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.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   5 9 ~ 68   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 1 . p p 5 9 - 68          59       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   Desig n of F ull - b r i dg e DC - DC  Co nv erte r 31 1 /1 0 0  V  1 kW w ith  PSP WM  Metho to G e Z VS  Cond ition       T o ni P ra s et y a ,   F .   Da na ng   W ij a y a ,   E k a   F ir m a ns y a h   De p a rt m e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   I n f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y ,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Un iv e rsitas   Ga d jah   M a d a In d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   2 3 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   No v   2 8 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Dec   0 9 ,   2 0 1 6       En h a n c i n g   th e   s w it c h in g   f r e q u e n c y   c a n   in c re a se   th e   p o w e r   d e n sity   o a   f u ll - b rid g e   d c - dc   c o n v e rter.  Ho w e v e r,   p o w e lo ss   in   sw it c h es   w il in c re a se   d u e   to   th e   in ters e c ti o n   o f   v o lt a g e   a n d   c u rre n d u r in g   tu rn - o n   a n d   tu rn - o f f   tr a n siti o n   p ro c e ss .   T h e   sw it c h in g   p o w e lo ss   c a n   b e   re d u c e d   b y   m a k in g   th e   c o n d it io n   o z e ro   v o lt a g e   s w it c h in g   (ZV S wh ich   in   th is  stu d y   is  o b tain e d   b y   u sin g   th e   p h a se - sh if ted   P W M   m e th o d A c h iev in g   th is  c o n d it io n   re q u ires   a p p r o p riate   p a ra m e ters   su c h   a d e a d ti m e ,   l e a k a g e   in d u c tan c e ,   a n d   th e   p rim a r y   c u rre n o tran sf o r m e in   su ff icie n v a lu e .   In   th is  st u d y ,   ZVS   is  a c h iev e d   w h e n   th e   tran sf o r m e le a k a g e   in d u c tan c e   o f   1 4 . 1 2   μH   is  a d d e d   w it h   e x tern a l   in d u c tan c e   o f   2 4 . 2 9   μH   w h ich   is   in sta ll e d   i n   se ries   w it h   tran sfo rm e a n d   w h e n   th e   p rim a r y   c u rre n o f   tran sf o r m e is  m o re   th a n   1 . 2 8 9   A .   K ey w o r d :   DC - DC   co n v er ter   Hig h   f r eq u e n c y   tr an s f o r m er   L ea k ag i n d u cta n ce   P ar ac itic c ap ac itan ce   Z er o   v o ltag s w itc h i n g   Co p y rig h ©   201 7   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 :   E k Fir m a n s y a h   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   an d   I n f o r m at io n   T ec h n o lo g y ,     Facu lt y   o f   E n g i n ee r i n g ,   U n i v e r s itas   Gad j ah   Ma d a,   I n d o n esia .   E m ail:  e k a. f ir m a n s y ah @ g m ail . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   DC   p o w er   s u p p l y   is   i n cr ea s i n g l y   b ein g   u s ed   f o r   v ar io u s   ap p licatio n s   s u ch   as  b atter y   c h ar g er   ( f o r   r ec h ar g ea b le  b atter y   in   elec tr i v eh icle s ,   elec tr o n ic  eq u ip m e n t s ,   en er g y   s to r ag s y s te m s   in   p h o to - v o ltaic  an d   w i n d   p o w er   p lan t) ,   in d u ctio n   h ea ti n g ,   w eld in g   m ac h i n e,   a n d   o th er   ap p licatio n s .   DC   p o wer   s u p p l y   u s ed   a n d   d ev elo p ed   to d ay   is   a   s w i tch   m o d e   p o w er   s u p p l y   ( SMP S).   SMP h as  b ee n   c h o s e n   to   r ep lace   lin ea r   p o w er   s u p p l y   b ec au s o f   it s   h i g h er   ef f icie n c y ,   s m al ler   an d   lig h ter   s i ze   [ 1 ] [ 9 ] .   T h m a in   p ar o f   d p o w er   s u p p ly   i s   d c - d co n v er ter   w h ic h   h a s   v ar io u s   k i n d s   o f   to p o lo g y .   On o f   th e m   i s   f u ll - b r id g to p o lo g y   w h ic h   ca n   b ap p lied   to   a   h ig h er   p o w er   th a n   th o th er   to p o lo g ies  (   5 0 0   W ) .   T h is   to p o lo g y   i s   d ev elo p m e n o f   b u ck   co n v er ter   to p o lo g y   w i th   f o u r   elec tr o n ic  s w i t ch es  an d   i n s u lated   tr an s f o r m er   [ 1 0 ] [ 1 4 ] .   On   th e   d ev elo p m e n t,  t h co n v er ter   te ch n o lo g y   is   al w a y s   s tr i v ed   to   i m p r o v e f f icien c y   as  h ig h   a s   p o s s ib le  a n d   w i th   s ize  as  s m a ll  as   p o s s ib le.   So m e   w a y s   to   ac h iev e   t h ese  co n d iti o n s   ar d ev e lo p in g   f r o m   h ar d   s w itc h i n g   to   s o f s w itc h in g   m et h o d ,   ap p ly in g   h ig h   f r eq u e n c y   an d   s elec ti n g   co m p o n en t   v al u e s   ac co r d in g l y   [ 4 ] , [ 8 ] , [ 9 ] , [ 1 5 ] .   On o f   th f r eq u e n tl y   u s ed   s o f s w itc h in g   m et h o d   is   p h a s e - s h i f ted   P W M.   T h ai m   o f   t h at   m et h o d   i s   to   g et  ze r o   v o lta g s w i tch in g   ( Z VS)   co n d itio n ,   at  t h ti m e   o f   th e   s w i tch   t u r n - o n ,   th e   s w itc h   w i ll  b ac ti v e   w h e n   t h v o lta g v al u i s   ze r o .   So   th at   th e   p o w er   lo s s   i n   t h s w itc h i n g   p r o ce s s   ca n   b m i n i m ized   [ 2 ] , [ 1 6 ] , [ 1 7 ] .   T h p ar am eter s   th at  m u s b s ati s f ied   in   o r d er   to   ac h iev th Z V co n d itio n   ar leak ag e   in d u cta n ce   i n   s u f f icie n v al u e,   d ea d ti m a s   s m all   as  p o s s ib le  an d   cu r r en w h ich   is   g r e ate r   th a n   th e   v al u e   r eq u ir ed .   L ea k a g i n d u cta n ce   v al u is   v er y   d ep en d e n o n   t h h ig h - f r eq u e n c y   tr an s f o r m e r   d esig n .   Dea d ti m e   v alu i s   d eter m in ed   b y   co n s id er in g   t h v al u o f   r is ti m e,   f all  ti m e,   an d   d ela y   ti m o f   t h g ate - d r iv er   cir cu it   an d   th e   MO S FET   w h ich   ar u s ed .   W h ile   th e   cu r r en d ep en d s   o n   t h lo ad .   T h er ef o r e,   b y   m ak in g   t h d esi g n ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2017     59     68   60   m et h o d   an d   s elec tio n   o f   co m p o n en ts   f o r   co r r ec an d   ap p r o p r iate  co n v er ter   lo ad in g   ar ea ,   it  is   ex p ec ted   to   s ig n i f ica n tl y   r ed u ce   th s w itc h in g   lo s s es a n d   lo s s e s   in   t h co n v er ter   a s   w h o le  [ 1 2 ] , [ 1 3 ] , [ 1 6 ] , [ 1 7 ] .   Ma n y   s t u d ies  t h at  d i s cu s s ed   t h m eth o d   o f   m a k i n g   tr a n s f o r m er   a n d   also   t h eq u a tio n   t o   ca lcu lat e   th lea k a g i n d u c t an ce s   o f   ea c h   m et h o d   u s ed   [ 1 ] , [ 1 8 ] , [ 1 9 ] .   I n   p r ac tice,   t h er ar s e v er al  c h alan g e s   to   d esi g n   tr an s f o r m er   w i th   p ar a m eter s   a s   n ee d ed ,   in   o r d er   to   o b tain   th leak a g i n d u c tan ce   v a lu e   as  s m al l a s   p o s s ib le  to   ac h iev e   Z VS  co n d itio n .   T h er e f o r e,   o n   t h is   p ap er ,   it  i s   d is c u s s ed   th d es ig n   o f   d c - d co n v er ter   w i th   th e   p h ase - s h i f ted   P W m et h o d   to   o b tai n   Z V co n d itio n   w h ic h   m ai n l y   f o cu s es  o n   t h tr an s f o r m er   l ea k a g i n d u cta n ce .   T h en ,   if   th v al u o f   t h leak ag in d u ctan ce   i s   n o s u f f icie n t,  an   e x ter n al  i n d u cta n ce   w il b ad d e d   in   s er ies   w it h   t h tr an s f o r m er   to   in cr ea s th s ize  o f   th tr an s f o r m er   leak ag in d u c tan ce .   DC - D C   co n v er ter   th at  i s   m ad w ill  b u s ed   to   co n v er t   an   i n p u v o ltag e   o f   3 1 1   Vd to   ±   1 0 0   Vd o u tp u v o lta g e   w i th   m a x i m u m   p o w er   o f   1   k W .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   Fig u r e   1   is   b lo c k   d iag r a m   o f   th e   dc - dc   co n v er ter   th a t   h a s   b ee n   m ad e .   I n   g en er al,   t h d iag r a m   i s   d iv id ed   in to   f o u r   p ar ts p o w e r   s u p p l y ,   p o w er   co n v er ter ,   co n tr o cir cu it  a n d   s e n s o r s .   Ho w e v er ,   th e   f o cu of   th is   r esear c h   is   o n   t h p o w er   co n v er ter ,   p h ase - s h i f ted   P W m eth o d ,   an d   th e   f ac to r s   in   th at  m eth o d   to   o b tain   ze r o   v o ltag s w itc h i n g   co n d it io n s .   P ar ts   o f   th p o w er   co n v er ter   w h ic h   w ill  b d is c u s s e d   ar in v er ter   an d   h ig h - f r eq u en c y   tr an s f o r m er   b ec au s o f   t h eir   i m p o r ta n t r o le  in   Z VS c o n d itio n .           Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h d c - d co n v er ter   s y s te m   as a   w h o le       2 . 1 .       P o w er   Co nv er t er   2 . 1 . 1 .   F ull - bridg I nv er t er   I n v er ter   is   an   elec tr o n ic  cir cu it  th at  is   u s ed   to   co n v er d v o ltag in to   ac   v o lta g e.   A n   i n v er ter   w it h   f u ll - b r id g to p o lo g y   is   u s ed   b ec au s it  ca n   b ap p lied   f o r   h ig h er   p o w er   co m p ar ed   to   o th er   to p o lo g ies  (   5 0 0   W )   [ 1 2 ] , [ 1 3 ] .   T h is   to p o lo g y   r eq u ir es  f o u r   elec tr o n ic  s w i tc h es,  t w o   p air s   o f   to p   an d   b o tto m   s w i tch   ( S1 - S2     an d   S3 - S4 )   as i n   Fi g u r 2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       D esig n   o f F u ll - b r id g DC - DC   C o n ve r ter 3 1 1 /1 0 0   V   1 kW   w it h   P S P W M Meth o d   to   Get  . . . .   ( To n i P r a s etya )   61   E ac h   s w itc h   u s ed   i n   th co n v e r ter   m u s h as  h i g h er   v o lta g r atin g   t h an   t h s y s te m   v o lta g e   p lu s   1 0 %   o f   t h s y s te m   v o lta g e.   T h is   1 0 is   v o ltag e   s p i k t h at   s ti ll  ca n   b to ler ated   i n   a   s y s te m .   B ec au s s y s te m   v o ltag e   is   3 1 1   V,   t h s w itc h   u s ed   m u s h av e   h i g h er   v o ltag r atin g   th a n   3 4 1 . 1   V.   T h s witch   c u r r en t   r ati n g   s h o u ld   b h ig h er   t h an   t w ice  o f   th n o m i n al  c u r r en p ass i n g   th r o u g h   t h s w itc h   at  f u ll  lo ad   co n d itio n s   i n   o r d er   to   av o id   d am a g to   th s w i tc h   at  th ti m o f   s p ik cu r r e n t.  T h ap p lied   f u ll - lo ad   cu r r en is   3 . 2 1   A ,   s o   th e   s w itc h   u s ed   m u s h av e   h ig h er   cu r r en r ati n g   t h an   6 . 4 2   A .   Fro m   t h ese   p ar a m eter s ,   MO SF E T   w it h   I R F7 4 0   s er ies  ar ch o s en .   T h is   MO S F E T   h as  m ax i m u m   v o lta g r atin g   o f   4 0 0   an d   m ax i m u m   cu r r en o f   8   A   th a is   s u f f icie n f o r   th ap p licatio n   o f   th i s   co n v er ter .           Fig u r 2 .   Sc h e m atic  o f   f u ll b r id g in v er ter       I n   t h d c - lin k   s id as   s h o w n   in   Fig u r 2 ,   s n u b b er   ca p ac ito r s   ar in s talled   in   p ar allel   to   r ed u ce   th e   v o ltag e   s p ik e   t h at  o cc u r s   in   th M OSFET   to   th p er m is s ib le  v al u e s .   T h ese  ca p ac ito r s   s h o u ld   b a n   a c   ca p ac ito r   w it h   lo w   E S R   ( eq u iv a len t   s er ies  r e s is ta n ce )   v al u an d   ab le  to   w i th s tan d   h i g h e r   v o ltag t h a n   i n   t h e   s y s te m .   T h er ef o r e,   ce r a m ic  ca p ac ito r   8 2 0   p w it h   v o lta g r atin g   o f   4 5 0   in   p ar allel  is   u s ed .   O n   ea ch   g ate - s o u r ce r esis to r s   4 k 7     ar i n s talled   in   p ar allel  ( R 1 ,   R 2 ,   R 3 ,   R 4 )   as a   p u ll - d o w n   r esis to r .   T h f u n ctio n   o f   ea c h   r esis to r   is   to   en s u r th a t th s w itc h   w il l b co m p lete l y   o f f   w h e n   n o   s i g n a l c o m i n g   i n to   t h g ate.     2 . 1 . 2 .   H ig h F re qu ency   T ra ns f o r m e r   Hig h   f r eq u e n c y   tr an s f o r m er   p lay s   a n   i m p o r tan t   r o le  i n   a   d c - d co n v er ter .   I is   u s ed   to   s tep - d o w n     v o ltag   a n d   as  a n   i n s u latio n   b et w ee n   th in p u an d   o u tp u s id o f   th co n v er ter .   Mo r eo v er ,   it  ca n   d eter m i n e   in   ac h ie v i n g   Z VS  co n d itio n   in   p h ase - s h i f ted   P W m et h o d   [ 1 ] , [ 1 9 ] .   T h s elec tio n   o f   s w itc h i n g   f r eq u e n c y   w il d eter m i n p o w er   d en s i t y   o f   tr an s f o r m er .   Ho w e v er ,   p r o b lem   i n   i n cr ea s i n g   th s w i tch i n g   f r eq u e n c y   i s   th s w itc h in g   lo s s es  i n   t h MO SF E T   o n   th i n v er ter   s id w i ll  also   i n cr ea s e.   T h o s l o s s es  ar d u to   t h e   in ter s ec tio n   b et w ee n   th v o lt ag an d   cu r r en d u r in g   tu r n - o n   an d   tu r n - o f f   p r o ce s s .   T h e r ef o r e,   ap p r o p r iate  s w itc h in g   f r eq u en c y ,   s w itc h i n g   m et h o d ,   an d   co m p o n e n d esig n   s h o u ld   b m etic u lo u s l y   ch o s en   i n   o r d er   to   o b tain   m o r co m p ac a n d   lig h ter   co n v er ter   w ith   h i g h er   p o w er   ef f icien c y .   I n   t h d esig n ,   t h o p er atin g   f r eq u en c y   u s ed   i s   2 5   k Hz.   Fer r ite  co r u s ed   is   Mn Z n   b ec au s o f   it s   lar g r e s is t iv i t y .   T h u s ,   at  h i g h   f r eq u en c y ,   th ed d y   cu r r en t lo s s   ca n   b i g n o r ed   d u to   its   v er y   s m all  r ati o   to   h y s ter esi s   lo s s   [ 4 ] , [ 1 2 ] , [ 1 3 ] , [ 1 6 ] , [ 1 8 ] [ 2 0 ] .           Fig u r 3 .   Hig h   f r eq u e n c y   tr a n s f o r m er     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2017     59     68   62   2 . 2 .   P ha s e - s hift ed  P WM   m et ho d   I n   co n v e n tio n al   m et h o d ,   th d u t y   c y cle   o u tp u o f   in v er ter   is   r ep r esen ted   b y   th e   d u t y   c y cle  o f   th e   m icr o co n tr o ller   o u tp u P W M,   w h ile  in   th e   p h ase - s h i f ted   P W m et h o d ,   th P W d u t y   c y c le  is   m ai n tai n ed   at   v alu o f   5 0 %.  T h en   th d u t y   c y cle  o u tp u o f   t h i n v er ter   is   s et  b y   s h i f ti n g   th p h ase  b et w ee n   t h d iag o n a l   s w itc h es  p air   as  s ee n   i n   Fi g u r 4   [ 1 6 ] , [ 1 9 ] T h m a g n itu d o f   th p h a s e - s h i f ted   P W is   s h o w n   at   t h ti m e   t to   t 2   an d   t 3   to   t 4 .   An   i m p o r ta n t p ar t in   th p h ase - s h i f ted   P W m et h o d   is   d eter m i n in g   t h v al u o f   d ea d ti m w h ic h   in     Fig u r e   4   is   s h o w n   i n   t h p er io d   t 0   to   t 1   an d   t 2   to   t 3 .   T h d ea d ti m v alu s h o u ld   b s et  a s   s m all  a s   p o s s ib le  s o   th at  t h lea k a g i n d u cta n ce   v alu i s   s m aller   a n d   Z VS  ca n   b r ea ch ed   at  w id er   ar ea .   B u t   t h d ea d ti m v alu e   also   s h o u ld   b lar g en o u g h   t o   av o id   s h o r cir cu its   th at  m a y   o cc u r   d u to   th t u r n - o n   a n d   tu r n - o f f   p r o ce s s   in   MO SF E T .   W ith   co n s id er atio n   o f   r is ti m e,   f all  ti m e,   a n d   d ela y   ti m v al u o f   t h g ate - d r iv er   cir cu it  a n d   th e   MO SF E T   th at  is   u s ed ,   th e n   th d ea d tim v al u s elec ted   is   2 5 0   n s .           Fig u r 4 .   P h ase - s h i f ted   P W m et h o d   s ch e m e       2 . 3 .       P a ra m et er s   li m it a t io n in p ha s e - s hift ed  P WM   m et ho d t o   g et   t he  Z V S c o nd it io n   2 . 3 . 1 .   Det er m i nin g   o f   t he  m a x i m u m   dea dti m e   T h p r o ce s s   o f   ch ar g in g   a n d   d is ch ar g i n g   e n er g y   o f   p ar asit i ca p ac itan ce   o f   th e   MO S FE T   o cc u r r e d   in   t h d ea d   ti m e.   T h e n er g y   t r an s f er s   f r o m   t h p ar asit ic  ca p ac itan ce   to   t h lea k ag in d u ct an ce   an d   al s o   f r o m   th lea k ag i n d u cta n ce   to   p ar asit ic  ca p ac itan ce   o f   th M OSFET   in   o th er   s id is   h ap p en ed   w h e n   t h to p     an d   th b o tto m   s w itc h   p air   ar o f f   to g et h er   [ 1 2 ] , [ 1 3 ] , [ 1 6 ] T h v alu o f   t h m a x i m u m   d ea d ti m ca n   b e   d eter m in ed   b y   u s in g   eq u atio n   ( 1 ) .   Dea d tim v alu w a s   af f e cted   b y   th r eso n a n f r eq u en c y   ( W r )   ex p r ess ed   in   eq u atio n   ( 2 )   [ 1 3 ] , [ 1 6 ] , [ 2 1 ] .   T h m a x i m u m   v al u o f   d ea d tim e:       t de a dti m e   ( m a x )     2       ( 1 )     T h r eso n an   f r eq u e n c y :     W r   1 (     )   ( 2 )     2 . 3 . 2 .   Det er m i nin g   t he  m i ni m u m   v a lue o f   lea k a g ind uct a nce   L ea k ag i n d u cta n ce   t h at  is   u s ed   m u s b ab le  to   s to r en er g y   f r o m   d is c h ar g i n g   o f   t w o   MO SF E T   p ar asit ic  ca p ac itan ce   ( C oss )   co u p led   in   p ar allel  w it h   t h ca p ac ita n ce   tr an s f o r m er   ( C xf m r ) .   I n   p r ac tice,   th v alu e   o f   ea ch   C oss   n ee d   to   b e x ce e d ed   b y   f ac to r   o f   4 /3   to   ac co m m o d ate  th in cr ea s e   in   ca p ac itan ce   d u to   h ig h   v o ltag o p er atio n   [ 1 3 ] , [ 1 6 ] , [ 2 1 ] T h to tal  v alu o f   C r   i s   s h o w n   in   eq u atio n   ( 3 ) .   W h ile  th a m o u n o f   e n er g y   r eq u ir ed   in   ca p ac ito r   w h e n   t h tr an s itio n   p r o ce s s   is   d eter m in ed   b y   th eq u a tio n   ( 4 ) .   T h to tal  o f   r eso n an ce   ca p ac it an ce :       [ ( 8 3 x C o s s )   C xf m r ]   ( 3 )   T h ca p ac itiv en er g y   r eq u ir e d   w h e n   t h tr an s itio n   p r o ce s s :       W ( C r )   1 2     ( ) 2   ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       D esig n   o f F u ll - b r id g DC - DC   C o n ve r ter 3 1 1 /1 0 0   V   1 kW   w it h   P S P W M Meth o d   to   Get  . . . .   ( To n i P r a s etya )   63   B y   u s i n g   th eq u at io n   o f   ca p a citan s   a n d   in d u c tan s   en er g y   e q u iv ale n ce ,   th lea k a g in d u c t an ce   v al u ( r eso n an t i n d u cta n ce )   ca n   b d eter m i n ed   b y   t h eq u atio n   ( 5 )   an d   ( 6 ) .   L ea k ag i n d u cta n ce   r eq u ir ed :     L r   1 2     ( 5 )     L r   =   1 [ 2     ( deadt im e   ( m ax ) ] 2   [ ]   ( 6 )     2 . 3 . 3 .   T he  m i ni m u m   v a lue o f   t he  t ra ns f o r m er   pr i m a ry   curr ent   T h am o u n o f   e n er g y   s to r ed   in   t h in d u cto r   is   v er y   d ep en d en o n   t h a m o u n o f   c u r r en f lo w s .   I n   o r d er   to   ac h iev Z VS  co n d itio n ,   th e n er g y   s to r ed   in   t h in d u cto r   m u s b g r ea ter   th a n   o r   eq u al  to   th a m o u n t   o f   en er g y   s to r ed   i n   t w o   M OS FET   p ar asit ic  ca p ac ita n ce s   r el ated   [ 1 3 ] , [ 1 6 ] , [ 2 1 ] .   T h eq u at io n   f o r   ca lcu lat in g   th m in i m u m   cu r r en t v al u ca n   b d eter m in ed   b y   t h f o llo win g   eq u atio n .   T h m i n i m u m   v al u o f   c u r r en t   r eq u ir ed :       I p ( m in )   = [      2 ]   ( 7 )     2 . 4 .   H a rdw a re   s et up   Har d w ar s et u p   a n d   d escr ip tio n   o f   ea c h   p ar o f   t h f u ll - b r id g d c - d co n v er ter   t h at  h as   b ee n   m ad i s   s h o w n   in   F ig u r 5 .           Fig u r 5 .   Har d w ar s etu p   o f   f u ll - b r id g d c - d co n v er ter       3.   RE SU L T A ND   AN AL Y SI S   3 . 1 .   P ha s e - s hift ed  P WM   Mic r o co n tr o ller   o u tp u P W is   d esi g n ed   in   co m p le m e n tar y   m o d e.   T h is   m ea n s   th at   b et w e en   p air s   o f   h ig h   a n d   lo w   P W s h o u ld   b o p p o s ite  ea ch   o th er   an d   h a v d if f er e n p h a s es  o f   1 8 0 0 .   T h u s ,   P W M1 L   co n tr ar y   to   P W M 1 an d   PW M2 co n tr ar y   to   P W M2 L .   I n   p h ase - s h i f ted   P W m et h o d ,   th P W d u t y   c y c le  f r o m   th m icr o co n tr o ller   is   m ai n tai n ed   at  v alu o f   5 0 %.  W h ile  th d u t y   c y c le  v al u o f   th e   in v er ter   o u tp u i s   r eg u lated   b y   s h i f ti n g   th p h as o f   th e   r ig h s id P W p air   ( P W M2 an d   P W M 2 L )   ag ai n s t th le f s id P W p air   ( PW M1 an d   P W M 1 L )   in   ac co r d an ce   w it h   th d e s ir ed   v al u e.   T h m icr o co n tr o ller   o u tp u P W w a v e f o r m s   w it h   th e   p h ase - s h if t   o f   7 0 %   ar s h o w n   i n   Fig u r 6 .   I n   t h at   f i g u r e,   it   ap p ea r s   t h at  ea c h   p air   o f   P W r ev er s es  ea c h   o t h er   an d   th e   p h ase s   ar e   s h if ted   at  7 0 %   b et w ee n   th e   r ig h t   s id P W p air   to   th lef s id P MW   p air .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2017     59     68   64       Fig u r 6 .   Ou tp u t P W f r o m   t h m icr o co n tr o ller   w it h   p h ase - s h i f ted   70%       3 . 2 .   Det er m i nin g   t he  v a lue o f   dea dti m e   Dea d ti m in ten d ed   to   p r ev en s h o r cir cu it  b et w ee n   t h to p   an d   b o tto m   s w itc h   p air   at  r is ti m an d   f all  ti m e.   T h er ef o r e,   th er m u s b d ea d ti m f o r   ea ch   p ai r   o f   P W h ig h   an d   lo w   as  s h o w n   in   Fi g u r 7 .   Dea d ti m v al u s h o u ld   b as  s m al as  p o s s ib le  d u to   g iv w id er   r an g o f   Z VS  co n d it i o n ,   b u s h o u ld   s till   m ak s u r to   av o id   s h o r t c ir cu it.  T h d ea d tim is   c h o s e n   at  2 5 0   n s   as sh o w n   i n   Fi g u r 7 .           Fig u r 7 .   P air   o f   h ig h   a n d   lo w   P W w a v e f o r m   w it h   th d ea d ti m o f   2 5 0   n s       3 . 3 .   Ca lcula t io n r esu lt   T r an s f o r m er   p ar am eter s   ar m ea s u r ed   b y   u s i n g   a n   L C R   m eter .   T h m ea s u r e m e n r esu l ts   ar s h o w n   in   T ab le  1 .   On o f   th o b s er v ed   p ar am e ter s   is   tr an s f o r m er   leak ag i n d u cta n ce   w h ic h   is   1 4 . 1 2   μ H.   I n   f ac t,  r eg ar d in g   eq u atio n   ( 5 )   an d   ( 6 ) ,   w it h   t h v a lu o f   t h p ar asit ic  ca p ac ita n ce   o f   2 2 0   p F   ( s ee   T ab le  2 )   an d   d ea d tim e   v alu e   o f   2 5 0   n s   ( s e Fi g u r 7 ) ,   t h m i n i m u m   le ak ag e   i n d u cta n ce   v al u r eq u i r ed   is   ±   3 8 . 4 1   μ H.   T h er ef o r e,   an   ad d itio n al  e x ter n al  i n d u cta n ce   w it h   t h m i n i m u m   v al u o f   2 4 . 2 9   μ is   r e q u ir ed .   B y   u s i n g   th e   eq u atio n   ( 7 ) ,   to   g et  t h Z VS   co n d itio n ,   t h en   t h m i n i m u m   cu r r en o f   p r i m ar y   tr an s f o r m e r   r eq u ir ed   is   ab o u 1 . 2 8 9   A .   T h is   m ea n s   t h at  th e   Z VS   co n d itio n   ca n   b o cc u r r e d   w h e n   t h lo ad   p o w er   is   g r e ater   th a n   2 8 0   w atts   f o r   d u t y   c y c le  o f   7 0 % a n d   m i n i m u m   o f   3 6 0   w at ts   w h en   t h d u t y   c y cle  o f   9 0 %.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       D esig n   o f F u ll - b r id g DC - DC   C o n ve r ter 3 1 1 /1 0 0   V   1 kW   w it h   P S P W M Meth o d   to   Get  . . . .   ( To n i P r a s etya )   65   T ab le  1 .   P ar am eter s   o f   h i g h   f r eq u en c y   tr an s f o r m er   P a r a me t e r s   V a l u e   T r a n sf o r mat i o n   r a t io   3 1 1 : 1 4 0   L m   5 5 . 2 3   mH   L l e a ka ge   1 4 . 1 2   µ H   R p   1 . 1 1 7     L s   2 . 9 5   µ H   R s   0 . 2 4 1 6         T ab le  2 .   P ar am eter s   o f   MO SF E T   w it h   s er ies o f   I R F7 4 0   P a r a me t e r s   V a l u e   C o s s   2 2 0   p F   R ds ( o n )   0 . 5 5     T u r n - o n   d e l a y   t d   ( o n )   1 4   n s   R i se   t i me   ( t r )   2 7   n s   T u r n - o f f   d e l a y   t d   ( o f f )   5 0   n s   F a l l - t i me   ( t f )   24   s       3 . 4 .       V ds   a nd   I d   w a v ef o r m   3 . 4 . 1 .   W it ho ut  a dd it io na o f   ex t er na l indu ct a nce   Ob s er v atio n s   o f   d r ain - s o u r ce   v o ltag ( V ds )   an d   t h d r ain   c u r r en ( I d )   o f   ea ch   MO S FET   ar ca r r ied   o u s i m u ltan eo u s l y .   T h ai m   i s   to   s ee   th c h ar ac ter is tic s   o f   v o ltag a n d   cu r r en i n   t h MO SF E T   w h e n   p h a s e - s h i f ted   m et h o d   is   u s ed .   I is   also   to   s ee   w h et h e r   th co n d iti o n s   Z V h as  o cc u r r ed   o r   n o o n   ea ch   MO SF E T .   Fig u r 8   ( a)   an d   Fig u r ( b )   ar th c u r r en a n d   v o lta g w av e f o r m   o n   th MO SF E T   p air   to p   an d   b o tto m   o n   t h e   lef s id e.   T h p air   o f   th lef s id s w itch   is   p air   o f   s w i tch   w h ic h   th p h ase  i s   k ep i n   f i x ed   co n d itio n s .   I ca n   b s ee n   t h at   th er is   n o   i n ter s ec tio n   b et w ee n   v o ltag a n d   c u r r en in   t h p r o ce s s   o f   t u r n - o n .   I m ea n s   th e   Z VS   co n d itio n   o cc u r ed   in   th e s s w i tch es.  T h s w itc h e s   w il l a cti v e   ag ai n   w h e n   t h e   g ate   v o lta g i n   t h d ia g o n al   p air   also   ac ti v e.   So   t h er i s   a   d elay   ti m e   in   ac co r d an ce   w it h   th s u m   o f   th e   p h a s a n g le   a n d   th e   p r ed eter m in e d   d ea d tim e.   T h u s ,   th s w itc h i n g   p o w er   lo s s   o n   t h lef t sid s w i tch   ca n   b r ed u ce d .           ( a)   ( b )     Fig u r 8 .   ( a)   V ds1 ( p u r p le)   v s   I d1 ( g r ee n )   an d   ( b )   V ds2   ( p u r p le)   v s   I d2   ( g r ee n )   at  d u t y   c y cle  o f   7 0 w it h   th lo ad   o f   7 0 0   W       Fig u r 9   ( a)   d an   F ig u r ( b )   ar cu r r en a n d   v o ltag e   w av e f o r m   o n   th e   r ig h s id s w i tch .   T h p air   o f   th r i g h s id s w itc h   ar e   co n tr o lled   b y   s h i f t i n g   th e   p h ase   to   d eter m in e   th e   d u t y   c y cle  o f   t h in v er ter   o u tp u t.   I is   o b tain ed   th at   t h s w itc h   w i ll  b ac ti v ated   i m m ed iatel y   a f ter   t h g ate   v o lta g i s   ac t iv e d .   T h er ef o r e,   Z V S   co n d itio n   w i ll  o n l y   b ac h ie v ed   w h e n   t h f ac to r s   t h at  i n f l u en ce   th e   Z VS   h a s   b ee n   r ea ch ed .   T h ese  f ac to r s   in cl u d th cu r r e n t a n d   t h tr an s f o r m er   leak a g i n d u cta n ce   i n   s u f f icie n v alu e.   I ca n   b s ee n   th a th er ar i n ter s ec tio n   b et w ee n   c u r r en a n d   v o lta g at  t h tr an s itio n   ti m o f   th e   MO SF E T .   I m ea n s   t h at   Z V h a s   n o o cc u r r ed   o n   th b o th   s w i tch e s .   T o   f ix   t h is   p r o b lem ,   a n   e x ter n al   in d u cta n ce   w h ic h   is   i n s talled   i n   s er ie s   w i th   t h tr an s f o r m er   ca n   b ad d ed   to   in cr ea s t h t r an s f o r m er   lea k ag e   in d u cta n ce   w it h   v al u o f   2 4 . 2 9   µH   as d escr ib ed   p r ev io u s l y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2017     59     68   66       ( a)   ( b )     Fig u r 9 .   ( a)   V ds 3 ( p u r p le)   v s   I d 3 ( g r ee n )   an d   ( b )   V ds 4   ( p u r p le)   v s   I d 4   ( g r ee n )   at  d u t y   c y cle  o f   7 0 w it h   th lo ad   o f   7 0 0   W       3 . 4 . 2 .   Wit h a dd it io na l o f   ex t er na l indu ct a nce   By   u s in g   tr an s f o r m er   w it h o u t h ad d itio n   o f   e x ter n a in d u ctan ce ,   Z V co n d itio n   o n   t h r ig h s id e   s w itc h   w ill  n o b ac h ie v ed .   A   s i m u latio n   is   co n d u c ted   to   s h o w   th d i f f er en ce s   i n   r esu lt s   o f   ad d itio n   o f   an   ex ter n al   i n d u cta n ce   o f   2 4 . 2 9   μ an d   co n s id er ab le   lo ad   f o r   m ak i n g   t h p r i m ar y   c u r r en tr an s f o r m er   m o r e   th an   1 . 2 8 9   A   a s   i n   t h p r e v io u s   ca lcu la tio n .   I n   t h p r o ce s s ,   all  p ar a m eter s   ar s e to   ap p r o ac h   t h p ar a m eter s   o n   h ar d w ar esp ec iall y   M OSFET ,   co n tr o s ig n als,  d e ad ti m e,   h ig h - f r eq u en c y   tr a n s f o r m er s ,   L C   f ilter   co m p o n e n t s   an d   th lo ad .   Fro m   th s i m u la tio n   r es u lts   a s   s h o w n   in   Fi g u r 1 0 ,   it  s h o w n   t h at  th c u r r en a n d   v o ltag w av e f o r m s   o n   t h le f s id MO SF E T   p air s   ( S1   an d   S 2 )   r em ai n   t h s a m a s   b ef o r e.   W h ile  o n   t h r i g h t   s id o f   t h s w i tch   p air   ( S3   a n d   S4 ) ,   Z V o cc u r s   d u to   t h ad d itio n   o f   th e x ter n al  i n d u ctan ce .   T h u s ,   th e   p o w er   lo s s   d u to   th s w itc h i n g   p r o ce s s   ca n   b r ed u ce d .           Fig u r 10 .   Si m u latio n   r es u lt s   o f   v o lta g an d   cu r r en w av e f o r m s   i n   ea ch   MO SF E T   w it h   ad d itio n al  ex ter n al   in d u cta n ce   o f   24 . 29   µH       3 . 5 .   Co nv er t er   ef f iciency   C o n v er ter   ef f icie n c y   is   s h o w n   in   t h I n   Fig u r 1 1 .   T h d u t y   c y cle  is   s et   7 0 %,  8 0 an d   9 0 %.  I ca n   b s ee n   th at  t h co n v er ter   ef f icien c y   te n d s   to   d ec r ea s w it h   in cr ea s in g   o f   t h a m o u n o f   lo ad ,   b ec au s th e   p o w er   lo s s es  o n   ea c h   co n v er s io n   p r o ce s s   w i ll   in cr ea s alo n g   w it h   in cr ea s in g   o f   t h cu r r e n f lo w s .   Fro m   t h f i g u r e,   it  ca n   b co n cl u d ed   th at  th co n v er ter   ef f icien c y   o v er   9 0 f o r   d u t y   c y c le  o f   7 0 to   9 0 w it h   th e   lo ad   o f   u p   to   9 0 0   w a tt.  T h h i g h e s t c o n v er ter   ef f icie n c y   i s   9 6 . 7 4 % th at  o cc u r   w h en   t h d u t y   c y cle  o f   9 0 % .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       D esig n   o f F u ll - b r id g DC - DC   C o n ve r ter 3 1 1 /1 0 0   V   1 kW   w it h   P S P W M Meth o d   to   Get  . . . .   ( To n i P r a s etya )   67       Fig u r 11 .   E f f icie n c y   o f   co n v e r ter   w it h   v ar io u s   lo ad   an d   d u t y   c y cle  v al u e       4.   CO NCLU SI O N   P h ase - s h i f ted   m eth o d   ca n   b u s ed   to   r ed u ce   p o w er   lo s s   i n   th s w itc h i n g   p r o ce s s   th at  is   i n d icate d   b y   ac h iev in g   Z VS  co n d itio n .   T o   o b tain   th i s   co n d itio n ,   t h ter m s   o f   t h Z VS  s u c h   m in i m u m   l ea k ag i n d u c tan ce ,   d ea d tim v al u e,   an d   tr an s f o r m er   p r im ar y   c u r r en m u s b s at is f ied .   I n   t h is   s tu d y ,   Z VS  o n   t h r ig h s id o f   t h e   s w itc h   p air   h as  n o o cc u r r ed   d u to   th i n s u f f ic ien tr an s f o r m er   leak a g i n d u cta n ce .   T o   f ix   t h is   p r o b le m ,   an   ex ter n al  i n d u c tan ce   t h at  i s   in s t alled   in   s er ies  w i th   th tr a n s f o r m er   ca n   b ad d ed   w ith   v al u o f   2 4 . 2 9   μ an d   th m in i m u m   o f   t r an s f o r m er   p r i m ar y   c u r r en t o f   1 . 2 8 9   A .       RE F E R E NC E S   [1 ]   J .   M .   C h o i ,   e a l. ,   De sig n   o f   L e a k a g e   In d u c tan c e   in   Re so n a n D C - DC  Co n v e rter  f o El e c tri c   V e h icle   Ch a rg e r,   IEE T ra n s.  M a g n . ,   v o l /i ss u e :   48 ( 11 ) ,   p p .   4 4 1 7 4 4 2 0 ,   2 0 1 2 .   [2 ]   D.  Ga u ta m ,   e a l. ,   Zero   V o l tag e   S w it c h in g   F u ll - Brid g e   DC - DC  Co n v e rter  f o A n   On - Bo a rd   P HE V   Ba tt e ry   Ch a rg e r,   p p .   0 5 ,   2 0 1 2 .   [3 ]   U.  Ba d stu e b n e r,   e a l. ,   De sig n   o f   a n   9 9 %   E ff icie n t,   5 k W , P h a se - sh if ted   P W M   DC - DC  Co n v e rte f o T e le c o m   A p p li c a ti o n s,” 2 0 0 8 .   [4 ]   I.   F e b riy a n d i,   e a l. ,   DC - DC  Co n v e rter  a P o w e ro Ba tt e r y   Ch a rg e 1 0 0   V   3 0 0   W   u sin g   2 5   k Hz   S w it c h in g   F re q u e n c y ,   n o .   No v e m b e r,   p p .   3 0 2 3 0 7 ,   2 0 1 4 .   [5 ]   M .   S .   K .   Re d d y ,   A n a l y si De sig n   a n d   Im p lem e n tatio n   o f   V S f e d   Hig h   Ga in   F u ll   Br id g e   Iso late d   DC - DC   Co n v e rte f o Re n e w a b le E n e rg y   A p p li c a ti o n s,” p p .   4 5 5 0 ,   2 0 1 3 .   [6 ]   M .   Orte g a ,   e a l. ,   No v e T o p o l o g y   f o DC - DC  F u ll - Brid g e   Un id irec ti o n a C o n v e rt e f o Re n e wa b le  En e rg ies ,   v o l /i ss u e :   12 ( 8 ) ,   p p .   1 3 8 1 1 3 8 8 ,   2 0 1 4 .   [7 ]   O.  L u c ía,  e a l. ,   In d u c ti o n   He a ti n g   T e c h n o lo g y   a n d   Its   A p p li c a t io n s :  P a st  De v e lo p m e n ts,   Cu rre n T e c h n o lo g y a n d   F u tu re   C h a ll e n g e s,” v o l /i ss u e :   61 ( 5 ) ,   p p .   2 5 0 9 2 5 2 0 ,   2 0 1 4 .   [8 ]   T .   M .   A is wa r y a   a n d   M .   P ra b h a k a r,   A n   Eff icie n Hig h   G a in   D C - DC  Co n v e rter  f o A u to m o ti v e   A p p li c a ti o n s,”   v o l /i ss u e :   6 ( 2 ) ,   p p .   2 4 2 2 5 2 ,   2 0 1 5 .   [9 ]   S .   Ra y ,   e t   a l. ,   ZV ZCS   Ba se d   Hig h   F re q u e n c y   L in k   G rid   Co n n e c ted   S V M   A p p li e d   T h re e   P h a se   T h re e   L e v e Dio d e   Cla m p e d   In v e rter f o P h o to v o lt a i c   A p p li c a ti o n P a rt - II,   v o l /i ss u e :   5 ( 1 ) ,   p p .   2 4 3 1 ,   2 0 1 4 .   [1 0 ]   N .   M o h a n ,   M o h a n   -   P o w e El e c tro n ics . p d f ,   1 9 9 5 .   [1 1 ]   M .   H.  Ra s y id ,   P o w e El e c tro n ics   A c a d e m ic P re ss   S e ries   in   E n g in e e rin g ,”   2 0 0 1 .   [1 2 ]   M .   Ka m il ,   S w it c h   M o d e   P o w e S u p p ly   (S M P S T o p o lo g ies ,   n o .   P a rt  I ,   p p .   1 4 8 ,   2 0 0 7 .   [1 3 ]   A .   Be rsa n i,   S w it c h   M o d e   P o w e S u p p ly   (S M P S T o p o lo g ies   ( P a rt  II),   n o .   P a rt  II,   p p .   1 1 0 8 ,   2 0 0 9 .   [1 4 ]   E.   P e p a ,   A d a p ti v e   Co n tr o o f   a   S tep - U p   F u ll - Bri d g e   DC - DC  Co n v e rter  f o V a riab le  L o w   In p u Vo lt a g e   A p p li c a ti o n A d a p ti v e   Co n tro l   o f   a   S tep - Up   F u ll - Br id g e   DC - DC  Co n v e rter  f o V a riab le  L o w   In p u Vo lt a g e   A p p li c a ti o n s,” 2 0 0 4 .   [1 5 ]   J.  S .   P ra sa d ,   e a l . ,   Re g e n e ra ti o n   o f   ZV S   c o n v e rter w it h   Re so n a n I n d u c t o r,   v o l / issu e :   1 ( 1 ) ,   p p .   2 1 2 8 ,   2 0 1 1 .   [1 6 ]   B.   A n d re y c a k ,   A p p li c a ti o n   N o t e   P h a se - S h if ted   ,   Zero   Vo lt a g e   T ra n stio n   De sig n   Co n sid e ra ti o n   a n d   t h e   UC3 8 75  P W M   C o n tr o ll e r,   p p .   1 1 5 ,   1 9 9 7 .   [1 7 ]   D.  M .   J o o ,   e a l . ,   De a d - ti m e   o p ti m isa ti o n   f o a   p h a se - sh if ted   d c - d c   f u ll   b r id g e   c o n v e rter  w it h   G a HEM T ,   v o l /i ss u e :   52 ( 9 ) ,   p p .   7 6 9 7 7 0 ,   2 0 1 6 .   [1 8 ]   D.  F u ,   e a l. ,   In v e stig a ti o n   o n   tra n sfo rm e d e si g n   o f   h i g h   fre q u e n c y   h i g h   e ff icie n c y   d c - d c   c o n v e rte rs ,   A p p l.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2017     59     68   68   P o w e El e c tro n .   C o n f .   Ex p o .   A P EC  2 0 1 0   T we n ty F i f th   A n n u .   IEE E p p .   9 4 0 9 4 7 ,   2 0 1 0 .   [1 9 ]   Z.   Ou y a n g ,   e a l. ,   Ca lcu latio n   o f   Lea k a g e   In d u c tan c e   f o Hig h - F re q u e n c y   T r a n sf o r m e r s,”  IEE T ra n s.  P o we r   El e c tro n . ,   v o l /i ss u e :   30 ( 10 ) ,   p p .   5 7 6 9 5 7 7 5 ,   2 0 1 5 .   [2 0 ]   C.   W .   M .   T .   M c ly m a n ,   T r a n sf o r m e a n d   In d u c to r   De sig n   Ha n d b o o k ,”   2 0 0 4 .   [2 1 ]     T o n i,   e a l. ,   Co m p a riso n   o f   Two   Hig h   F re q u e n c y   T r a n sf o r m e r   De sig n to   A c h ie v e   Zero   V o lt a g e   S w it c h in g   in   a   Co n v e rter,” p p .   1 5.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.