In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  1, Mar ch 20 19,  p p.  288~ 2 9 9   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 1.pp 2 88- 29 9           288     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   4-level c a pacitor - clampe d boos t converter with  hard-switching  and soft-sw i tching im ple m entations       A.   N .  K a siran ,   A .  Pon n iran, A. A .   Bak a r,  M .   H. Yatim  Faculty of E l ectr i cal  a nd  E l ectron i c   Engin eering,  Uni versiti  T u n   H u s s e in  O n n   M a l a ys ia ,   M a l a ys ia       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   Re ce i v e d  Mar  2 ,  201 8  R e v i s e d   Jul   9 ,  2 018  Ac ce p t ed  Au g   2 4 ,  2 018      Th is   p ap er  p resent s  param e ters   a nal y s i s  o f   4 -l e v el  capacit o r-cl amp e d  bo ost   con v ert e r  wi th  h ard - switch i ng  a n d  sof t -sw i t c hi ng  im p l em ent a ti on .  P r in cipa l l y,  b y   con s id erin g  t h e  sel e c t ed  c irc u i t   s t r uc tu re  o f  t h e   4 -level  capa c i t or-cl a m p ed  b o o s t   c on verter  a nd   a p p ro priat e   p ul se  w idth   m od ula t io n   (PW M )  swit c hing  s t ra teg y ,  t h e  o v erall   co nv erter  vo lum e   a bl e  to  b e   r ed uced .   S p eci ficall y ,  p h as e - s h ifted   o f   1 2 0   o f   each   s witch i ng   s i gnal   is   a ppl ied  i n   t h e   4-l e vel   capaci to r-cl am ped   bo os t  conv erter  in  o rd er  t o  i n creas e   th e  i n d u cto r   c u rre nt  r ip ple   fr e q u e nc y ,   t hu s  t h e   c h a r ging   a nd   d isc h a r ging   t im es   o f   th e  in du ctor  i s  reduc ed .   Besi des,   v o l um e  o f   c onv erters   i s  great ly  r educed  i f   very  hi gh   s w i t c h i n g   f req u ency   i s   co n s i d ered.   Ho we ver,  i t  ca u s es   i n c r easin g  o f   sem i cond uct o r  los s es   a nd   c on se q u en tly   t he  c o n v e rt er  e f f i c i ency   is   a ff ected .  The  results  s ho w  that   t he  e ffici en cy  o f   2-lev e l  co nven t i o n a l  bo os t  co nvert er  and   4-l e vel  c a p acito r-clam p ed   b o o st   c on vert e r   a re   9 8. 5 9 %   an d  9 7 .67 % ,   resp ectiv ely   i n   h ard - sw it c h ing  tech ni que,   a n d  99 . 31%   a n d   9 8. 1 5 % ,  resp ectiv ely   i n   s oft - swit c hin g   t ech ni que.   Theref ore,  b y   app l y i n g   so ft - sw it chin g  techn i q u e,   switch i n g   l os s  of   t h e   s emi c ond uct o r  d e vi ce s  i s   g re atly  min i miz e d   a lth o u g h   h ig h  switc hing   f req u ency   i s   a pplied.  I n   this  s t u d y ,   p a ss iv e   lo ss le s s   sn ub be r   c i r c uit  is  s el ec t e d  f o r  the  soft-sw itc hi ng  im plem en t a ti on   i n   t h e  4 - lev e l  ca p acito r-clam p ed   b oo st  c on verter .  Based  o n   th e  sim u l a ti on   r esu lts,  th e  s w itchi n g   loss   i s  a p pro x i m a t ely   eli min a ted   by  app l y i ng   s oft-swit ch i ng  t echni que  c o m pared  t o   t h e   h ard-s w it chi n g   t echn i qu e  im plem en t a ti on. K eyw ord s :   C a pacitor-clam p ed  Ch opp er  Ha rd -swi t c hi ng  t ec hni qu e  Mu lt ile ve l c o n v erter   P a ssive  l o ss les s  snu bber   So ft -swi t c h i ng  t ec hni q u e     Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   A s ma rashid P onn iran  ( A .   P onnira n ) ,   Fa cult y   o f   E l e c t rica l   and  E l e c t r on ic E n g i n ee rin g ,  U n i v ersi ti   T un  H u ssei n  O nn  Ma lays ia,  86 4 00 Pa rit Ra ja,   Joh o r,  M alays i a.   Em ail:  asma r@u t hm. e du. my       1.   I N TR OD U C TI O N   N o w a days,  transp orta t i o n   h a s   b ec om e  on e  of  t he  m os t  im por t a n t   t h i ng   t o  mov e   f r o m  one  p lac e   t o   ano t her.   H ow e v er,   due  t o  t h e   la rge  num ber  of  a u t om o b ile   i n  a   b i g   c i t y  a r o u n d  t h e   w o r l d ,   i t  h a s   b e c o m e  t h e   most  c ri t i c a l   i ssue s   w h i c h   a r i se   a   pol lu t i on  pr o b l e m  an d  m a y  a f fe c t   t he   e nv i r onm en t  a nd  a l s o   t o  the   hum an   life  [ 1 ].  T o  ov erc o me   t hi s  pr ob lem ,   t he  w o r ld  t o d ay  i s  a p p r oac h i n g  t o   t he  g ree n   t rans por tat i on  for   e x am pl e   like   e l ec t r i c   v ehic les.  D ue  t o  the   hig h   v o l tage  o f  the   D C - lin k  (200  V -400  V )   [ 2 ]-[4],  it  diff icults  f or  t he  des i g n er  o f  ele c t r i c  v e h i c l e  s y s t em   t o   i n te g r ate   t h e  p o wer   stor a g e   w ith  t he   e lec t ric  trac tio n  par t .   Thu s ,  the  s y s t e m  n e e ds  a  p o w e r  c o n v e r t e r  a s   a n   i n t e r f a c e  w h i c h  h a s   c a p a b i l i t y   t o   h an dl e   t h e  e n e r gy   t ra n s f e r  fro m  12 -48  V   D C   bus  t o  t h e   h i g h   v o lta ge  D C-l i n k .   D C-D C   b o o st  c on ver t e r s  be c o m e   t he  m ain  k e y  b l ocks  i nsi d e  t h e   elec tr ic ve h i c le   s ys tem   a s  the aux i l ia r y  pow e r   s up p l y o f  the el ec t r ic s loa d  [ 5], [6].   D ue  t o l i m i t a tio n spa c e  an d   w e ig ht  i n  elec t r i c   v e h ic le  s y s tem ,   t he   o p t i m i z at io n  de si gn  o f   D C-DC  b oo st   c onv e r t e r  i s   r e q ui re d   [7 ]-[ 9 ] .  Mu lt ile ve l cap a c itor - clam pe d   bo ost co n v er t e r  top o l o g y   m ight be  t h e   a ttra c ti ve op t io n in o r d er t o ac hi e v e   hig h   pow er   d e n si t y   c o n v e r t e r   w i t h  c onsi d er in g  hi g h   s w itc h i n g   fre q ue n cy.   B e si des  t h at,  du e  t o   t he  r ed uc tio n  o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       4-le ve l c a p a c itor- cl am pe d bo os t c onver ter  w i t h  h a rd-s wit c hi n g  an d.. .   (A.N.  Kasir a n)    28 9 v o l t a g e   s t r e ss  o n   s e m i c o nduc t o r  d e v i c e s  in   m ul ti l e v e l   c a p a cit o r -c l a mpe d   b oo st   c o nve rter,   l o w  rating  o f   sem i c o nd uc tor de v i c e s c a n  be  u se d  w h er e it m a y  reduc e the   cond u c t i o n l o s s  and  sw it c h i n g  l o ss.  G e nera lly,   ha rd-sw itc h i n g   t e c hni que   i n  P W M  co nver t e r s  w a s  used  d u e  to  s imple  con t ro ls.  The   ut iliz a t i on  o f   h ig h  sw itc h i ng  f r eque nc y   i n   D C- D C   c on ver t e r   b rin g s   s ever a l   a dva n t age s  to  t h e power  c o n v e r ter  e. g.  l ow   v o l um e   passive   c om pone nt,  l o w   dv / d t  a nd  d i /d t.  H ow eve r ,  h i gh  swi t c h i ng   f re qu en cy   c ause s  gre a t e r  sw it c h i n g  l o ss   i n  the   c o n v e r ter  [10],   [1 1] .   This  i s  d u e   to  t he  o v erl a pp i ng  of  c ur r e nt  a n d   v o l t a ge  i n  sem i c o nd uc tor   d e v i ces.   Th u s ,  in  o r d e r   t o   re duce  t h e  sw i t c h i n g  l oss  i n   c o nver t e r s  c i rcu it,  s o f t-sw it c h in g   t e c hni qu e   migh t   b e   a ppl i e d  [ 1 2 ] -[ 15 ].  P a ssiv e   l o s sl ess   sn ubb e r   is  t he   e ffe c t ive   tec hni que   f or  t he   s o f t- sw it c h i n g  i m p l em enta ti o n  in  orde r to  t a c k le  t h i s is sue d u e   t o  s imp l e   circ u it  str u c t ure  to  b e c ons i d e r ed.   Th is  p a p er  f o c uses  o n  4-le ve l   c a p ac it or-c lam p ed  boos t   con v erte r   b y  a p ply i ng   t w o   s wi t c hi n g   t e c hni qu e s ,  i . e .,  h a rd   s wit c hi n g   an d  so ft   s w i t c h i ng ,  in   o rd e r   t o  obse r ve  t he   p erf o r m a n ce  of  t he  c o n ve r t e r s  in   term   o f  effic i ency.   The  di sc uss i o n   o n  bot h  sw i t c h in g   tec h niq u e s  a r e  h i g h l i g h t e d  i n   t h i s  p a p e r .   T h e   com p aris on  of  4 - l e v e l   c a p a c itor - cla m pe d  bo os t   c o n v e r t e r  and  2- l eve l   c o n v e n tio na l   bo o s t  co n v er t e r  is   di sc usse d   as  w e l l.   F urt h e r mor e ,  t h e   para me ters  d e s ig n  of  4 - l e v e l   cap a c ito r-cl a mped   b oo st   c on v e rt e r   i s  di sc usse d.  T he   s w i t c h i n g   l oss  and  c o nd uc t i o n   l oss  of  s em ic ond uc tor   de v i c e s  are   a n al yze d   i n  o r der  t o   o bse r ve   t h e   ef fi c i en cy   o f   co nv e r t e r.  S i m u l atio n   resul t s   a re  o b t ain e d  i n   o r d er  t o  ve r i fy  t h e   r ea liza tion  of  s o f t-sw i t c h in g   at 4- l e v el c apa c itor- clam pe d  boos t c o nverte r .      2.   PARAMETERS DESIGN O F  CONVE RTER   Ta b l e   1  s h ow s  seve ral  para me t e rs  f or  d esi g ni n g   c o n v en t i o n a l   2 -l e v e l   b o o s t   c o nver t e r   a nd  4-le ve l   ca paci t o r-c l a mpe d   b oos t  c onve rter.   The   c u rre n t   r ip ple  a n d  t h e  v o l ta ge  r i p ple  ar e  co n s ide r ed  i n  or d e r  to  appr opr i a t e ly  s elec t   the   i n duc tor  a n d  ca pa ci tor ,   r espe ct ive l y  [ 18] -[2 0 ].   B y  a ppr opria t e ly  d es ig n  t h e   c u rrent   rip p le   a n d   v ol t a ge  r i p ple,  t he   s iz e   a n d   v o l u m e   of  p a s s i ve  c om po ne nt s  is   r educe d ,  co ns eque n t l y   t he  o vera ll   v o l u me  o f   t h e c o nv ert e r i s  re d u ced  as wel l .       Tab l e  1.  P arameter s  desi g n  of  con v er t e r   Pa r a m e te r  E xpr e ssions   B oost r a tio,  β     O u tput  volt a ge ,  V out  ( V)    B oost  induc t o r,   L (2- l evel )  (H )     B oost  induc t o r,   L (4- l evel )  (H )     Cap aci t o r - c l a m p ed  1 ,  C 1  (F )      Cap aci t o r - c l a m p ed  2 ,  C 2  (F )     Ou t p u t  cap aci to r ,   C ou t  ( F)       3.   PRINCIPLE   O F   H AR D- SW ITCHING   TECHNIQ UE  Bas i ca ll y,   D C-D C   b oost  c o n v er t e r  use d   P WM  t ec hn i que   t o  c o n t r o l   the  turn-ON  and  tur n -OFF  of  sem i c o nd uc tor   de vi c e s   i n   t h e   p ow e r   c on ve rter  c irc u i t .   F i g u r e   1 ( a )  s h o w s  t h e  c i r c u i t   s t r u c t u r e   o f   2 - l e v e l   con v e n t i ona l  b oos t  c o nver t er ,  me anw h i l e  F i gure 1(b)  s how s  t h e  c ircu it   s tr uc tur e  o f  4- l e v e l  c a p ac i t or- c l a m p ed  bo ost  co n v er te r.   I n  the  4-le v e l  ca pac i tor-c la mpe d   b o o s t   c on vert er   c irc u i t   c o n fi g u r a ti on ,   it  co ns ists  o f  thre e   sem i c o nd uc tor s   s w itc he s  S 1 ,  S 2   a nd  S 3 .   M e anw h ile,  f o r   th e   o p e r ati o n  m ode,   it  re qu ire s   1 20-de gree   pha se- sh i f t e d  of  t he   s w itc h i n g   p a t t e r n   t o  o p era t e.   F igure   2  sh o w s  t h e   1 20- de gree   pha se  s h i ft   P W M   t ec hn i q ue   t o  con t ro l  t h e  t u r n -O N  and  t u rn- O FF   o f  the  se mic ond uc t o r   swit c h es  i n  t h e  4 - l e v e l  c a p a c i t o r - c l a m p e d  b o o s t   con v er t e r  circu it.   S i x  o p e r at io n  m odes  in  o ne  f ul l  com p le t e   c ycle,   i. e.,   M o d e   1   ( S 2   a nd  S 3   a re  t urn-O N ) ,  Mo de  2   ( only   S 3  i s   t u r n - O N ) ,   M o d e  3  ( S 1   a nd  S 3  a r e  t u r n - O N ) ,   M o d e   4  ( o n l y  S 1   i s   t u r n - O N ) ,   M o d e  5  ( S 1   a nd  S 2   a re   t ur n- O N )  a n d   M o d e  6  ( o n l y  S 2   i s  t u r n -ON).   The  uni q u e  fea t ur e  in  4 -le v e l   c apa c i t or -clam p ed  b oo st   c onv e r t e r  D 1 1   D V V in out 1 ) 2 ( ) 2 ( 2 level L sw out level I f DV L ) 4 ( ) 4 ( 6 level L sw out level I f DV L 1 ) 4 ( 1 C sw in level V f DI C 2 ) 4 ( 2 C sw in level V f DI C ) 4 ( level Cout out sw out out V V f DP C ( 1 )   ( 2 )   ( 3 )   ( 4 )   ( 5 )   ( 6 )   ( 7 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     28 8 –  29 9   29 0 circ u i t  struc t ur e  i s   t he   e xi s t i ng  of  m id d l e  capa c i t or  w hic h   i t   share d   t h e   b o o st- up  e n er gy  w i t h   t he   b o o st   in duc t o r   whe r e  t h e   in d u ct or  can  b e de s i g n   s ma l l er  [20 ] ,   [ 2 1 ].            (a) 2-le ve l c o n v e n tio na l  boos t   c onver t er   ( b) 4- l e v el c ap ac i t or- clam pe d   boos t c o n v erte r     Fi g u re  1 .  C i r c ui t   st r u c t u r e          F i gure  2.  1 2 0 - d egre e p h a s e-shi f ted  P W M  sw itc hi n g  pa t te r n s       3.1.  S wi t c h i n g  loss   Bas i ca ll y,   t he s w i tc hi n g  loss i n  hard- sw itc hi ng te ch n i qu e   o c cur r e d  i n  t w o  con d i t i on s w h ic h  is dur i n g   tur n -O N   a nd  tur n -O F F   o f  t h e   sem i c o nd u c t o r  de vice s.   T h e   s w itc h i n g  l o ss  is  o cc urre d  d u e  to  t he  over l a p p i ng   of  c urre n t   a nd  vol tage  i n sw i t c hi n g  dev ice s   a s  sh ow n i n  F i gur e  3.            F i gure   3.  Illus t ra tion  o v erla p p i n g  o f  cur r ent a nd v o l t a ge  i n  sw i t c h i n g de v i c e s      I n   h a r d-sw i t ch in g  te ch n i q u e ,   t he  s w itc h i ng   l os s  is  e s t ima t e d   b y   c on si d e ri ng   t h e   volt a ge   ( V ds )  and  curr ent ( I ds ) of sw itc h i n g  de v i c e s  duri n g o p e r ati on. T h e  su m ma ti on  of r i s e   time   ( t r )  and fall  ti m e ( t f )  of  c urrent  V ds I ds Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       4-le ve l c a p a c itor- cl am pe d bo os t c onver ter  w i t h  h a rd-s wit c hi n g  an d.. .   (A.N.  Kasir a n)    29 1 and  vo l t a g e  i n   s w itc h i n g   d evice s   a r e   a lso  ta ken  in to  c onsi d er at ion.   T he  s w i t c h i ng   l oss  o f   c o n v e rter   i s   deter m i n ed  i n  one   s w itc h i ng  pe ri od ;   th us,   it  requ ire s   s w itc h i n g   fre que nc y  use d   f or  t he   c o nver t er   a s  e xpr essed  in (8).   The   e xpr ession  of  t he  s w i t c hin g   l oss  is  e xpre s se d as  f o ll o w s:        sw f r ds ds sw f t t V I P 6            ( 8 )     3.2.  C on d u c t ion   loss   The o reti ca ll y,   hi g h   c o n d u c t i on  l o ss  occ u r s   due   t o  la rge  O N - r e sista n c e   in  s w i tc h i ng  de vic e s.  I n   mu l til e v e l   s t r uct u re ,  lo w  rat i n g   o f  swit ch ing   d e vi c e   can   b e  se l e c t e d   d ue   t o  l o w   vol tag e   s tress  on   s w i t c h i n g   dev i ce . T hus,   i t   r ed uce s  t he   c on d u ct ion   loss due  to   the   sm al l  O N- resist a n ce  ( R ON ).   M e a n w h i l e ,  the   c o nduc tio n  lo ss  o f  d i ode  i s  de pe n d i ng  o n   forw ard  rm s  c u rre nt  I f( rm s )   w h e r e  it  co ns ide r ed  m axim um  a nd  m i n i m u m  c u rrent   of  d i o de.  F o rwar d  bia s   v o lta g e   ( V f )  i s   r ef e r re d   to   t h e   d at a s he et   a nd   D   i s  t h e  du ty  c yc le  u s e d  i n   t he   c o n v e rter .  The  co nd uc ti o n   l o s s  for  a sw itch i ng de v i c e   a nd a   di o d e a r e expr essed as f ollow:                 ( 9 )                  ( 10)       4.   PRINCIPLE   O F   S OFT-SWITCH ING TECH N IQUE  G e nera lly,   the r e  a r e  se v e ral  te c h n i que s  i n   s o f t-sw i t c h i ng  i. e . ,   a c t i v e   snubbe rs,  re si sto r   c ap ac ito r  a n d   di ode   ( RCD )  snu b b ers,   r esonan t   c o n v er t e r   and  pass iv e   loss less  s nu b b e r .  A c tive  s n ub ber  c i r c u i t   a b l e   t o  incre a se  h i gh  e f f i c i e n c y   o f  c o nver t er ,  but  i t   r e qu ires  a dd i t i o n al   c i r cu it s.  M e a n w hi l e ,  RC D  snu b b e rs   h av e   th e  w o rst  per f orm a nc e  e v e n   t he   c ircu it   i s  s i m p l e   d ue   t o   the   e x ist i n g   o f   r esis tor  e l em en t  [2 2].   Howe ver,   p ass i ve   lo ssle ss  sn u bbe r  has  a   sim p le   c ircu it  a n d  a b le  t o  inc r ea se   t he  e ffic i e n cy   o f  c o nverter .  Due  t o   t h i s  re aso n ,   pass ive   l o ssle ss  sn u bber   is  s e l ecte d   ove r  t h e   r e sona n t   c on v e rte r  due   t o  th e   cos t   a nd   r el ia bi lit y  o f   t he   c ircu it.  Figure   4  sh ows  t h e  t h re e  c e l l s  o f   p ass i ve   l o ssless   s n u b b er  c i r c ui t   a r e  a dde d   t o   t h e   4 -l e v el   cap aci t o r-c l a m p e d  bo ost  c o n v er te r.   P assive  l o ssless  s n ub ber   c i r c u it  c ons i s t  of  s n ubb e r   i ndu c t o r s  ( L r1 , L r2 , L r3 ),  s n ubb e r   ca paci t o rs  ( C r1 , C r2 , C r3 ),  b uf f e r  capacitors  ( C s1 , C s2 , C s3 ) ,   a nd  dio d e s   ( D s11 , D s12 , D s1 3 , D s2 1 , D s2 2 , D s2 3 ,   D s31 , D s3 2 , D s3 3 ).            F i gure  4.  4 -lev el  capa c itor - cla m ped  bo ost  co nver t e r  w ith pa s si v e  lo ssle ss snu b b er  cir cui t         D R I P ON ds m cond 2 ) (   f rms F d cond V I P ) ( ) (   V in L 4-l e v e l C 1 C 2 C out V ou t S 3 S 2 S 1 L r1 D s1 3 D s1 2 D s11 D 1 C s1 C r1 D s23 D s22 D s2 1 D 2 C s2 L r2 C r2 D s3 3 D s32 D s3 1 D 3 C s3 L r3 C r3 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     28 8 –  29 9   29 2 Bas i ca ll y,   s w i t c hi n g   l oss  is   o ccur r ed  due   t o   the   s u rge   c u rre nt  i n   s emi c o ndu ct o r   d ev i c e s .  Th e   p a ssiv e  l o s s l e ss  snub be r  c i rcu i t   con s ist   of   s n u b b e r  in du ct o r   a nd   s nu bb e r  capa c ito r   that  oper a ted   in  o r d er  r educ e   the   sw it c h i n g  l o ss  dur in g  tur n -O N   and   t u rn-O F F   o f  sem i c o nd uct o r  dev ice s .  In  o t h er  w ord,   t he   s nu b b er   i n duc t o rs  and  ca pa c i t o rs   a re  a dded  i n   o rde r   t o  rea l i z e  t h e   s o ft-sw i t c hi n g   c o ndi t i o n s.   M e a nw hi l e ,  t h e   bu ffer   c a p aci t o r  fu nc ti o n   a s  a  t a nk  of  r eson an t  e n er gy  for  o n e  c o mp le te   c yc le  w h ere   t h e   ener g y   w i l l   transfer  t o  t h e  o u t p ut.   Th is  i s  be ca us e   t h e  s n ub ber  circ u i t   ca u s e s   d e g ra da ti on   o f   t h e   o u t pu t   vol t a g e .  Th us,  the   bu ff er  c a p aci to r  i s   a d d e d   to   r ea li z e   th e   l o ssl e ss   s nubb e r   c irc u it   o p e ra t i on .  P r i n c i pa ll y,  t here   i s  no   pow er   d i s si pa ted   o r   ac cum u la t e d i n  the  s n u b b e r  c ircui t  com po ne nt s.    4.1.  D e s ign   guid elin e  of  p p s sive  l oss l ess ssb b e r   cir c u i t  I n  orde r  to  i d e n ti fy  t he va l ue  of s n u b b e r  circui t  o f 4- leve l   c a paci t o r-c l a mp e d  b oo st c on ve rter,   seve ral  para me ters are   r e q u i r e d t o  o b t a i n .   T he  va l ue  of sn u bber i n d u c t o r ,  sn u b b e r  c apac it or  an d   b uf fe r   c a pac itor   w e r e   sam e   f or   t he   t h r ee   cel ls.  P r in cipa l l y ,   t he  v al ue  o f   sn ubb e r   i n d uct o r  a n d   s n u b b er  capa c i tor   must   b e  c o mbine d   in a  one  r eso n a n t freq u e n cy w he re  i t   ca n be  e xpre s se d as  f o l l o w s:                                    (11)    The n ,  the  c u rre nt  r a nge   ( I mi n  a n d   I max )  o f   s wi t c h i ng   d evi ce  mu st   b e  ob t a i n ed   t o   en su re  t h e   s of t - sw it c h i n g  ca n  be  a c h ie ve d.  T he  m in im u m   a nd  m a x i mum   c u rre nt  o f  s w i tc hin g   d e v ice   ca n   be   e xpresse d     as foll o ws:        (12)      (13)    wher e  t h e  ma x i m u m   curr en t  of  s w itch i ng   d evic e   oc curs  d uri n g   t h e   i np u t   v ol ta ge  i n  it s  m i nim u m.   N e x t ,   t he  range   o f  du t y   c ycle   ( D min  a n d   D max )  is  c a l c u l a te  t o  e n s u re  t he   m i n imum   a nd  m a x i m u m  du t y   c y c le  w h e re   t he  soft-sw i t c h i ng  occur .   T he m in i m um  and  ma ximum   dut y c y c l e  can  b e   e x p ressed  as  f o llow s :       (14)      (15)    w h er e t h e m i ni m u m du t y  cyc l e  occ urs w h e n  the  in p u t  v ol ta ge  i n i t s  ma x im um . By rela ti ng  t he  i nd uc t a nce a n d   ca paci ta nce   s n ub ber s  w i t h  th e r e sona nt in t e r va l t i me s w h e r e   it  c a n  be su g g es ted  less tha n  som e fra c t i o n  (0 <   k   <   1)  o f t h e  sw i t c h in g  peri od  T s.   T h u s ,   this  r ela t i o n c a n  b e  e x p r essed  as foll o w s :       (16)    wh e r e   th e  ap p r o p r i at e  v a l u e  of  k  is   s elec te d f o r  a   r e q u i red  Tr -on  or   Tr -off . The va lue   of  k  is  s el ect  b y  refer to  t he  F i gure   5  w h e r e  t h e  sma l l e s t   v alue   o f  k  is  s e l ec t e d   a n d   wh i c h  sa tisfies   t he   l arge st   a l l o wab l e  va l u e  of  Tr -on   a nd  Tr -off .   F r om  F igure   5,  I R  is  t he   c urr e nt  r at i o   o f  m a x i m u m  c u rrent  a nd   m in imum   c urr e n t .  Mea n w h ile ,  x  is  t he  rati o  of  s n u b b e r  c a pa ci tor   an d   b u ffe r   c ap ac it or  w h i ch   c a n   b e  eq ua te  b y   0. 1.  T he   d e t a i l   o f   d esig n  pr inc i ple   is  gi ve n  i n   t he   p a p er   [ 12],   [1 3].   The  i n ter v a l   f o r   Tr - on  is  I = I ma x  wh ere   i t   r ep re sen t s  t h e   wo r s t   ca se ,  me a n wh il e  for   Tr -off  i n te rv al,  sever a l cur r ent  rat i os  a r e  show n  i n   F ig ure   5.      r r r C L 1   max min in in V P I   min max in in V P I   out in V V D max _ min 1   out in V V D min max 1   s r kT 2 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st    I S S N :  2088- 86 94       4- leve l  cap a c i t o r- c l am pe d  bo os t  conv er ter w ith h a rd- s w i t c hi n g   an d. . .  ( A . N .  Ka sir a n)     29 3     F i g u r e   5 .   T he   i nter va l s   o f  r e sona n t   t ur n- O N  a nd  r e so na n t   t ur n- O F F   [ 12]       A f ter   se ver a l   p a r a m e ter s   h as  b ee n   de t e r m in e d ,   t h e   va lue   of   s nu b b e r   i nduc t o r,   s n ubb e r   c a p ac it o r ,  a n d   bu ff er   c a p ac it o r   c an  b e  c a lcul ate d   b y  us i ng  t h e  expr e ssi ons  a s  f o llo ws:                                    (1 7 )                                    (1 8 )                                    (1 9 )     4. 2.   S wit c h i n g   l oss  red u c t i on  Pr i n cipally,  passive  l ossless sn ubb e r  c i r cu i t   a r e ad d e d   in  o rd e r   t o   e l i mina t e   o r   r e duc e  t h e   sw itch i ng   lo ss in 4- l e v e l  c apac it or- c lam p ed  b o o s t  c on v e rter .  The fun c tio n   o f   snub b e r   i n du ct o r  and  sn ubb e r   c ap a c ito r  i n   pa ss ive  l o ss les s   s nu bbe r   c i r c u i t   ar e  to  p r e ve n t   t he   o ver l a p ping   b et we en  cu r re n t   a nd  v olt a ge   i n   se mi c o n duc t o r  de v i c e s  d u r i ng  t u r n - O N   a nd  tu r n - O F F   c ond i tions  w her e   t he  v o ltag e ac ro ss  t h e   s e m i c o nduc t o r d e v i ce s  i s   r e duce d   t o  z e r o   b ef or e   the  cu r r ent  r i ses.  F i g ur e  6  show s  t h e  i l l u s t r a t i on  o f   s of t - sw itc hi n g   dur ing  tur n - O N   of   swi t c hi ng  d ev ice           F i gur e  6.   I llust r a t i on  o f   s of t- s w itc hi n g   dur in g  tur n - O N   c ondit i on    max 2 I V kT L out s r   out s r V I kT C 2 max   1 . 0 r s C C So f t - s w it c h in g V ds I ds Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     28 8 –  29 9   29 4 By  a p p l y in g  pa ssive   l oss l ess  snu b b er   c ircu i t ,   t he  s w i t c h i ng   l os s   i n  4 - l e v e l  c a p a c i t o r - c l a m p e d  b o o s t  c o n v e r t e r   is  a ppro x i ma t e ly  e l i m i nate d  w h e r e  the  sw i t chi n g  loss   a re  a ppr ox ima t e l y  z e ro.   Thus,  t h e   sw itc h i n g   l oss   in   4 - leve l  ca pa ci t o r-cla mpe d   b o o s t   c o nve r t er  c a n   b e   neg l e c t e d   i n  ord er   t o  calc u la te   t he  e f f ici e ncy of th e   c o nver t er .  In  4 -le v e l   c a p a c itor - clam pe d  bo os t  co n v er t e r  onl y  c o n s ide r   c on d u c tio n   lo ss  o f   s emi c ondu c t o r   d e v i c e s   w h i ch   MO S F ETs and  di o d e s .     4.3.  Ba l an cin g   o f volta ge  str ess on   s witch i n g  d evice s    I n  o r d e r  t o   a c h i e v e   s o f t - s w i t c h i n g  c o n d i t i o n ,  t h e  v o l t a g e  s t r e s s  on  sw i t ching  devices  must  b e  bala nc e d .  Th us ,  ma ximum   a n d  m i ni m u m   v o lta ge  a n d   c ur re nt   o f  sw i t ch ing  d e v i ce s  c a n   b e  d e t e rmi n ed .  Du e  t o   impro p e r   c hargi n g  an d  d i sc ha rg ing  o f   c a p acit o rs  i n  4-le v e l  ca pa ci to r-cl a mp ed   b oo st   c o n v e rt e r ,  au t o ma t i c  vo lta ge   r e g ul a t or   c o n t ro ll e r   i s  re q u ire d   t o  con t ro l  the   c h ar gin g   a n d  d i s c harg in g  o f   c a p ac it or- c lam p e d   [ 8] .  Fai l u r e  t o   b ala n ce   t h e   cap aci t o r-c l a m p e d   v o lt a g e,  m a y   c a u se s  t h e  vo lta ge   s t r ess  o n   s w i t c h i ng  de vice s  un ba lanc e d .  H o w e ver ,   t h i s  pa per  onl y  c o n s i d er s  nat u ral  ba l a nc in g  c i rcui t  in  o rder   t o   bala nce   t h e  v o l t a g e   st r e ss on  sw itc hi n g  de v i c es i n   4- l e ve l c a pac i tor - clam ped  b o o s t   co nv e r t e r ci rc ui t .       Bas i ca ll y,   n a t u r a l   b a l a n ci n g   c ir cu it  o n l y  c o n s is ts  o f  in duc t o r   an d  ca pa ci to r.  I n   o r d e r  to   d et ermi n e   t h e   in duc ta nce   a n d   ca paci ta nc e  of   n a t ur al  b a l a n c i n g   c i r c u i t ,   the pa r a m e ters are   c omplem e n t ea c h   o ther . H o w e ver ,   due to  m u lt ile v e l  str u c t ur e,   t h e   r esona nt  fre q u enc y  is  eq ua l   to   t hre e   tim es  o f  sw itc h i n g   f r e que n c y.  T he nat ural   bala nc i n g  c i r c ui t   is  c o nne c t e d   a t  the   i n pu t   s i de   o f  4 - l e vel   ca p a c i to r-cl a mp ed  boo s t   c onv ert e r  ci rcu i t   wh i c h   i s   para l l e l   w i t h  t h e  thre e  sw itc hi n g   d ev ices.   C o m m onl y,  t h e   i nd uc t a n ce   a nd   c a p ac i t anc e   of  n a t ural  b al anc i n g   circ u i t   u s ed   a re   s m a ll   i n   va l u e.   E ve n  t h o u gh,  t he   n a t ural   b a l a n ci n g   c ircui t   i s   u s ed,  for   a   be tte r  resu l t s  an d   perform ance   o f  c o nver t er ,  close d   l oo p  c o n t r o ller   is  r e c o mm ende d   i n  order   to  c o n t rol  the   char gi n g   a n d   d i s c h a r g i n g   o f  c a p a c i t o r - c l a m p e d   w h i c h  c a n  a f f e c t  t h e  v o l t a g e  s tr ess  on  sw i t ch i ng  dev i ce s  i n   m u lti lev e l   st r u c t ure  circ u it.        5 .   S I M ULATIO N  RE S U LT S    Tabl e  2   sho w s  t h e  sp e c i f i c at ion s   o f   2 - l e ve l   conv e n ti on a l   boo s t   c o nver t e r   a nd  4-le ve l   ca pac i tor- clam ped  b o o s t  con v er ter  b y   us in g  ha rd-sw itc hi ng  te c hni q u e.   M e a n wh il e,  T a b l e   3   s h o w s  th e  sel e c t ed  sp e c i f i cat i o n s   o f   sof t -swit c h i n g   ci rcui t   fo r  2 - l e v e l   conve n t i o n a l   b oost   con v erte r  a nd  4- leve l   ca p a cit o r- clam ped  b o o st  c on verte r .      Tab l e  2.  S pe cificat i o n s  for  har d-sw it c h i n g  t e c h n i que   Spec ifi c a tions  V alue   Output  pow e r ,   P ou t  (W )   1600   Output  vol ta ge ,  V out   ( V )   400   Duty  c yc le ,   D  0 . 5   Sw it c h i ng  f r e que ncy ,   f sw   ( k Hz)  1 5 , 3 0 , 5 0  B oost  induc t o r ,   L ( 2 - l evel )   ( m H )   0. 5  B oost  induc t o r ,   L ( 4 - l evel )   ( m H )   0. 5  C a p aci to r - cl a m p e d   1 ,   C 1  (µ F )     200   C a p aci to r - cl a m p e d   2 ,  C 2   ( µF )  200   O u t p u t   cap acit o r ,   C out  ( µF )  470       Ta b l e 3.  S elec t e d spec i f i c a t i o n s   o f so ft- s wit c hi n g  c i r cu it   P a ra m e te r  V a l u e   S w itc hing  fre que nc y ,   f sw   (kH z )  15   3 0   50   S nub be r  induc tor,   L r   ( µH )  8  4  2  S nub be r  ca p a c i tor ,   C r  (nF)  10   5   3   B u ffe r ca p a c itor,  C b   ( µF )  100   5 0   30       5.1.  Losse s an al ys is  i n   h a rd -switc h i n g   t ec hn iq u e   I n   t h i s  ana l ysi s ,  sam e   s pe cifi ca t i o n s  a r e  used  f or  2 -le v e l   c on v e n t i ona l  b o o s t   c onve rter  a nd  4-le v e l   c a p a c ito r  boo st   c o n v e rt e r   by  u s in g  se le ct e d   s w i t c hi ng   f req u e n c y   w h i c h   a r e   1 5   kH z ,   3 0  kH z,   a n d   50  kH z .   P r i n c i pa ll y,   i n   ha rd-sw itc h i n g   t e c h n i qu e ,   t he  s w i tch i ng  l o ss  is   i nc rea s ed  w hen  hi g h   s w i tc hi n g   f re qu e n cy  i s   use d .  IX F H 20 N 80Q   o f  M O S F ET  m odel   a n d  V S -20ETS P B F   o f   d io de   m ode l   a re  c onsidered  f o r  analys is   o f   2- l e v e l  co nv ent i o n a l  boo st  c o n v e rt er.  M ean wh il e,  N TE2 9 21  of  M OSFE T  mo d e l   an d  SBR2 0 A 300CT  of   d iod e   mode l  a r e  c ons ider e d   f or  4 -le v e l   c a p ac it or- c lam p ed  b o o st  c on ve r ter.   T hus,   from   the  sim u la ti on  resu l t s,   it  has  b e e n  v e r i f i e d   t h a t  t h e  s w i t c h i n g  l o s s   i s  i n c r e a s e d  a s   t h e   h i g h   sw i t c h in g   freque nc y  is  u se d.  H ow e v er,   the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       4-le ve l c a p a c itor- cl am pe d bo os t c onver ter  w i t h  h a rd-s wit c hi n g  an d.. .   (A.N.  Kasir a n)    29 5 conduction  loss  r e m a ins  same.  Th i s  i s   b e c a u s e  t h e  c o n d u c t i o n   l o ss  is  n o t   r elate d   t o  t h e   sw i t c h in g  per i od.   I n   o r d e r  to   o bt ain  t h e  eff i c i en c y   o f   th e   c o nv e r t e rs ,  t h e  lo ss e s   o n ly   c on sid e r  swi t c h i ng   l o s s   an d  c ond u c ti on   l oss   o f   sem i c o nd uc tor   de vice s.   T a b l e   4   s h o w s   t he  l o s se s  ana l ys is  o f  2- l ev el   c on v e n t i o n a l   bo ost   co nv ert e r  an d  4-l e v e l   c a p a c ito r-cl a mp ed  boo st   c onv e r t e r  in   h ard - swi t c hi ng   t e c hn iqu e   w it h  di ffere nt  s w itc hing   f req u e n cie s .  The   to t a l   p o w e r  lo sse s   c o n si st  o f  sw it c h in g  l o s s   a t   MO S F ET  a n d   c o n d uc t i on  lo ss  a t  MO S F ET  a n d  di o d e.   B y   con s i d eri n g   th e   sw itc h i n g   freque nc y  50  k H z,   t he   t o t al  p ow e r   l os ses  in cre a se  i n  2-le ve l  c onve nti ona l  b o o st   con v er t e r  a n d   4-le ve l  ca pa cit o r-cla mpe d   b o o s t   c onve rt er  w he re  t he   v a l ue   i s  22. 53   W   a n d   3 7 . 31  W,  re sp ec ti v e ly .  Al mo st   3 0 %   s wi t c hi ng   l o s s  i n cre a s e s  by  in c r e a s ing   t h e   s w i tch i ng   f r e que nc y  t o   3 0  kH z .   M e an whi l e ,  almo st   7 0 %   s wit c hi n g   l o ss  inc r e a s es   b y  in crea si n g   t h e   sw itc h i ng  fre q ue ncy   t o   5 0   kH z.  T he  efficie n c y   f o r   2 -le v el  c o nve nti o nal   b o o st   c o n v e r t er  a n d   4 -l evel   c ap a c it o r-cl a mp e d   boo s t   c o n v e rt e r   i s  98 .59%  and  9 7 . 6 7 % ,  r e spec ti ve ly.  D u e  t o   a n  a d dit i ona l  of  s e m ic o n d u c t or   d e v i ces,  t h e  to t a l   p o wer  l o sse s  in c r ea se   i n  4-le ve l   ca pac i t o r-c lam p e d   b o o s t   c o n v erter .   I n  th is  a nal y s i s,   t h e  lo sse s  o f   2 -l ev el   c onv e n ti o n a l   b o o s t   co nv ert e r  have   t he   l ow e r   v a l ue   i f  co m p are d   t o  the   4-leve l  c a p ac i t or- c lam p e d   b oos t   c o n v erte r   as  h i g h  sw it c h in g  fre que nc y  is   u se d.  F i g ur e  7  s how s  t h e  t o t a l   pow er  l os ses  o f   2 -l ev el   c onv en ti o n a l   boo st  c o n v e rt e r   a nd   4 -l e v el   ca paci t o r-c l a mpe d   b oos t  c o n v e r ter  aga i ns t  sw itc h i ng  fre q uenc y.   Mea n w h ile ,  F i g u re  8   s how s  the  sim u l a t i o n   resul t   o f  2-le vel  c o nve n t i ona l  b oos t   c o n v er t e r  a n d  4-l e ve l   ca pa ci to r-c l amp e d   boost   c onv e r t e r  in   h ard - sw it c h i n g  co nd iti on w ith sw i t c hi n g  freque nc y 15 kH z is us e d .       Tab l e  4.  L osse s w h en  u sin g   H ard- sw i t c h i n g Te ch ni q u e   C onve rt e r   S tr uc ture  Swit c h ing  Fre que n c y   ( f sw )  Swit c h ing   Lo s s ( P sw )  C onduc t i on  L o ss ( P co n d )  To t a l   P o w e r   L o sse s ( P lo s s )  2- le ve l c onv e n ti ona l   boost  c onve r t e r   15  kH z  0. 33  W  21. 44   W   21. 77  W  30  kH z  0. 66  W  21. 44   W   22. 10  W  50  kH z  1. 09  W  21. 44   W   22. 53  W  4- le ve l c a pac i tor - c l am p e d  boost  c onve r t e r   15  kH z  0. 58  W  26. 88   W     35. 94  W  30kH z   1. 17  W  26. 88   W   36. 53  W  50  kH z  1. 95  W  26. 88   W   37. 31  W          F i gure  7.  G rap h   o f  to tal  pow e r   l osses  agai ns t   sw it c h i n g  fre q uen cy           ( a )  2-leve l  con v en t i o n a l  b oos t  conve r t e r ( b ) 4- l e vel c a p a c ito r - c lam p e d   b oos t c o n v erte r   F i gure   8.  S i m ulat i o n  re su l t  in  ha rd-sw i tch i ng  cond i tio n  w ith   f s w  = 1 5  kH z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     28 8 –  29 9   29 6 5.2.  Powe r  l os ses r e d u c t i on  in   soft- s wi t c h i n g  te c h n i q u e     In   o rd er  t o   an a l y z e  t h i s   p a r t ,   t h e   p a r amet er  s el ect ion   o f   p a s s i ve  l ossle ss  s n u b b er   c irc u it  in   T a b le   3   are   cons i d ere d .  F r om  t he   s i m ulat ion   re su lts,  i t   s h o w s   t h a t   the   p a ss iv e   l o ssl ess  sn ubber  c i rcu i t   a r e   a b l e   t o  tack le  t he  p ro b l em   o f  sw itc h i ng  loss  i n   2 - l e v el  c o n v e n tio n a l  bo ost  c o nve rter   a nd  4-leve l  c a pac i t o r - cla m ped   bo ost  c o nve rte r .   Ba sic a lly,   th is  p ass i ve  l ossl ess  sn u b be r  c i r c u it  re a lize s   s o f t-sw i t c h in g  c o n d i t i o n   dur in g  tur n - O N   a nd  t u rn-O F F   of  t he  s e m ic ond uc tor   d e vice s.  T he   s i m ulat i on  re sul t   s h o w s   t ha t  t h e  sw itc hi ng  l o ss  o f   sem i c o nd uc tor   dev i ce s  in  b ot h  co n v er ters   i s  ap prox im a t el y  zer o.   F i gur e  9  s how s   t h e   s o f t -sw itc hin g   con d i t i on s  of  2 -leve l   c on ve nt i ona l  b o o s t   c o n v erter   a n d  4-le vel   c a pac i tor- clam ped   b o o st  c on ver t er  i s  a c h ieve d   dur in g  t h e  t u rn -O N   condi t i o n  at  S 1 .   F r om   t he   r e s ult s ,  there   a r e  no  o v e r la pp i n g betw e e n   c ur re nt   a n d  v o l ta ge   i n   sem i c o nd uc tor de v i c e s w h i c h lea d  t o n o  sw i t c hi n g  l oss pro d u c e d.  Ta b le  5  s how s th e l o sse s  ana l y s i s of  2 - l eve l   con v e n t i ona l  b oost  c o nve rter  a nd  4-le ve l  ca pa ci tor - clam pe d  b o o s t  c o n v erter   w h i c h  onl y   con s i d er  c o nduc t i on   lo ss  o f  MO S F ET  an d  d i ode   due  t o  sw i t c h i ng  l o ss  is  t o o   s m a ll   a nd   can   b e  n e gl e c t e d .  M e a n whi l e,  F ig u r e   10  sh o w s  th e   g r a p h  of   t o t al   powe r   l o sse s  a g a i nst  swit c h in g  f r eq u e n cy   f o r   2 -l e v e l   c onv ent i on a l   boo st   c on v e rt e r   and  4- leve l c a p a c itor - clam pe d   boost  co n v erte r .          (a) 2-le ve l con v e n tio na l b oos t   c onver t er   ( b) 4- l e v el c ap ac itor - clam pe d   boost  co n v erte r     F i gure   9.  S im ul a t ion  resu l t  of  soft-sw itc h i ng  con d i t i on w i t h   f sw  = 1 5   k H z       Tab l e 5.  Losses  Whe n   U si n g   S oft-S w itc hi ng   T ec hn i q ue   C onve r t e r   S truc ture  S w i t c h ing  F r e que n c y   ( f sw )  Swit c h ing Los s   ( P sw )  C onduc tion  L o sse s ( P co n d )  Tot a l   P o w e r   L o sse s ( P loss )  2-le ve l c onv e n tiona l  boost  c onve rte r   15  kHz   A ppr o x i m a t e l y   e q u a l to 0 W   ( N eg l e ct ed )   12. 25  W  12. 25  W   30  kHz   11. 38  W  11. 38  W   50  kHz   11. 05  W  11. 05  W   4-le ve l ca p a c itor-cla mp e d   boost  c onve rte r   15  kHz   A ppr o x i m a t e l y  e q u a l to 0 W   ( N eg l e ct ed )   28. 15  W  28. 15  W   30kHz   29. 47  W  29. 47  W   50  kHz   29. 67  W  29. 67  W           F i gur e 1 0 .   Gr a ph o f  t ot a l  p ow er  losse s aga i nst  sw itc h i n g  freque nc y       D r ai n - S our ce  C u r r ent   ( A ) I ds  = 1 1.65  A D r ai n - S our ce  V o l t ag e  ( V ) V ds = 40 0 V So f t - s w it c h in g P ou t   =  1600  W V ou t   =  4 00 V I ds   =  8 A D r ai n - S o ur ce   C u r r e nt   ( A) So f t - sw i t c h i n g D r ai n - S our ce  V o l t age  ( V ) V ds = 132 V P out   =  160 0 W V out   =  4 00 V Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       4-le ve l c a p a c itor- cl am pe d bo os t c onver ter  w i t h  h a rd-s wit c hi n g  an d.. .   (A.N.  Kasir a n)    29 7 The   to ta l   p o w e r  losse s   i n  2-le vel  c o nve n t i o na l  b oost  c o nve rter  a nd  4- l e ve l  ca pac i tor-c la m p e d   b o o st   c o nv e r t e r  i s   r ed u c ed   i f   c o mp are d   t o   t h e  h a rd -swi t c hi ng   t ec h n iq u e.   E ve n  th o u g h   h i g h   sw i t c h i n g  fr eq u e nc y  is   use d ,  the   to tal   pow e r   l osse s  of  c o nver t e r s  by  us ing  pa ssi ve  l os s l e s s   s n u b b e r  c i r c u i t   i s  l o w e r  t h a n   t h e   con v er t e rs  u si n g   h a r d-swi t c h in g  t e ch n i q u e.   F rom   the  re sult,   t o t al   p o w er  l o s s e s  i n   2 -l e v el   c onv e n ti on al   b oo st  con v er t e r  a n d  4-le ve l  c a pac i t o r- clam ped   b o o st  c on ve rter  i n  50   k H z  s w i t c h i n g   f r e q u e n c y  a r e   1 1 . 0 5   W  a n d   29.6 7   W ,   re sp e c ti ve l y .  If  the   l o sse s   r esu lt  i s   c om par e d  w i t h   h a rd-sw i tc hi n g   t ec hn i que ,   t h e   losse s  in   s o f t- sw it c h i n g  t ech ni q u e  is  r e duce d .  The  effic i e n cy  o f  2- leve l   c o n v e nti ona l  bo ost  co nver t e r   a nd  4-le ve l  ca pa cit o r- c l a m p e d  boo st  c o n v e rt e r   i n c re a s e  b y   u s i ng  so ft -swit c hing  t e ch ni que,   where   t h e  e ffici enc y   i s  9 9 . 3 1 %   a n d   98.1 5 %,   r espe c tive l y.   B y  in cr easin g  the   s w i t c h in g  fr eq u e nc y,  t h e  t i me -O N   for  the   se mic ond uc t o r   dev i ce s   bec o me  sm a l l e r  w hi c h  c a u se t he  co n duc t i o n  lo ss dec r e a se.   Th us,  soft-sw i tc hin g  t e c h ni q u e  pla ys a  v ita l role i n  order   t o   r educ e  t h e   sw itc h i n g   l oss  of  s e m i c on d u ct or  d e v i c e s ,  w h ere   thi s   t e c h n i q u e   is  m or e  effect i v e   when   hi gh  sw it c h i n g   fre q u e nc y  i s   u se d.        5.   CONCL U S ION    A s   t he   c o n c l us ion,   t he  a u t h o rs  h a v e  disc uss e d  a nd  com p ar ed  t he   e f fi ci enc y   o f  2 - l e v e l   co nv en ti o n al  bo ost  c o n v erte r   and  4- le v e l  capa c i t o r-cla mpe d   b oost  c o n v e r ter  b y   a ppl y i ng   h ard - swi t c h i ng   t echni q u e  a n d  so ft -swit c hi n g   t e chni qu es.  The   l o sse s  at   s emi c o ndu c t o r   d e v i ces,   w hic h   a re  s w itch i n g   l o ss  an d  c o n duc t i on   l o s s ,  are  co n s id ere d .  In   s i m ul at io n  wo rk s,  t h e   s wit c h i ng   l o ss  i ss ue  i s  re c t i f ied  b y   a pp l y i ng  s o ft-sw i tc hi n g ,  w h er e  it   h as   b ee n  rea liz e d   b y  u s i ng  pa ssiv e   l oss l ess  s n u b b er  c i r c u i t.  T h e   a d d i tio na l  c i r c ui t   of   s o f t-sw it c h in g   ma y  r e duce   t h e   losses of c o n v e rte r   a t  h i gh s w itc hi ng fr e q u e ncy.   D ue t o h i gh sw itch i ng freque nc y, t he v o l um e   of  c on verte r   c an  b e   r e d u ce d  as  w ell.  M or eover ,   t he   c irc u i t   s t r u c t ure  o f   4 -le v e l   c apa c itor - clam pe d  bo ost   con v er t e r  a l so  a ble  t o   r ed uce   the  c o nver t er   v o l um e.   F urtherm o re ,  by  ap ply i n g   s oft-sw i t ch i ng  tec hni q u e,   t h e   r a n g e   o f   d u t y  c y c l e  f o r  a  c o n v e r t e r  i s   l i m i t e d .  F i g u r e   1 1  s h o w s   t he   r ela t i o nsh i p  be tw ee n  v o l u m e   o f  c o n v e r t e r   and  l o sse s   o f  c onve rter  b y  using  har d -sw i t c h i n g   o r  soft-sw i tch i ng   t ec hn iq ue s  w h e n   h i gh  sw i t c h in g  fre q uenc y   is  c o n si dere d.            F i gure  1 1 . Rel a t i o ns hip  of  v o l um e  con v erte r   a nd to t a l l o sse s   b y  us i n g  d iffe rent  s w itc h i ng  tec hn ique s      ACKNOW LEDG E MEN T   The   au t hors  w o u l d  like  to   e x p re ss  t he ir  a p p r ecia tio n  t o   t h e   U ni vers it i   T un  H u s s ei n  O n n  M a l a ysi a .  Th is  r esea rch   i s   f un de d  b y   t h e   U nive rs i t i  T u n   H u sse i n   O n n   M a l ay si a   u n d er  T ie r  1   R e s ear ch  G ra nt  ( Vot   No.  U8 58 ) an d   GPPS Research   G ran t   ( Vo t No .   U9 51 ) .       REFE RENCES   [1]  M .   A l  S a kk a,  J .  Van   M i erl o ,  and   H .   G ual o u s ,  “ D C/ DC  C onv erte rs   f o r   E lectri c  V e hicl es,”  S .  B.  T .-E.   V .-M .   a n d   S .  S o y l u, Ed .  Rijeka: In Tech,  p .   C h. 1 3,  2 0 1 1 .   [2]  A.  P onn iran ,  K.  O ri kawa,   and  J.  I t oh,  “ F u n d amen tal  Operatio n  o f   M arx  T opology   f or  H ig h   Boos t  Ra ti o   D C -DC  Converter, ”   IEEJ J. Ind.  A ppl. ,   v o l.   5 ,   no. 4,   pp. 3 29–338, 2016.   [3]  A.  B .  Ponniran,   K .   Or i k aw a ,   a n d  J .   i .  I t o h ,   “ I n t e r l e a v e d  h i g h   boo st  r ati o   M arx   t o p o l ogy   D C-D C   c o nvert er,”  i n  20 15  IEEE 2nd Int e rn ati o na l Future  Energy El ect ronic s   Conference  ( I F E EC ) , p p .   1–6, 201 5.        V o l u m e  o f   c onv e r t e r To t a l   l o s s e s   So f t -s w i t c hi n g   t e chn i qu e  app l i e d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.