  in ter f er e n ce   ( E MI )   r elate d   to   th d is co n t in u o u s   co n d u ctio n   m o d ( D C M)   to p o lo g y   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] .   C h o ice  o f   o p er atin g   m o d o f   th e   P FC   co n v er ter   is   a   k in d   o f   co m p r o m is e   b et w ee n   t h e   p er m itted   s tr ess e s   o n   P FC   s w itc h   a n d   e x p en d it u r o f   th e   o v er all  s y s te m .   A   P F C   co n v er ter   i s   d esi g n ed   to   o p er ate  in   t h t w o   d i f f er en t   m o d es   o f   o p er atio n   s u c h   as   C o n ti n u o u s   co n d u c tio n   m o d ( C C M)   a n d   d is co n t in u o u s   co n d u c tio n   m o d e   ( DC M)   o f   o p er atio n   [ 2 3 - 2 4 ] .   v o lta g f o llo w er   ap p r o ac h   is   o n e   a m o n g   t h co n tr o l   tech n iq u e s   u til ized   f o r   P FC   co n v er ter   t h at  o p er ates  in   t h D C [ 2 5 ] .   T h is   v o ltag f o llo w er   tec h n iq u n ee d s   s in g le  v o ltag e   s en s o r   f o r   r eg u lati n g   th d c - li n k   v o lta g w it h   n ea r   u n it y   P F a t a m ai n s .   He n ce ,   v o lta g f o llo w er   co n tr o l h as   an   ed g o v er   cu r r en m u lti p lier   co n tr o o f   n ee d in g   s i n g le  v o lta g s en s o r .   T h is   r en d er s   th co n tr o o f   v o ltag f o llo w er   s i m p ler   m ea n s   to   attain   P FC   an d   o u tp u v o ltag co n tr o l,  th o u g h   at  th ex p en s o f   lar g e   s tr ess   o n   P F C   co n v er ter   s w itc h .   O n   t h co n tr ar y ,   t h c u r r en m u ltip lier   ap p r o ac h   y ield s   l o w   s tr ess e s   o n   t h e   P FC   s w itc h ,   b u s till   t h r ee   s e n s o r s   f o r   P FC   an d   o u tp u v o l tag co n tr o [ 5 ] ,   [ 6 ]   ar n ec ess ar y .   B ased   o n   th e   d esig n   p ar a m eter s ,   eit h er   o f   th ap p r o ac h   m a y   u r g t h co n v er ter   to   eith er   o p er ate  in   th DC o r   C C M.   T h m ai n   o b j ec tiv o f   th is   p ap er   is   to   d ev elo p   n o v el  P FC   B r id g eless   cu k   co n v er ter   f o r   L E la m p   a p p licatio n s .   T h m aj o r   co n tr ib u tio n s   o f   th p r o p o s ed   w o r k   in cl u d th m i n i m izatio n   in   th n u m b er   o f   co n d u ctio n   d ev ice s   a n d   m in i m izatio n   o f   t h p o w er   u ti lit y   d ev ices  w h ic h   i n   tu r n   r es u lte d   in   m i n i m al  lo s s e s   an d   b etter   ef f ic ien c y .       2.   CO NVEN T I O NA L   AND  P R O P O SE D   P F SCH E M E   O F   CUK   CO NVER T E F O R   L E L AM P   AP P L I CA T I O N S   T h tr ad itio n al  P FC   C u k   co n v er ter - b ased   L E la m p   d r iv e r   th at  u s e s   c u r r en m u ltip lie r   ap p r o ac h   illu s tr ated   in   Fi g u r 1 .   I co n s is ts   o f   f r o n e n d   Dio d B r id g R ec ti f ier   ( DB R ) ,   DC   f i lter ,   an d   P FC   b ased   cu k   co n v er ter .   T h tr ad itio n al  P F C   C u k   co n v er ter   o p er ates  i n   th C C M   ap p l y i n g   c u r r en m u ltip lier   ap p r o ac h   i.e . ,   th c u r r en t   f lo w in g   i n   th e   in p u t   an d   o u tp u t   i n d u cto r s   ( L 1   an d   L o ) ,   an d   th e   v o lta g ac r o s s   t h in ter m ed iate  ca p ac ito r   ( C 1 )   s ta y   co n tin u o u s   in   a   s w itch in g   p er io d .   B u it  n ee d s   t h s e n s in g   o f   t w o   v o lta g es  ( o u tp u v o lta g e   an d   s u p p l y   v o lta g e)   an d   in p u t sid cu r r en f o r   P FC   o p er atio n ,   w h ich   i s   n o t o f   ec o n o m ic  co s t   [ 2 6 ] .   Fu r t h er m o r e,   tr ad itio n al   P FC   s c h e m h as  lo w er   e f f icie n c y   b ec au s o f   co n s id er ab le   lo s s es  i n   t h e   f r o n e n d   d io d b r id g r ec tif i er .   A   tr ad itio n a P FC   C u k   co n v er ter   i s   i n d icate d   in   Fi g u r e   1 th c u r r en f lo w s   th r o u g h   t w o   r ec tifie r   b r id g d io d es  an d   th p o w er   s w i tch   ( Q)   d u r in g   t h s w i tch   ON - ti m e,   an d   t h o u tp u t   d io d ( D0 )   co n d u cts  o n l y   d u r in g   t h s w itc h   OF F - ti m e.   T h er ef o r e,   d u r in g   ea c h   s w itch in g   c y cle,   t h c u r r en t   f lo w s   t h r o u g h   t h r ee   o f   th p o w er   s e m ico n d u cto r   d ev ices.   C o n s eq u e n tl y ,   co n s id er ab le  co n d u ctio n   lo s s ,   in cu r r ed   b y   th e   f o r w ar d   v o lta g d r o p   ac r o s s   th b r id g e   d io d e,   w o u ld   d eter io r a te  th co n v e r ter s   e f f ec ti v en e s s ,   p ar ticu lar l y   at  lo w   li n in p u t   v o ltag e.   Fig u r 2   illu s tr ate s   th p r o p o s ed   P FC   ( Mo d if ied   B r id g L ess - C U K)   MB L - C UK  co n v er ter - b ased   L E la m p   d r iv er   ex p lo iti n g   v o ltag m u ltip lier   ap p r o ac h .   I t   co n s is t s   o f   f r o n en d   P ar tiall y   E li m i n ated   Dio d B r id g R ec tif ier ,   a n d   P FC   b ased   MB L - C UK  co n v er ter .   A   h ig h   f r eq u en c y   m etal - o x id e - s e m ico n d u cto r   f ield - ef f ec tr a n s i s to r   ( MO SF E T )   i s   u tili ze d   i n   th e   n e w l y   i n tr o d u ce d   MB L - C UK  co n v er ter   f o r   P FC   an d   o u tp u t   v o ltag co n tr o l.  T h is   p r o p o s ed   co n v er ter   o p er ates in   th DC m ak in g   u s o f   v o ltag f o l lo w er   ap p r o ac h   i.e . ,   th c u r r en t   t h at  f lo w s   i n   eit h er   o f   t h i n p u t   o r   o u tp u i n d u cto r   ( L a n d   L o )   o r   t h v o ltag e   ac r o s s   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       A   N o ve l P F C   Mo d ified   B r id g Les s - C UK   C o n ve r ter fo r   LED   La mp   A p p lica tio n s   ( S a r a va n a n   D )   882   in ter m ed iate  ca p ac ito r   ( C 1 )   t en d s   to   b ec o m d is co n ti n u o u s   in   s w itc h i n g   p er io d .   On   th co n tr ar y ,   DC n ee d s   s i n g le  v o lta g s e n s o r   f o r   o u tp u t v o ltag co n tr o l,  an d   in tr i n s ic  P FC   i s   attai n ed   at  th e   ac   m a in s .   T h n e w   MB L - C UK  co n v e r ter   is   f o r m ed   b y   h av i n g   co n n ec tio n   b et w ee n   t w o   d c - d C u k   co n v er ter s ,   o n f o r   ea ch   h a lf - li n p er io d   ( p o s itiv h al f   c y cle)   o f   th i n p u v o ltag e.   A d d itio n all y ,   Fig u r 2   in d icate s   th at   o n r ail   o f   t h o u tp u v o lta g b u s   is   co n n ec t ed   to   th i n p u t   ac   li n al w a y s   th r o u g h   t h s lo w - r ec o v er y   d io d es  Dp   an d   D n .   T h is   w a y ,   t h p r o p o s ed   to p o l o g ies  ar n o a f f ec ted   b y   th h ig h   co m m o n - m o d e   E MI   n o is e m i s s io n   p r o b le m .   F u r th er m o r t h p r o p o s e d   co n v er ter   m ak e s   u s o f   t w o   p o w er s w itc h es   ( Q1   an d   Q2 ) .   B u t   s ti ll,  t h s a m co n tr o s i g n al  ca n   co n tr o th e   t w o   p o w er   s w i tch e s   w h ic h   co n s id er a b l y   p r o v id s i m p licit y   to   th co n tr o l c ir cu itr y .             Fig u r 1 .   T h tr ad itio n al  P FC   C u k   co n v er ter - b ased   L E la m p   d r iv er             Fig u r 2 .   T h p r o p o s ed   P FC   ( Mo d if ied   B r id g L ess - C UK)   MB L - C UK  co n v er ter       s h o r co m p ar is o n   b et w ee n   co n v e n tio n al   a n d   p r o p o s ed   cu k   co n v er ter   i s   tab u lated   i n   T ab le  I .   T h co m p ar is o n   i s   co n d u c ted   b ased   o n   t h to t al  n u m b er   o f   co m p o n en t s   ( s w i tch - S w ,   d io de - D,   in d u c to r - L ,     an d   ca p ac ito r - C )   an d   t h to tal   n u m b er   o f   co m p o n e n t s   t h at  ar co n d u ctin g   d u r i n g   ea ch   h alf   c y cle  o f   s u p p l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   880     8 9 1   883   v o ltag e.   T h n e w l y   i n tr o d u ce d   co n f i g u r atio n   o f   th e   MB L - C U co n v er ter   h as   t h m in i m u m   n u m b er   o f   co m p o n e n t s   a n d   leas n u m b er   o f   co n d u ctio n   d ev ice s   d u r in g   ea ch   h al f   c y c le   o f   s u p p ly   v o ltag e   th er eb y   m i n i m izi n g   th e   as s o ciate d   c o n d u ctio n   lo s s e s .   T h w o r k i n g   p r in cip le  o f   t h n o v el   M B L - C UK   co n v er ter     an d   th r esp ec ti v co n v er ter   c o n tr o l lo o p   is   d escr ib ed   in   s ec t io n s .       T ab le  1 .   C o m p ar is o n   b et w ee n   th co n v en t io n al  a n d   p r o p o s ed   cu k   co n v er ter s   P a r t i c u l a r s   C o n v e n t i o n a l   c u k   c o n v e r t e r   ( C C M )   P r o p o se d   M B L - C U K   c o n v e r t e r   ( D C M )   C u r r e n t   c o n d u c t i o n   p a t h   w h e n   sw i t c h   Q 1   O N   2   sl o w   d i o d e s a n d   1   sw i t c h   1   sl o w   d i o d e   a n d   1   sw i t c h   C u r r e n t   c o n d u c t i o n   p a t h   w h e n   sw i t c h   Q 1   O F F   3   d i o d e s ( 2   sl o w   a n d   1   f a st )   2   d i o d e s ( 1   sl o w   a n d   1   f a st )   C u r r e n t   c o n d u c t i o n   p a t h   i n   D C M   2   sl o w   d i o d e s   1   sl o w   d i o d e   O v e r a l l   C o mp o n e n t   c o u n t s i n c l u d i n g   D C   F i l t e r   12   11       3.   O P E RAT I N G   P RINC I P L E   O F   M B L - CUK   CO NVERT E   T h n e w l y   in tr o d u ce d   MB L - C UK  co n v er ter   is   d e s ig n ed   f o r   o p er atio n   in   DC i n   s u c h   w a y   t h at   cu r r en i n   i n d u c to r   L 1 b ec o m es  d is co n t in u o u s   f o r   s w itc h in g   p er io d .   Fi g u r 3 ( a) - ( f )   illu s tr ates  d i f f er en t   m o d e s   o f   o p er atio n   d u r in g   c o m p lete  s w itc h i n g   p er io d   f o r   t h r esp ec tiv p o s iti v an d   n e g ativ h al f - c y cles  o f   th s u p p l y   v o lta g e.   Fi g u r 4   d ep icts   th as s o ciate d   w a v e f o r m s   d u r i n g   th t h r ee   m o d es o f   o p er atio n s .       3 . 1 .   O pera t io n durin g   po s it i v ha lf - cy cles o f   s up ply   v o lt a g   Mo d 0 :   A s   in d icate d   i n   F ig u r 3 ( a) ,   w h e n   s w itc h   Q1   is   tu r n ed   o n ,   th i n p u s id i n d u cto r   L 1   b eg i n s   ch ar g i n g ,   an d   cu r r en iL 1   in cr ea s es,  w h ile  t h in ter m ed iate  ca p ac ito r   C 1   c o m m e n ce s   to   d is ch ar g b y   m ea n s   o f   s w itc h   Q1   i n   o r d er   to   ch ar g th o u tp u ca p ac ito r   C 0 .   Hen ce ,   t h v o lta g ac r o s s   i n t er m ed i ate  ca p ac ito r   VC 1   d ec r ea s es,  o n   th o t h er   h an d ,   th o u tp u t v o lta g V L   in c r ea s es.   Mo d 1 :   W h en   s w itc h   Q1   i s   t u r n ed   o f f ,   t h e n er g y   th a is   s to r ed   in   in p u i n d u c to r   L 1   s tar t s   d is ch ar g i n g   to   th i n ter m ed iat ca p ac ito r   C 1 v ia  d io d D0   a n d   Dp ,   as  illu s tr ated   in   Fi g u r 3 ( b ) .   T h cu r r en t   iL 1   d ec r ea s es,  w h en   t h in ter m ed iate  ca p ac ito r   v o ltag co n tin u es  to   in cr ea s in   m ag n it u d in   th is   m o d o f   o p er atio n .   I n   ad d itio n ,   o u tp u s id in d u cto r   L 0   b eg i n s   d is ch ar g in g ,   a n d   o u tp u v o lta g VL   i n cr ea s e s ,   as   illu s tr ated   in   Fi g u r e   3 ( b ) .   Mo d 2 :   T h is   m o d is   t h DC o f   o p er atio n   as  th c u r r en in   i n p u i n d u cto r   L 1   b ec o m e s   ze r o ,   th o u tp u s id i n d u cto r   L 0   s tar t s   d is c h ar g i n g ,   a n d   o u tp u ca p ac ito r   v o ltag VC 0   i n cr ea s e s ,   as  in d icate d   i n     Fig u r 3 ( c)   w h i le  th o u tp u t c ap ac ito r   C 0   s u p p lie s   th n ec es s ar y   en er g y   to   t h lo ad .     3 . 2 .   O pera t io n durin g   neg a t iv ha lf - cy cles o f   s up ply   v o lt a g e   Si m i lar   b eh a v io r   o f   t h co n v e r ter   is   o b s er v ed   f o r   t h e   o th er   n eg ati v h al f - c y cle   o f   th e   s u p p l y   v o ltag e.   An   i n p u i n d u cto r   L 2 ,   s w itc h   Q2 ,   an   in ter m ed iate  ca p ac ito r   C 2 ,   d io d es  Dn   an d   D0 ,   o u tp u s id i n d u cto r   L 0   an d   o u tp u ca p ac ito r   C 0   co n d u ct  in   s i m ilar   m a n n er ,   o n l y   th er is   d if f er e n ce   in   t h cu r r en f lo w   d ir ec tio as illu s tr ated   in   F ig u r 3 ( d ) - ( f ) .               Fig u r 3 ( a) .   Mo d 0   o p er atio n   d u r in g   p o s itiv h al f - c y cle s   o f   t h s u p p l y   v o ltag e     Fig u r 3 ( b ) .   Mo d 1   o p er atio n   d u r in g   p o s itiv   h al f - c y cle s   o f   th s u p p l y   v o lta g e     Fig u r 3 ( c) .   Mo d 2   o p er atio n   d u r in g   co m p lete  s w itc h i n g   p er io d   f o r   th p o s itiv h al f - c y cles  o f   th s u p p l y   v o ltag e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       A   N o ve l P F C   Mo d ified   B r id g Les s - C UK   C o n ve r ter fo r   LED   La mp   A p p lica tio n s   ( S a r a va n a n   D )   884       ( d )   ( e)     ( f )     Fig u r 3 ( d ) - ( f ) .   Mo d es o f   o p er atio n   d u r in g   n eg at iv h al f - c y c les o f   th s u p p l y   v o lta g e       4.   DE S I G O F   M B L - CUK   CO NVER T E   T h en er g y   tr a n s f er   ca p ac ito r s   C 1   an d   C 2   ar s ig n i f ica n t   ele m en ts   i n   th p r o p o s ed   MB L - C UK   co n v er ter   a s   t h eir   v al u es   lar g el y   i m p ac t   th e   q u al it y   o f   i n p u l in e   cu r r e n t.  C ap ac ito r s   C 1   an d   C 2   m u s b e   s elec ted   s o   th at  th eir   s tead y - st ate  v o ltag e s   g et  th s h ap o f   t h r ec tif ied   in p u ac   lin v o lta g w a v e f o r m   p lu s   th o u tp u v o lta g w it h   m in i m u m   s w itc h i n g   v o lta g r ip p le  as  m u ch   a s   p o s s ib le.   A lo n g   w it h ,   th v al u es  o f   C 1   an d   C 2   s h o u ld   n o i n d u ce   lo w - f r eq u en c y   o s c illatio n s   w i th   th co n v er te r   i n d u c to r s .   I n   p r ac tical  d esig n   p er s p ec tiv e,   th e   en er g y   tr an s f er   ca p ac ito r s   C 1   an d   C 2   ar d ec id ed   o n   th b asi s   o f   i n d u c to r s   L 1 ,   L o   v alu e s   ( as s u m i n g   t h at  L 1 = L 2 )   i n   s u c h   w a y   t h at  t h r eso n a n f r eq u en c y   ( f r   )   d u r in g   D C s tag e   is   g r ea ter   t h a n   t h e   lin f r eq u e n c y   ( f l )   an d   w ell  b e lo w   th s w i tch in g   f r eq u e n c y   ( f s ) .   T h u s ,   On   t h co n tr ar y ,   t h o u tp u ca p ac ito r   C o   r eq u ir es  b ein g   lar g en o u g h   to   s to r m i n i m u m   e n er g y   t h at  is   n ec e s s ar y   f o r   b alan cin g   th d i f f er en c e   b et w ee n   t h t i m e   v ar y i n g   i n p u p o w er   a n d   co n s tan lo a d   p o w er .   T h lo w - f r eq u en c y   p ea k - p ea k   o u tp u v o ltag e   r ip p le  is   ex p r ess ed   b y ,                         ̅                                                  ( 1 )     w h er       r ef er s   t h o u tp u lo ad   cu r r en t,  a n d                 r ep r esen t s   t h a v er ag o u tp u t   in d u cto r   cu r r e n o v er   o n e   s w itc h in g   c y cle  an d   it is   e x p r ess ed   b y       ̅                                          ( 2 )     R ep lacin g   ( 2 )   in to   ( 1 )   an d   ev alu ati n g   ( 1 ) ,   th ca p ac ito r   r ip p l eq u atio n   is   g o t a s   f o llo w s :                                               ( 3 )                                       ( 4 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   880     8 9 1   885   w h er e,                                                       ( 5 )       4 . 1 .   Co ntr o l ( Vo lt a g F o llo wer   Appro a ch)   o f   M B L - CUK   CO NVER T E R   Fig u r e   5   illu s tr ates  th at  th C o n tr o u n it  o f   MB L - C U co n v er ter .   T h r eg u latio n   o f   P FC   co n v er ter   h elp s   i n   g e n er atio n   o f   t h P W p u ls es   f o r   t h P FC   co n v er ter   s w itch e s   ( S w 1   a n d   S w 2 )   f o r   o u tp u t   v o lta g e   co n tr o w it h   P FC   o p er atio n   at  ac   m ain s .   A   s i n g le  v o lta g co n tr o l   lo o p   ( v o ltag f o ll o w er   ap p r o ac h )   is   e m p lo y ed   f o r   th P FC   MB L - C UK  co n v er ter   th at  o p er ates  in   DC M.   T h v o ltag er r o r   s ig n al            is   p r o d u ce d   b y   co m p ar i n g   th r e f er en ce   o u tp u t v o lta g e            )   w it h   th s e n s ed   o u tp u v o ltag (            as                                                               ( 6 )     w h er     d en o tes  th k th   s a m p l in g   in s tan t.  T h is   er r o r   v o ltag s ig n al            is   g i v en   a s   i n p u t o   th v o lta g p r o p o r tio n al in teg r al  ( P I )   co n tr o ller   f o r   g en er atin g   co n tr o ll ed   o u tp u t v o lta g ( Vcc )   as                                       {                           }                         ( 7 )     w h er       an d         ar th p r o p o r tio n al  an d   in te g r al  g ai n s   o f   th v o ltag P I   co n tr o ller .   A last ,   t h e   o u tp u o f   t h v o ltag co n tr o ller   is   co m p ar e d   w it h   h ig h   f r eq u en c y   s a w t o o th   s ig n al  ( m d )   in   o r d er   to   g en er ate  t h P W p u ls es   as         an d         ,   w h er         an d           d en o te  th r esp ec ti v s w i tch i n g   s i g n al s   to   t h s w i tch e s   o f   t h P F C   co n v er ter .         Fig u r 4 .   MB L - C UK  co n v er te r   p er f o r m a n ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       A   N o ve l P F C   Mo d ified   B r id g Les s - C UK   C o n ve r ter fo r   LED   La mp   A p p lica tio n s   ( S a r a va n a n   D )   886       Fig u r 5 .   C o n tr o l u n it ( Vo ltag Fo llo w er   A p p r o ac h )     o f   MB L - C U C ON VE R T E R       5 .   RE SUL T AN DIS CUS SI O N   T h p er f o r m a n ce   o f   th e   p r o p o s ed   L E la m p   d r iv er   b ased   MB L - C UK   co n v er ter   is   m o d elled   in   a   MA T L A B   Si m u lin k   e n v ir o n m en m a k i n g   u s o f   t h Si m P o w er - S y s te m   T o o lb o x .   T h p r o p o s ed   MB L - C U K   co n v er ter   p er f o r m a n ce   is   ass ess ed   f o r   b o th   r ated   a n d   d y n a m ic  s itu a tio n s   a n d   t h atta in ed   p o w er   q u alit y   in d ices o b tain ed   at  ac   m ai n s .     P ar am eter s   li k s u p p l y   v o ltag e                s u p p l y   cu r r en t                in p u in d u cto r s         an d         cu r r en t               an d               ,   p o w er   s w itc h es  Q1   an d   Q2   cu r r en (       )   an d             ,   th in ter m ed iate  ca p ac ito r s     an d         v o ltag e   (         )     an d               r esp ec tiv el y ,                            an d            d en o tes  t h cu r r en f lo w i n g   th r o u g h   th D io d             an d       ,   th co r r esp o n d in g   co n v er ter   o u tp u v o ltag e,   cu r r en an d   p o w er                             an d               ,   o f   th p r o p o s ed   co n v er ter   ar in v e s tig ated   f o r   d e m o n s tr ati n g   its   p r o p er   f u n ctio n i n g .   I n   ad d it io n ,   p o w er   q u a lit y   in d ices  l ik p o w er   f ac to r   ( PF ) ,   Dis p lace m e n p o w er   f ac t o r   ( DP F),   T o tal  Har m o n ic  D is to r tio n   ( T HD)   o f   s u p p l y   c u r r en ar ev al u ate d   f o r   d ec id in g   p o w er   q u alit y   at   ac   m ai n s .   T h co n v er ter   s p e cif icatio n s   t h at  ar u tili ze d   f o r   th s i m u latio n s   ar p r o v id ed   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   Sp ec if icatio n                  1 4 1 . 4   V                  1 0 0   V                  2 . 2 8   A                  1 . 6 1 7   A   I n p u t   P o w e r   1 6 1 . 7   W a t t s   O u t p u t   V o l t a g e   4 8   V   O u t p u t   C u rr e n t   3 . 1 2 5   A   O u t p u t   P o w e r   1 5 0   W a t t s   Ef f i c i e n c y   9 3 %   Po w e Fa c t o r (PF)   0 . 9 9 9 9       5 . 1 .   Ste a dy - Sta t P er f o rm a n ce   Fig u r 6 ( a) - ( e)   illu s tr ates  t h e   p r o p o s ed   c o n v er ter   o p er atin g   at  r ated   s u p p ly   v o ltag o f   ( 1 4 1 . 4   V )     an d   r ated   p o w er   o n   L E D   L a m p   ( 1 5 0 W )   an d   r ated   v o lta g o n   L E D   L a m p   ( 4 8 V)   r esp ec ti v el y .   As  o b s er v ed   in   th ese  f i g u r e s ,   th L E L a m p   v o ltag e,   c u r r en an d   p o w er   i s   m ai n tai n ed   at  th n ec es s ar y   r ef er en ce   v al u a s   in d icate d   in   Fi g u r 6 ( c - e) .   Her p ar am eter s   lik                       an d              in d ic ate  th d esire d   r ef er en ce   v o ltag e,   cu r r en t a n d   p o w er   o f   L E L a m p   r e s p ec tiv el y .     5 . 2 .   P r o po s ed  M B L - CUK   Co nv er t er   perf o rm a nce  a s   P o w er   F a c t o P re re g ula t o r   s i n u s o id al  s u p p l y   cu r r e n i n   p h ase   w it h   s u p p l y   v o ltag e   is   o b tain ed   as  d e m o n s tr ated   i n   F ig u r e   7 ( a) ,   w h ic h   i n d icate s   n ea r   u n i t y   p o w er   f ac to r   at  th e   i n s ta n t   th e   p r o p o s ed   co n v er ter   w o r k s   at  r ated   p o w er   co n d itio n .   Fi g u r 7   ( c)   illu s tr ates  th d is co n ti n u o u s   i n d u ct o r   cu r r en ts                           w ith   s u p p l y   v o lta g in   o r d er   to   v er if y   th e   DI C M   o p er atio n   o f   th e   MB L - C UK  co n v er ter .   A s   o b s er v ed   i n   t h ese   f ig u r es,  i n d u cto r s   L i1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   880     8 9 1   887   an d   L i2   co n d u ct  f o r   t h r esp ec tiv p o s i tiv e   an d   n e g ati v h al f - c y cle s   o f   t h s u p p l y   v o ltag e.   Mo r eo v er ,   a   co n tin u o u s   v o lta g ac r o s s   th in ter m ed iate  ca p ac ito r   ( VC 1   an d   VC 2 )   is   g o t,  as  s ee n   i n   F ig u r e   7 ( e) . th cu r r en t   in   d io d es  D1 ,   D2   an d   p o w er   s w i tch e s   Q1 ,   Q2   w ith   r esp ec tiv to   s u p p l y   v o lta g is   o b s er v ed   i   Fig u r e   7 ( b )   an d   7 ( d ) .   A s   in   th ese  f i g u r es,  d u r i n g   p o s it i v h a lf   c y cle  o f   s u p p l y   v o lt ag t h d io d Dp     an d   s w itc h   Q1 w ill  co n d u ct,   s i m ilar l y   n eg at iv h al f   c y cle  o f   s u p p l y   v o lta g t h d io d Dn   an d   s w itc h   Q2   w ill  b co n d u ctin g   th a t s h o w s   th DC o p er atio n   o f   p r o p o s ed   MB L - C UK  co n v er ter .         5 . 3 .   Dy na m ic  P er f o r m a nce  o f   t he  P ro po s ed  M B L - CSC  Co nv er t er   T h d y n a m ic  p er f o r m a n ce   o f   th p r o p o s ed   co n v er ter   d u r i n g   d if f er en t   v a lu e s   o f   o u tp u t   v o lta g is   illu s tr ated   in   F ig u r 8 .   I d ep i cts  th d y n a m ic  p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   co n v er ter   f ed   L E L a m p   d u r in g   b r ig h t n es s   co n tr o r elate d   to   th s tep   ch an g in   o u tp u v o lt ag f r o m   2 0   to   4 8   at  p ea k   s u p p l y   v o ltag o f   1 4 1 . 4 an d   th r esp ec ti v s u p p ly   cu r r en v ar iatio n   is   s h o w n   i n   F i g u r 8 ( a) ,   8 ( d )   a n d   8 ( e) .   A s   o b s er v ed   i n   th ese   F i g u r es  8 ( a) - 8 ( c) ,   th e   co n v er ter   o u tp u v o lta g e,   c u r r en a n d   p o w er   is   m ai n tai n e d   at  th e   n ec ess ar y   r ef er en ce   v al u w it h   li m i ted   o v er s h o o a n d   u n d er s h o o ts .   s m o o th   b r i g h t n es s   co n tr o o f   L E L a m p   i s   o b tain ed ,   I n   ad d itio n   s u p p l y   v o ltag a n d   cu r r en t   w a v ef o r m   ca ter s   n ea r   u n it y   p o w er   f ac t o r   at  b o th   th e   v al u e s   o f   co n v er ter   o u tp u t v o lta g es a s   d ep icted   in   F ig u r e   9 ( e) .         Fig u r 6 ( a) - ( e) .   T h p r o p o s ed   co n v er ter   o p er atin g   at  r ated   s u p p ly   v o ltag o f   ( 1 4 1 . 4   V)       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       A   N o ve l P F C   Mo d ified   B r id g Les s - C UK   C o n ve r ter fo r   LED   La mp   A p p lica tio n s   ( S a r a va n a n   D )   888                   Fig u r 7 ( - e) .   A   s i n u s o id al  s u p p ly   c u r r en t i n   p h ase  w i th   s u p p ly   v o lta g e         5 . 4 .   P F a nd   I m pro v ed  P o wer   Q ua lity   a t   AC  M a ins   T h is   s ec tio n   i n v o lv es  th o b t ain ed   p o w er   q u alit y   i n d ices  a th ac   m ain s   f o r   t h o p er atio n   o f   th e   p r o p o s ed   co n v er ter   at  v ar io u s   v alu e s   o f   o u tp u v o ltag e s .   A s   d ep icted   in   th T ab le  2   th g ain ed   p o w er   q u alit y   in d ices  r ec ei v ed   at  ac   m ai n s   a r s h o w n   i n   t h tab le  w h en   th o u tp u v o lta g is   v ar ied   b et w ee n   4 8   to   2 0   V.   A   n ea r   u n i t y   p o w er   f ac to r   an d   d is p lace m e n p o w er   f ac to r   i s   attain ed   at  t h ac   m ai n s   in   all  ca s es,  I n   ad d itio n ,   th r esp ec ti v r o o m ea n   s q u a r v alu o f   s u p p l y   c u r r en t,  o u t p u p o w er   a n d   T o tal  Har m o n i Dis to r tio n   ( T HD)   ar also   tab u lated   in   T ab le  3 .       T ab le  3 .   T h r o o t   m ea n   s q u ar e   v alu o f   s u p p l y   cu r r en t,  o u tp u t p o w er   an d   T o tal  Har m o n ic  Dis to r tio n   ( T HD)           (V)           PF           ( W )          ( A )   ( R ms)   T H D %   48   0 . 9 9 9 9   0 . 9 9 9 3   1 5 0   1 . 6 1 7   3 . 3 8   44   0 . 9 9 9 9   0 . 9 9 9 1   1 2 6   1 . 3 8 7   3 . 5 7   40   0 . 9 9 9 6   0 . 9 9 8 9   1 0 4   1 . 1 8 3   3 . 8 2   36   0 . 9 9 9 4   0 . 9 9 8 5   85   0 . 9 8 8   4 . 0 2   32   0 . 9 9 9 2   0 . 9 9 8 1   6 6 . 5   0 . 7 9 3   4 . 2 6   28   0 . 9 9 9 1   0 . 9 9 7 9   51   0 . 6 4 7   4 . 5 2   24   0 . 9 9 8 9   0 . 9 9 7 5   3 7 . 5   0 . 4 4 3   4 . 9 6   20   0 . 9 9 8 8   0 . 9 9 7 2   26   0 . 3 7 3   5 . 2 8       T h h ar m o n ic  s p ec tr o f   th e   s u p p l y   c u r r en t   at  r ated   a n d   lig h t   lo ad   co n d itio n s ,   i.e . ,   L E L a m p   v o ltag e s   o f   4 8 an d   2 0   V,   ar also   i n d icate d   in   Fi g u r es   9 ( a)   an d   ( b ) ,   r esp ec tiv el y ,   w h ic h ,   i n   t u r n ,   i s   h elp f u l   f o r   ex h ib itin g   t h at  t h T HD  o f   s u p p l y   cu r r e n o b tai n ed   is   u n d er   th li m it s   th at   ar ac ce p tab le  b y     I E C   6 1 0 0 0 - 3 - 2.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   880     8 9 1   889       Fig u r 8 .   T h d y n a m ic  p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   co n v er ter   d u r in g   d i f f er e n v alu e s   o f   o u tp u v o ltag       5 . 5 .   Co m pa ri s o n o f   E f f icienc y   o f   t he  P r o po s ed  Driv w it h   t he  Co nv ent io na l Sche m e   T h lo s s es  in   p r o p o s ed   co n v er ter   co m p r is es  o f   th lo s s es   in   th P F C   co n v er ter .   T h lo s s es  i n   t h e   P FC   co n v er ter   ar esti m ate d   b y   h a v in g   m ea s u r e m e n ts   o f   th o u tp u an d   i n p u p o w er s   u t ilizi n g   t h e   co r r esp o n d in g   o u tp u t   v o lta g e,   o u tp u t   c u r r en t,  s u p p l y   v o lta g e,   an d   s u p p l y   cu r r e n t.  T h er ar lo w   lo s s e s   i n   a   P FC   co n v er ter   b ec au s o f   p ar tial  eli m i n atio n   o f   DB R   an d   co m p lete  eli m i n atio n   o f   DC   f il ter   at  th f r o n t - e n d   co n v er ter ,   f u r t h er m o r e,   t h p r o p o s ed   co n v er ter   m i n i m ize s   t h o v er all   cu r r en co n d u ctio n   co m p o n en d u r i ng  p o s itiv a n d   n e g ati v h al f   c y cle  o f   s u p p l y   v o ltag e,   th er eb y   h e lp in g   i n   th e   r ed u ctio n   o f   th e   as s o ciate d   C o n d u ct io n   lo s s e s .   Hen ce ,   c o n s id er ab le  in cr ea s i n   ef f icie n c y   i n   t h o r d er   o f   2 % 3 % is   ac co m p li s h ed   in   t h e   p r o p o s ed   co n f ig u r atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.