I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 ,   p p .   1118 ~ 1 1 2 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 7 . i 2 . p p 1 1 1 8 - 1 1 2 9           1118       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   H ig h ste p - up  int e rlea v ed multilevel  hybrid bo o st con v erte r wi th  switched - ca pa cito r multipl ier       Andi   M .   Nur  P utr a 1, 2 ,   Adria nti 1 ,   M uh a m m a d Im ra n H a m id 1   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t a A n d a l a s P a d a n g I n d o n e s i a   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   I n st i t u t   T e k n o l o g i   P a d a n g P a d a n g I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   30 2 0 2 5   R ev is ed   Mar   30 2 0 2 6   Acc ep ted   Ap r   23 2 0 2 6       Th e   g lo b a i n teg ra ti o n   o f   re n e wa b le  e n e rg y   so u rc e li k e   p h o to v o lt a ics   re q u ires   e fficie n t   h i g h - ste p - up   DC - DC  c o n v e rters .   Co n v e n ti o n a b o o st   c o n v e rters   e x h ib it   i n h e re n t   li m it a ti o n s   in   a c h iev i n g   h i g h   v o lt a g e   g a in   e fficie n tl y ,   p a rti c u larly   u n d e h i g h   d u t y   c y c le  o p e ra ti o n ,   wh e re   sw it c h in g   lo ss e s,  d e v ice   stre ss ,   a n d   o u tp u v o lt a g e   rip p le  b e c o m e   sig n ifi c a n t.   Th is   p a p e p ro p o se a   n o v e l   h y b ri d   D C - DC  c o n v e rter  t h a i n teg ra tes   a   fo u r - p h a se   in terle a v e d   in p u sta g e   wit h   a   fiv e - lev e sw it c h e d - c a p a c it o (S C)   m u lt ip li e r   n e two rk .   T h e   p r o p o se d   t o p o l o g y   i n tro d u c e a   m o d u lar   a n d   st ru c tu ra ll y   d e c o u p led   a rc h it e c tu re ,   i n   wh ic h   c u rre n c o n d it i o n in g   a n d   v o lt a g e   b o o sti n g   fu n c ti o n a re   in d e p e n d e n tl y   re a li z e d .   T h is  e n a b les   sc a lab le  v o l tag e   g a i n   th ro u g h   m o d u lar  e x p a n si o n   wi th o u re q u iri n g   e x trem e   d u t y   c y c les   o a d d it i o n a m a g n e ti c   c o m p o n e n ts.  Th e   in terle a v e d   sta g e   re d u c e in p u c u rre n t   rip p le  a n d   im p ro v e c u rre n s h a rin g ,   w h il e   t h e   m u lt il e v e S C   n e two rk   p ro v id e h i g h   v o lt a g e   c o n v e rsio n   ra ti o   a n d   b a lan c e d   v o lt a g e   str e ss   a c ro ss   c o m p o n e n ts.  C o m p re h e n si v e   sim u latio n u si n g   P S IM   so ftwa re   v a li d a te  th e   c o n v e rter' p e rfo rm a n c e .   Wi th   a   2 5   i n p u t,   t h e   p ro p o se d   c o n v e rter  a c h iev e a n   o u tp u v o l tag e   o f   a p p ro x ima tely   2 5 0   ( g a in   o 1 0 ) ,   h ig h   e ffi c ien c y   o f   9 5 . 2 % ,   o u tp u v o lt a g e   ri p p le  b e l o 2 % ,   a n d   b a lan c e d   c a p a c it o r   v o lt a g e s.  Th e   re su lt c o n firm  t h a th e   p r o p o se d   c o n v e rter  o ffe rs  a n   e fficie n t ,   sc a lab le,  a n d   h ig h - p e rfo rm a n c e   so l u ti o n   f o h ig h   ste p - u p   a p p l ica ti o n s.   K ey w o r d s :   DC - DC   p o wer   co n v er ter   Hig h   g ain   I n ter leav ed   c o n v e r ter   Mu ltil ev el  co n v er ter   Switch ed - ca p ac ito r   Vo ltag m u ltip lier   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ad r ian ti   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g ,   Un iv er s itas   An d alas   L im au   Ma n is   St. ,   L im au   Ma n i s ,   Pau h ,   Pad an g ,   W est  Su m atr 2 5 1 6 3 ,   I n d o n esia   E m ail:  ad r ian ti@ en g . u n a n d . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   T h in cr ea s in g   p en etr atio n   o f   r en ewa b le  en e r g y   s y s tem s ,   p a r ticu lar ly   p h o to v o ltaic  ( PV)   g en er atio n ,   h as  in ten s if ied   t h n ee d   f o r   ef f icien an d   r eliab le   p o wer   c o n v er s io n   tech n o lo g ies   [ 1 ] ,   [ 2 ] On o f   th e   p r im a r y   ch allen g es  in   in teg r atin g   lo w - v o ltag e   s o u r ce s ,   s u c h   as  PV   m o d u les ,   in to   h ig h - v o ltag e   DC   s y s tem s   is   th r eq u ir em e n f o r   s u b s tan tial  v o ltag a m p lific atio n .   Alth o u g h   co n v en tio n al   b o o s co n v er ter s   ar e   wid ely   ad o p ted ,   th eir   v o ltag g ain   ca p ab ilit y   is   in h er en tl y   co n s tr ain ed ,   esp ec ially   at  h ig h   d u ty   cy cles  wh er e   ef f icien cy   d eg r ad atio n   b ec o m es  u n av o id ab le   [ 3 ] - [ 5 ] .   Ad d it io n ally ,   th ese  co n v er ter s   o f te n   ex p er ien ce   h ig h   v o ltag es o n   s em ico n d u cto r   d e v ices a n d   s ig n if ican t o u tp u t v o ltag r ip p les,  m ak in g   th em   u n s u itab le  f o r   m o d er n   h ig h - v o ltag e   b o o s t a p p licatio n s   [ 6 ] .   T o   o v er co m e   th ese  lim itatio n s ,   v ar io u s   a d v an ce d   to p o lo g ies  h av b ee n   e x p lo r ed .   C o n v er ter s   b ased   o n   co n n ec ted   in d u cto r s   a n d   s witch ed - ca p ac ito r   ( SC )   n etwo r k s   ca n   a ch iev e   h ig h   g ain ,   b u t   o f ten   at  th e   co s o f   co m p lex   m ag n etic  d esig n s ,   h ig h   co m p o n en v o lta g es,  an d   in cr ea s ed   cu r r en r ip p le  [ 7 ] ,   [ 8 ] .   Qu ad r atic  an d   m u ltil ev el  b o o s co n v e r ter s   o f f er   h ig h er   g ain   th r o u g h   s tag ed   o p e r atio n ,   b u t   th is   ca u s es  cu m u lativ v o ltag Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Hig h   s tep - u p   in terl ea ve d   mu ltil ev el  h yb r id   b o o s co n ve r ter w ith     ( A n d i M.   N u r   P u tr a )   1119   in cr ea s es  o n   t h s witch es  an d   d ec r ea s i n   o v er all  e f f icien c y   [ 9 ] - [ 1 1 ] .   I n te r leav ed   b o o s c o n v er ter   tech n i q u es  ef f ec tiv ely   r ed u ce   in p u cu r r e n r ip p les  an d   im p r o v h ea d is tr ib u tio n   b y   u tili zin g   m u lti p le  p h ases   [ 1 2 ] .   I n   co n tr ast,  m u ltil ev el  to p o lo g ies  d is tr ib u te  s tr ess   v o ltag ac r o s s   m u ltip le  co m p o n e n ts   an d   ca n   ac h iev e   m u ltip licativ g ain ,   im p r o v in g   ef f icien c y   a n d   p o wer   q u alit y   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] R ec en t   s tu d ies  h av p r o p o s ed   h y b r id   h ig h   s tep - u p   c o n v e r ter s   b y   co m b in in g   th ese  co n ce p ts .   Fo r   ex am p le,   th to p o lo g y   in   [ 1 5 ]   in teg r ates  b o o s co n v er ter   with   v o ltag m u lt ip lier   an d   SC   ce lls   to   ac h iev e   h ig h   v o ltag g ain   an d   e f f icie n cy .   Ho wev e r ,   its   s tr u ctu r r em ain s   co n f i g u r ati o n   d ep e n d en an d   is   n o in h e r en tly   d esig n ed   f o r   m o d u lar   s ca lab ilit y ,   lim itin g   f lex ib ilit y   in   e x ten d in g   th v o ltag g ain .   Similar ly ,   th c o n v er ter   in   [ 1 6 ]   en h an ce s   v o ltag g ain   u s in g   h y b r id   s witch ed   in d u cto r   an d   ca p ac it o r   tech n iq u es,  b u it  o p er ates  with   s im u ltan eo u s ly   d r iv en   s witch es  an d   d o es  n o in co r p o r ate  in ter leav e d   o p er a tio n   o r   m o d u lar   m u ltil ev el   s tr u ctu r e.   As  r esu lt,  s ca lab ilit y   an d   c u r r e n s h ar in g   ca p a b ilit y   r em ain   lim i ted .   T h is   wo r k   in tr o d u ce s   a   h y b r i d   DC - DC   co n v er te r   to p o lo g y   th at  co m b in es  a   m u ltip h ase  i n ter leav ed   f r o n t   e n d   with   m o d u lar   s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k .   Un lik co n v e n tio n al  h y b r i d   co n f ig u r atio n s ,   th e   p r o p o s ed   d esig n   ex p licitly   s ep ar ates  cu r r e n s h ap i n g   an d   v o ltag b o o s tin g   f u n ctio n s ,   en ab lin g   in d ep en d en t   o p tim izatio n   o f   b o th   p r o ce s s es.   T h in ter leav e d   s tag e n s u r es  lo in p u cu r r en r ip p le   an d   b etter   th e r m al   m an ag em en t   b y   d is tr ib u tin g   p o wer   a m o n g   p h ases ,   wh ile  th m u ltil ev el  SC   n etwo r k   e n ab les  h ig h   v o ltag e   co n v er s io n   r atio s   with o u r eq u ir in g   ex tr em d u ty   cy cles  o r   co m p lex   co n n ec ted   in d u ct o r s .   T h is   co n f ig u r atio n   ef f ec tiv ely   r e d u ce s   th v o ltag s tr ess   o n   ea ch   s witch in g   d e v ice,   en ab lin g   th u s o f   lo w er - r ated   a n d   m o r ef f icien s em ico n d u cto r   co m p o n en ts .   Un lik e   co n v en tio n al  h y b r id   co n v er ter s   th at   m er ely   c o m b in e   in ter leav ed   s tr u ctu r es  with   s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k s ,   th e   p r o p o s e d   to p o lo g y   in tr o d u ce s   s tr u ctu r ally   d ec o u p le d   ar ch itectu r in   wh ich   c u r r e n co n d itio n in g   an d   v o ltag b o o s tin g   f u n ctio n s   ar e   in d ep en d e n tly   r ea lized   th r o u g h   th in ter leav ed   s tag an d   m o d u lar   s witch ed - ca p ac ito r   n et wo r k ,   r esp ec tiv el y .   T h is   s ep a r atio n   en a b les  tr u e   s ca lab ilit y   o f   th v o ltag g ai n   th r o u g h   m o d u lar   ex p an s io n   with o u af f ec tin g   th i n p u t   s tag o p er atio n   o r   r eq u ir in g   ad d itio n al  m ag n etic  co m p o n en ts .   I n   co n t r ast  to   ex is tin g   in ter leav ed   SC - b ased   co n v e r ter s ,   wh ich   ty p ically   ex h ib it  f ix ed   co n f ig u r atio n s   an d   lim ited   s ca lab ilit y ,   th p r o p o s ed   d esig n   allo ws  f lex ib le  ad ju s tm en o f   th v o ltag g ain   b y   s im p ly   ex ten d in g   t h n u m b er   o f   ca p a cito r   m o d u les,  wh ile  m ain tain in g   b alan ce d   cu r r en t   s h ar in g   an d   r ed u ce d   r i p p le  ch a r ac ter is tics .   T h m ain   in n o v atio n   in   th is   r e s ea r ch   lies   in   its   m o d u lar   h y b r id   ar ch itectu r e,   d esig n ed   to   ac h iev h ig h   s tep - u p   v o ltag g ain   with   h ig h   ef f icien cy   an d   lo o u tp u v o ltag r ip p le.   T h p r o p o s ed   c o n v er ter   ad d r ess es   th id en tifie d   r esear ch   g a p   b y   o f f e r in g   s ca lab le   s o lu tio n   t h at  o p tim izes  t h tr a d e - o f f   b et wee n   p er f o r m a n ce ,   co m p o n en co u n t,  a n d   co n t r o s im p licity .   Alth o u g h   th is   s tu d y   f o cu s es  o n   s im u latio n - b ased   v alid atio n   to   estab lis h   th f ea s ib ilit y   an d   p er f o r m an ce   ch ar ac ter is tics   o f   th p r o p o s ed   to p o lo g y ,   th e   d esig n   h as  b ee n   d ev elo p e d   with   p r ac tical  im p l em en tatio n   co n s id er atio n s .   E x p er im en tal  v alid atio n   u s in g   h ar d war p r o to ty p will b co n d u cte d   in   f u tu r wo r k   to   f u r th er   co n f i r m   its   ap p lic ab ilit y   u n d er   r ea l o p er atin g   c o n d itio n s .       2.   P RO P O SE T O P O L O G AND  T H E O R E T I CA L   ANA L YS I S   2 . 1 .     F un da m ent a l c o ncept   a nd   o pera t ing   princip le  o f   t he   hy brid m o du la t o po lo g y   T h p r o p o s ed   to p o lo g y   r ep r esen ts   s y n er g is tic  in teg r atio n   b etwe en   an   in ter leav e d   co n v e r ter   an d   a   m u ltil ev el  SC   n etwo r k ,   d esig n ed   to   o v er c o m th lim itatio n s   o f   co n v en tio n al  b o o s t c o n v e r t er s   in   h ig h   v o ltag s tep - u p   ap p licatio n s .   T h is   a p p r o ac h   lev er ag es   th co m p le m en tar y   a d v an ta g es  o f   b o th   s tr u ctu r es,  wh er e   th e   in ter leav ed   s tag im p r o v es  cu r r en ch ar ac ter is tics ,   wh ile  th s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k   e n ab les  h ig h   v o ltag e   g ain   th r o u g h   v o ltag s tack in g .   As  s h o wn   in   Fig u r 1 ( a) ,   th in ter leav ed   co n f ig u r atio n   em p lo y s   f o u r   id en tical  p h ases   o p e r ated   with   9 0 °   p h ase  s h if t.   E ac h   p h ase  co n s is ts   o f   an   in d u ct o r   ( L L ₄) ,   a   MO SF E T   s witch   ( S₁ S₄) ,   an d   a   d io d ( D₁ D₄) .   T h is   s tr u ctu r p r o v id es  two   k ey   ad v a n tag es:  f ir s t,  ev en   d is tr ib u tio n   o f   th in p u cu r r e n ac r o s s   all  p h ases ,   wh ich   r ed u ce s   th er m al  s tr ess   o n   s em ico n d u cto r   co m p o n e n t s s ec o n d ,   s ig n if ican r ip p le   ca n ce llatio n   ef f ec o n   th in p u cu r r en d u to   p h ase - s h if ted   o p er atio n .   I n   t h 4 - p h ase  co n f ig u r atio n ,   th th e o r etica in p u cu r r en r ip p le  ca n   b r ed u ce d   b y   u p   to   7 5 % c o m p a r ed   to   s in g le - p h ase  co n v er ter   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .   Fig u r 1 ( b )   i ll u s t r at es  t h e   SC   n et wo r k ,   w h ic h   o p e r a tes  as  v o lta g m u l ti p li er   b ase d   o n   t h p r i n c ip le   o f   s ta g e d   v o lt ag e   a d d it io n .   T h n etw o r k   c o n s is ts   o f   f i v e   ca p ac it o r s   ( C C ₅)   a r r an g ed   in   a   m o d u l ar   s tr u c tu r e .   E ac h   ca p ac i to r   is   alt er n a tel y   c h a r g e d   an d   d is c h a r g e d   th r o u g h   co n t r o ll ed   s wi tc h i n g   s eq u en ce ,   r es u lt in g   i n   a   g r a d u al  b u il d u p   o f   v o lt ag a cr o s s   t h ca p a cit o r   s t ac k .   T h o u tp u v o lt ag is   th er ef o r f o r m e d   b y   t h s u m m a ti o n   o f   th e   v o lta g es   ac r o s s   ea c h   c ap ac i to r   i n   t h e   SC   n e tw o r k   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] .   T h is   m o d u la r   a r r a n g e m e n t   als o   e n a b l es  ev en   d is t r i b u ti o n   o f   v o lt ag s tr ess   a cr o s s   c o m p o n e n ts ,   all o w i n g   t h u s e   o f   l o we r   v o lta g e - r at ed   d e v ic es.   T h in teg r atio n   o f   th ese  two   s u b s y s tem s   in to   h y b r id   t o p o lo g y   is   s h o wn   in   Fig u r e   2 ,   wh ic h   illu s tr ates  th d etailed   cir c u it  co n f ig u r atio n   o f   t h p r o p o s ed   h y b r id   in ter leav e d   m u ltil ev el  b o o s c o n v e r ter   with   s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k .   I n   th is   co n f i g u r atio n ,   th in ter leav ed   s tag s er v es  as   th p r im ar y   en er g y   p r o ce s s in g   u n it,  wh ile  th e   SC   n etwo r k   ac ts   as  th e   v o ltag e   m u ltip licatio n   s tag e.   Du r in g   th e   ON  in ter v al  ( S₁ S₄  clo s ed ) ,   en er g y   is   s to r ed   in   in d u cto r s   L L ₄,   wh ile  th ca p ac ito r s   r ed is tr ib u te  th ch ar g in ter n ally .   Du r in g   th Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 1 1 8 - 1129   1120   OFF  in ter v al  ( S₁ S₄  o p en ) ,   th en er g y   s to r ed   in   th in d u cto r s   is   tr an s f er r ed   to   th SC   n etwo r k   alo n g   with   en er g y   d ir ec tly   f r o m   th e   in p u s o u r ce ,   r esu ltin g   i n   v o ltag i n cr ea s ac r o s s   th ca p ac ito r   s t ac k .   T o   f u r th e r   h ig h lig h th m o d u lar   an d   s ca lab le  n atu r o f   th p r o p o s ed   to p o lo g y ,   th c o n v e r ter   ca n   b r ep r esen ted   u s in g   b lo ck - b a s ed   ab s tr ac tio n   as  s h o wn   in   Fig u r 3 .   I n   Fig u r 3 ,   th i n ter leav ed   s tag is   r ep r esen ted   as  u n if ie d   en er g y   p r o ce s s in g   b lo ck ,   wh ile  th m u ltil ev el  s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k   is   d ec o m p o s ed   in to   id en tical  m o d u lar   ce lls   co n n ec ted   in   s er ies  at   th o u tp u t.  T h is   r ep r esen tatio n   clea r ly   d em o n s tr ates  th at  t h v o ltag e   g ain   ca n   b i n cr ea s ed   b y   ad d in g   m o r e   m o d u les  with o u t   m o d if y in g   th e   co r co n v er ter   s tr u ctu r e.   T h m ain   n o v elty   o f   th p r o p o s ed   to p o lo g y   lies   in   th in t r o d u ctio n   o f   m o d u lar   h y b r id   a r ch itectu r th at  en ab les  s ca lab le  v o ltag g ain   th r o u g h   s tr u ctu r al   ex p an s io n   o f   s witch ed - ca p ac ito r   ce lls ,   wh ile   s im u ltan eo u s ly   d ec o u p lin g   th v o ltag e   b o o s tin g   m ec h an is m   f r o m   c u r r en t   co n d itio n in g .   Un lik p r ev io u s ly   r ep o r ted   h y b r i d   in ter leav ed   s witch ed - ca p ac ito r   co n v e r ter s ,   wh er v o ltag b o o s tin g   an d   cu r r en s h ar in g   m ec h an is m s   ar e   tig h tly   co u p led   with in   f i x ed   s tr u ctu r e   [ 2 1 ] ,   th p r o p o s ed   to p o l o g y   ex p lici tly   s ep ar ates  th ese   two   f u n cti o n s .   T h in ter lea v ed   s tag is   d ed icate d   to   c u r r en d is tr ib u tio n   an d   r ip p le   r e d u ctio n ,   wh ile  th e   m o d u lar   s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k   in d ep en d en tly   d eter m in es  th v o ltag g ain .   T h is   d ec o u p led   co n f ig u r atio n   en a b les  in d ep e n d en o p tim izatio n   o f   elec tr i ca p er f o r m a n ce   an d   p r o v i d e s   s ca lab le  d esig n   f r am ewo r k ,   wh ich   is   n o t a ch ie v ab le  in   co n v en tio n al  h y b r id   t o p o lo g ies.           ( a)   ( b )     Fig u r 1 .   Fu n d am en tal  c o n f ig u r atio n s : ( a)   f o u r - p h ase  in ter le av ed   b o o s t c o n v e r ter   an d   ( b )   s witch ed - ca p ac ito r   ( SC )   v o ltag m u ltip lier   n etwo r k           Fig u r 2 Deta iled   cir c u it c o n f ig u r atio n   o f   th p r o p o s ed   h y b r id   f o u r - p h ase  in ter lea v ed   m u ltil ev el  b o o s co n v er ter   with   s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k       Fu r th er m o r e ,   th e   h y b r id   s tr u ctu r in h e r en tly   s ep a r ates  th r o les  o f   ea ch   s u b s y s tem ,   wh er th e   in ter leav ed   s tag is   r esp o n s ib le  f o r   c u r r e n s h ar in g   an d   r ip p le  r ed u cti o n ,   w h ile  th m u ltil ev el  SC   n etwo r k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Hig h   s tep - u p   in terl ea ve d   mu ltil ev el  h yb r id   b o o s co n ve r ter w ith     ( A n d i M.   N u r   P u tr a )   1121   d eter m in es  th v o ltag g ain .   T h is   s ep ar atio n   p r o v id es  g r ea t er   f lex ib ilit y   in   d esig n   an d   f o r m s   th b asis   o f   th e   m o d u lar   s ca lab ilit y   o f   th p r o p o s ed   co n v er ter .           Fig u r 3 .   B lo ck   r ep r esen tatio n   o f   th p r o p o s ed   h y b r id   m o d u lar   co n v e r ter   s h o win g   th in ter l ea v ed   s tag an d   th s ca lab le  s witch ed - ca p ac ito r   m o d u les        2 . 2 .   M a t hema t ica m o delin g   a nd   v o lt a g e   co nv er s io n r a t i o   deriv a t io n   T o   a n a ly tic all y   v ali d a te   t h e   p r o p o s e d   to p o l o g y ,   th v o lt a g e   c o n v er s io n   r ati o   is   d er iv e d   u s i n g   th in d u ct o r   v o lt - s e c o n d   b al an ce   p r in ci p l co m b i n e d   wit h   c h ar g e   b al a n ce   an al y s is   u n d e r   s te a d y   s t at c o n d i ti o n s .   T h a n al y s is   ass u m es   t h at   t h e   c o n v e r te r   o p er ates   i n   c o n ti n u o u s   c o n d u cti o n   m o d e   ( C C M) .   W it h i n   o n e   s witc h i n g   p e r i o d   T ,   th in te r le av ed   c o n v e r te r   o p e r a tes   wit h   p h ase - s h i f te d   s wit ch i n g   s i g n al s ,   w h e r e ac h   p h as e   is   a cti v ate d   s e q u e n ti all y   wit h   a   9 0 °   p h ase   d i f f e r e n c e.   T h er ef o r e ,   th e   s wit ch es   d o   n o t tu r n   O s i m u lt an eo u s l y   i n   p r ac tic e.   H o w ev e r ,   f o r   t h e   p u r p o s e   o f   v o lt ag e   g ai n   d er iv ati o n ,   an   eq u i v ale n t   av er a g e d   m o d el   is   a d o p te d ,   w h er e   th e   c o m b in e d   e f f e ct  o f   all   p h a s es  is   r ep r es e n te d   b y   a n   e q u i v ale n t   s wit ch in g   f u n c ti o n .   Du r i n g   t h e   ON   s ta te ,   t h e   in d u ct o r s   a r e   d i r e ctl y   c o n n e ct ed   t o   th e   i n p u t   s o u r c e,   r es u l ti n g   i n   e n e r g y   s to r a g e   i n   e ac h   p h ase .   D u r i n g   th is   in t er v al,   t h in d u ct o r   v o l ta g e   i s   e q u al   t o   t h e   i n p u v o lt a g e   w h e r e   V in   d e n o tes   t h e   i n p u t   DC   v o lta g e.   D u r i n g   t h e   OFF  s ta te ,   t h e   s wit c h es  a r t u r n ed   OFF ,   a n d   t h s t o r e d   en er g y   i n   th i n d u ct o r s   is   tr a n s f er r e d   to   t h o u t p u t   th r o u g h   th e   s wit ch e d - ca p a cit o r   n etw o r k .   I n   t h is   c o n d i ti o n ,   t h e   i n d u ct o r   v o lt ag e   is   d ef in ed   b y   t h e   d i f f er e n c e   b et we en   t h e   i n p u v o lt ag a n d   th e   o u t p u v o lt ag wh er V o   r e p r ese n t   t h e   o u tp u t   v o lta g o f   c o n v er te r .   L et  D   d en o te  th d u ty   c y cle  o f   th s witch in g   s ig n al,   d ef i n ed   as  th r atio   o f   th ON  tim to   th e   s witch in g   p er io d   T T h v o lta g co n v e r s io n   r elatio n s h ip   is   d er iv ed   b ased   o n   th in d u cto r   v o lt - s ec o n d   b ala n ce   u n d er   s tead y   s tate  co n d itio n s ,   ass u m in g   C C o p er atio n .     .  + ( 1 ) (  ) = 0   ( 1 )     R ewr itin g   th e   ( 2 ) .      + ( 1 )  ( 1 ) = 0      ( 1 ) = 0   ( 2 )     T h u s ,   th b asic b o o s t r elatio n s h ip   is   o b tain ed   as   ( 3 ) .     =  1   ( 3 )     I n   th e   p r o p o s ed   to p o l o g y ,   th e   o u tp u v o ltag is   g e n er ated   th r o u g h   a   m u ltil ev el  s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k .   T h v o ltag ac r o s s   ea ch   ca p ac ito r   is   d eter m i n ed   b y   th c h ar g an d   d is ch ar g p r o ce s s es  g o v er n ed   b y   th e   d io d ca p ac ito r   n etwo r k ,   as sh o wn   in   Fig u r 2 .   Du r in g   th OFF s t ate,   ea ch   ca p ac ito r   is   ch ar g ed   b y   co m b in atio n   o f   th in p u t so u r ce   an d   th s to r ed   en er g y   in   th in d u cto r s ,   f o r m i n g   ca s ca d ed   v o ltag b u ild u p   m ec h an is m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 1 1 8 - 1129   1122   Un d er   s tead y   s tate  o p er atio n ,   ea ch   ca p ac ito r   s atis f ies  th c h ar g b alan ce   c o n d itio n ,   wh e r th n et  ch ar g v a r iatio n   o v er   o n s witch in g   p e r io d   is   ze r o .   T h is   co n d itio n   ca n   b ex p r ess ed   as   ( 4 ) .     = 0   ( 4 )     W h er   d en o tes  th av e r ag c u r r en o f   t h - th   ca p ac ito r   o v er   o n e   s witch in g   p e r io d ,   an d     1 ,   2 ,   …,   with     r ep r esen tin g   th e   n u m b er   o f   s witch ed - ca p ac ito r   m o d u les.  T h is   co n d itio n   e n s u r es  th at  th e   ch a r g e   g ain ed   d u r in g   th c h ar g in g   in t er v al  is   eq u al  to   th ch ar g r el ea s ed   d u r in g   th d is ch ar g in g   in ter v al.   As a  r esu lt,  all  ca p ac ito r   v o ltag es c o n v er g to   ap p r o x im ately   th s am v alu e   ( 5 ) .     1 = 2 = =   ( 5 )     W h er   d en o tes th v o ltag ac r o s s   th - th   ca p ac ito r .   Sin ce   ea ch   ca p ac ito r   is   ch a r g e d   to   v o ltag ap p r o x i m ately   e q u al  to   th b o o s ted   in p u v o lta g e,   it  ca n   b ex p r ess ed   as   ( 6 ) :      1   ( 6 )     T h er ef o r e,   th to tal  o u tp u v o l tag b ec o m es   ( 7 ) .     = = = 1 .  1   ( 7 )     T h u s ,   th v o ltag co n v er s io n   r atio   o f   th p r o p o s ed   h y b r id   m o d u lar   c o n v e r ter   is   g iv en   b y   ( 8 ) .      = 1   ( 8 )     W h er   d en o tes th n u m b er   o f   s witch ed - ca p ac ito r   m o d u les.   T h is   r esu lt  co n f ir m s   th at  th v o ltag g ain   in cr ea s es  lin ea r ly   with   th n u m b er   o f   s witch ed - ca p ac ito r   m o d u les  ,   wh ich   d ir ec tly   r e f lects  th s ca lab ilit y   ch a r ac ter is tic  illu s tr ated   in   Fig u r e   3 .   T h co n v er s io n   r atio   ca n   b e   in ter p r eted   as   th c o m b in atio n   o f   c o n v e n tio n al  b o o s f ac to r   1 1   an d   a   m o d u lar   m u l tip licatio n   f ac to r   in d icatin g   th at  th p r o p o s ed   to p o lo g y   ac h iev es  h ig h   v o ltag g ain   th r o u g h   s tr u ctu r al  s ca lin g   r ath er   th an   ex tr em d u t y   cy cle  o p er atio n .   I n   an   - p h ase  in ter leav ed   co n f ig u r atio n ,   th in p u cu r r en is   eq u ally   d is tr ib u ted   am o n g   all  p h ases ,   s u ch   th at  ea ch   p h ase  ca r r ies   ap p r o x im ately    ,   r esu ltin g   in   r ed u ce d   c u r r en s tr ess   o n   s witch in g   d ev ices.  Fu r th er m o r e ,   d u t o   th e   p h a s e - s h if ted   o p e r atio n   o f   th i n ter leav ed   s tr u ctu r e,   th e   in p u cu r r en r ip p le   is   s ig n if ican tly   r ed u ce d .   T h n et  in p u t c u r r en t r ip p le  ca n   b ap p r o x im ated   as   ( 9 ) .      , ,  1   ( 9 )     W h er ,    r e p r esen ts   th r ip p le   c u r r en t   o f   s in g le   p h ase.   T h is   r ip p le  ca n ce llatio n   ef f ec b ec o m es  m o r s ig n if ican as  th n u m b er   o f   p h ases   in cr ea s es,  im p r o v in g   in p u cu r r en q u ality   an d   r ed u cin g   f ilter in g   r eq u ir em e n ts .   Fo r   t h f o u r - p h ase  im p lem en tatio n   ( N   =   4 ) ,   t h is   tr an s lates  to   7 5 r e d u ct io n   in   in p u cu r r en t   r ip p le  co m p ar ed   t o   s in g le - p h ase  co n v er ter .       3.   SI M UL A T I O M E T H O D   AND  VAL I DA T I O S E T U P   I n   th is   s tu d y ,   an   o p e n - lo o p   c o n tr o l   s ch em is   a d o p ted   to   e v alu ate  th e   f u n d am e n tal  p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   co n v er ter   to p o l o g y .   f i x ed   d u ty   cy cle  is   ap p lied   to   g e n er ate  th p u ls e - wid th   m o d u latio n   ( PW M)   s ig n als  b ased   o n   th th eo r etica v o ltag g ain   d er iv ed   in   s ec tio n   2 .   T h is   ap p r o ac h   allo ws  d ir ec v alid atio n   o f   th e   co n v er ter   o p er atin g   p r in cip le  with o u th e   i n f lu en ce   o f   f ee d b ac k   co n t r o ller .   T h u s o f   an   o p en - lo o p   co n f i g u r atio n   is   in t en d ed   to   is o late  an d   ass ess   th in tr in s ic  p er f o r m a n ce   o f   t h e   p r o p o s ed   t o p o lo g y   u n d er   s tead y - s tate  co n d itio n s .   C o n v er ter   p er f o r m an ce   v alid a tio n   was  co n d u cted   th r o u g h   co m p r eh e n s iv s im u latio n   u s in g   PS I M,   en ab lin g   d etailed   a n aly s is   o f   s tead y   s tate  an d   d y n a m ic  ch ar ac ter is tics   b ef o r p h y s ical  p r o to t y p e   im p lem en tatio n .   T h c o m p let s im u latio n   m o d el  o f   th p r o p o s ed   co n v er ter   is   s h o wn   in   Fig u r 4 .   T h m o d e l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Hig h   s tep - u p   in terl ea ve d   mu ltil ev el  h yb r id   b o o s co n ve r ter w ith     ( A n d i M.   N u r   P u tr a )   1123   in co r p o r ates  all  es s en tial  co m p o n e n ts ,   in clu d in g   th f o u r - p h ase  in ter leav ed   b o o s s tag e,   th m o d u lar   SC   n etwo r k ,   PW s ig n al  g en er at io n ,   an d   m ea s u r em en b l o ck s .   T h in ter leav ed   s tag co n s is t s   o f   f o u r   id e n tical  p h ases ,   ea ch   co m p r is in g   a n   in d u cto r   ( L 1 L 4 ) ,   MO SF E T   s witch   ( S1 S4 ) ,   an d   d i o d ( D1 D4 ) .   T h e   s witch es  ar d r iv en   b y   p h ase - s h if ted   PW s ig n als  with   9 0 °  p h ase  d if f er e n ce   to   e n s u r p r o p er   in ter leav ed   o p er atio n   an d   i n p u c u r r e n r i p p le  r ed u ctio n .   T h s witch in g   f r eq u e n cy   is   s et  to   1 0   k Hz,   a n d   th d u ty   cy cle  is   f ix ed   at  0 . 5   ac co r d in g   to   th t h eo r etica g ain   r eq u ir e m en t.   T h s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k   is   co n f ig u r ed   as  a   m u ltil ev el  m o d u la r   s tr u ctu r e   co n s is tin g   o f   f i v ca p ac ito r s   ( C 1 C 5 ) .   T h ese  ca p ac ito r s   o p er ate  th r o u g h   s eq u en tial  ch ar g i n g   a n d   d is ch ar g in g   p r o ce s s es  v ia  d io d e - c o n tr o lled   p ath s ,   f o r m in g   v o lt ag m u ltip licatio n   m ec h an is m .   T h is   m o d u lar   co n f ig u r atio n   en ab les  s ca lab le  v o ltag e   g ain   an d   b alan c ed   v o lta g s tr ess   d is tr ib u tio n   ac r o s s   th ca p ac it o r s .   T h s im u latio n   p ar am eter s   ar s elec ted   b ased   o n   th th eo r etica l d esig n   to   en s u r C C M   o p er atio n   an d   s tab le  s tead y - s tate  p er f o r m an c e.   T h in p u v o ltag is   s et  to   2 5   V,   an d   th lo ad   is   m o d eled   as  r esis tiv lo ad   o f   1 0   Ω .   E ac h   in d u cto r   ( L 1 L 4 )   is   s et  to   2 0 0   µH ,   w h ile  th s witch ed - ca p ac ito r   v alu es  ( C 1 C 5 )   ar s et  to     1 0 0   µF.   T h p h ase  s h if b etwe en   in ter leav ed   PW s ig n als   is   m ain tain ed   at  9 0 °.  T h s im u latio n   p ar am ete r s   u s ed   in   th is   s tu d y   ar s u m m ar i ze d   in   T ab le  1 .           Fig u r 4 S im u latio n   m o d el  o f   th p r o p o s ed   f o u r - p h ase  in ter l ea v ed   m u ltil ev el  h y b r i d   b o o s t c o n v er ter   with   s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k       T ab le  1 .   PS I s im u latio n   p a r am eter s   P a r a me t e r   V a l u e   U n i t   P a r a me t e r   V a l u e   U n i t   I n p u t   v o l t a g e   25   V   I n d u c t o r   L 1 - L 4   2 0 0   uH   O u t p u t   v o l t a g e   2 5 0   V   S w i t c h e d - c a p a c i t o r s C 1 - C 5   1 0 0   uF   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   10   k H z   O u t p u t   c a p a c i t o r s   1 1 0   uF   D u t y   c y c l e   0 . 5     P h a se   s h i f t   90     N u mb e r   o f   p h a s e s   4               Valid atio n   f o cu s ed   o n   m u lti p le  k ey   p e r f o r m an ce   m etr ic s   to   th o r o u g h ly   ass ess   th co n v er ter ' s   o p er atio n al  c h ar ac ter is tics .   T h ese  m etr ics  in clu d ed   th a ctu al  v o ltag c o n v e r s io n   r ati o   ac h iev e d   d u r in g   o p er atio n ,   o v e r all  p o wer   c o n v er s io n   ef f icien cy ,   o u tp u v o ltag r ip p le  ch ar ac ter is tics ,   v o ltag b alan cin g   p er f o r m an ce   ac r o s s   th s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k ,   cu r r e n d is tr ib u tio n   a m o n g   th e   in ter leav ed   p h ases ,   an d   tr an s ien r esp o n s b eh a v io r   u n d er   d y n am ic  l o ad   co n d itio n s .   All  p er f o r m a n ce   p a r am eter s   wer m o n ito r e d   an d   r ec o r d e d   u s in g   v ir tu al   m ea s u r em en p r o b es  with in   t h s im u latio n   en v ir o n m e n t,  allo win g   f o r   c o m p r e h en s iv d ata  co llectio n   an d   an aly s is .   T h v alid atio n   p r o ce s s   b eg an   with   s tead y   s tate  an aly s i s ,   wh er th co n v e r ter   s u cc ess f u lly   ac h iev ed   2 5 0   o u tp u v o ltag f r o m   2 5   in p u t,  co n f ir m i n g   th 1 0 :1   co n v e r s io n   r atio .   Vo ltag es  ac r o s s   all  f iv SC   ca p ac ito r s   m ea s u r ed   b alan ce d   at  ap p r o x im ately   5 0   V,   v ali d atin g   th e   m u ltil ev el  v o ltag e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 1 1 8 - 1129   1124   d is tr ib u tio n   p r in cip le.   C u r r e n ts   th r o u g h   th f o u r   in d u cto r s   s h o wed   id en tical  m ag n itu d a n d   wav ef o r m   with   9 0 ° p h ase  s h if t,  co n f ir m in g   p r o p er   in ter lea v ed   o p er atio n .   Valid atio n   f o cu s es  o n   m u ltip le  k ey   p e r f o r m an ce   m etr ic s   to   th o r o u g h ly   ass ess   th p r o p o s ed   co n v er ter ' s   o p er atio n al  ch ar ac ter is tics .   T h ese   m etr ics  in clu d th v o ltag co n v er s io n   r atio ,   p o wer   co n v e r s io n   ef f icien cy ,   o u tp u v o ltag r ip p le,   v o ltag b ala n cin g   ac r o s s   th s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k ,   cu r r en t   d is tr ib u tio n   am o n g   in ter lea v ed   p h ases ,   an d   t r an s ien r esp o n s u n d er   d y n am ic  lo a d i n g   co n d itio n s .   All  p er f o r m an ce   p a r am eter s   ar e   m o n ito r e d   u s in g   v ir t u al  m ea s u r em en p r o b es  with in   th PS I s im u latio n   en v ir o n m en t,   en ab lin g   s y s te m atic  d ata  ac q u is itio n   a n d   a n aly s is .   T h v alid atio n   p r o ce d u r e   co n s is ts   o f   two   m ain   s tag es:  s tead y - s tate  ev alu atio n   an d   d y n am ic  r esp o n s an aly s is .   I n   th s tead y - s tate  ev alu atio n ,   th e   co n v er ter   p er f o r m an ce   is   ass e s s ed   u n d er   n o m in al  o p er atin g   co n d itio n s   to   v er if y   t h th eo r etica v o ltag g ain ,   v o ltag b alan ci n g   ca p a b ilit y ,   a n d   cu r r en t sh ar in g   b eh a v io r .   I n   th d y n am ic  an aly s is ,   co n tr o lled   lo ad   v ar iatio n s   ar ap p lied   to   ex a m in th tr an s ien r esp o n s an d   s tab ilit y   o f   th co n v er ter   u n d er   c h an g in g   o p er atin g   co n d itio n s .   T h is   s tr u ctu r e d   v alid atio n   ap p r o ac h   en s u r es  th at  th p r o p o s ed   to p o lo g y   is   e v alu ated   co m p r eh e n s iv ely   in   ter m s   o f   b o th   s tead y - s tate  p er f o r m an ce   a n d   d y n am ic  b e h av io r .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T o   v alid ate  th p er f o r m a n c o f   th p r o p o s ed   f o u r - p h a s in ter leav ed   f iv e - lev el  h y b r id   b o o s t   co n v er ter   with   s witch ed - ca p ac ito r   m u ltip lier ,   co m p r e h en s iv s im u latio n s   wer co n d u cted   u s in g   PS I s o f twar e.   T h s im u latio n   p ar a m eter s   ar co n s is ten with   th o s lis ted   in   T ab le  1   in   th e   Me th o d   s ec tio n .   T h e   s im u latio n   r esu lts   co n f ir m   th ca p ab ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   co n v er ter   to   ac h iev e   h ig h   v o ltag g ain   w h ile  m ain tain in g   s tab le  o p er atio n   a n d   ef f ec tiv e   cu r r e n t sh ar in g   ac r o s s   p h ases .   T o   f u r th er   h i g h lig h th ad v an tag es  an d   p o s itio n in g   o f   t h p r o p o s ed   to p o lo g y ,   co m p ar ativ e   an aly s is   with   r ec en tly   r ep o r te d   h ig h   s tep - u p   h y b r id   DC DC   co n v er ter s   is   p r esen ted   in   T ab le  2 .   As  s h o wn   in   T ab le  2 ,   s ev er al  ex is tin g   h ig h   s tep - u p   co n v e r ter s   em p lo y   s witch ed - ca p ac ito r   o r   v o ltag m u ltip lier   tech n iq u es   to   ac h iev h ig h   v o ltag g ain .   Ho wev er ,   th ese  to p o lo g ies  ar e   g en er ally   im p lem en ted   in   f ix ed   co n f i g u r atio n s   o r   ex h ib it  lim ited   s ca lab ilit y .   I n   ad d itio n ,   m o s o f   th em   d o   n o in co r p o r ate  in ter lea v ed   o p er atio n ,   wh ich   lim its   th eir   cu r r e n t - s h ar in g   ca p ab ilit y   an d   i n cr ea s es in p u t c u r r en t r ip p le.       T ab le  2 .   C o m p a r is o n   o f   th p r o p o s ed   co n v er ter   with   r ec en tl y   r ep o r ted   h y b r id   h ig h   s tep - u p   DC DC   co n v er ter s   in   te r m s   o f   v o ltag g ain ,   ef f icien c y ,   s tr u ctu r al   ch a r ac ter is tics ,   an d   lim itatio n s   To p o l o g y   G a i n   Ef f i c i e n c y   ( %)   K e y   f e a t u r e   Li mi t a t i o n   N x   i n t e r l e a v e d   m u l t i l e v e l   b o o s t   [ 2 1 ]   8 . 4 ×   9 6 . 1   M u l t i l e v e l   +   i n t e r l e a v e d   F i x e d   st r u c t u r e   H y b r i d   t h r e e - l e v e l   b o o st   [ 2 2 ]   > 1 0 ×   9 3 . 1   S i mp l e   s t r u c t u r e   Li mi t e d   s c a l a b i l i t y   M M C - b a se d   h y b r i d   [ 2 3 ]   > 1 0 ×   ~ 9 5   M o d u l a r   st r u c t u r e   H i g h   c o m p l e x i t y   H y b r i d   b o o s t   +   m u l t i p l i e r   [ 1 6 ]   H i g h   ~ 9 5   H i g h   g a i n   F i x e d   st r u c t u r e   H y b r i d   b o o s t   +   S C   c e l l   [ 1 5 ] ,   [ 2 4 ]   H i g h   ~ 9 8   H i g h   e f f i c i e n c y   N o t   s c a l a b l e   H y b r i d   i n t e r l e a v e d   mo d u l a r   S C   ( p r o p o se d )   1   9 5 . 2   S c a l a b l e   +   m o d u l a r   S i mu l a t i o n - b a s e d       I n   c o n tr ast,  th e   p r o p o s ed   co n v er ter   in teg r ates  a   m o d u lar   s witch ed - ca p ac ito r   s tr u ctu r e   with   an   in ter leav ed   ar ch itectu r e ,   en ab l in g   b o th   s ca lab le  v o ltag g ai n   an d   ef f ec tiv cu r r en s h ar in g .   T h v o ltag g ain   ca n   b e   f lex i b ly   a d ju s ted   th r o u g h   th e   n u m b e r   o f   ca p ac ito r   m o d u les,  wh ile   m ain tain in g   b alan ce d   v o ltag e   s tr ess   an d   r ed u ce d   r ip p le.   T h is   f ea tu r clea r ly   d is tin g u is h es th p r o p o s ed   to p o lo g y   f r o m   ex is tin g   ap p r o ac h es.   T h o u tp u v o ltag wav e f o r m   o f   th p r o p o s ed   co n v e r ter   is   s h o wn   in   Fig u r e   5 ( a) .   T h co n v er ter   s u cc ess f u lly   elev ates   th in p u v o ltag e   o f   2 5   to   a n   o u t p u v o ltag e   o f   ap p r o x im ately   2 5 0   V,   ac h ie v in g   v o ltag g ain   o f   1 0 .   T h is   r esu lt   is   co n s is ten with   th e   th eo r etica v o ltag e   co n v er s io n   r atio   d er iv ed   in   s ec tio n   2 ,   th er eb y   v alid atin g   th an al y tical  m o d el  o f   th e   p r o p o s ed   to p o lo g y .   T h o u tp u v o ltag e   ex h i b its   f ast  tr an s ien t   r esp o n s d u r in g   s tar t - u p ,   r ea ch in g   t h s tead y   s tate  v alu e   with   m in im al  o v er s h o o a n d   s ettlin g   tim e.   T h e   s tead y   s tate  o u tp u t   v o ltag e   r ip p le  is   m ea s u r e d   to   b les s   th an   2 %,  w h ich   is   ac ce p t ab le  f o r   h ig h - g ain   ap p licatio n s   an d   u n d er s co r es  t h ad v a n tag o f   th e   m u ltil ev e co n f ig u r atio n   i n   r e d u cin g   o u tp u v o ltag e   r ip p le   [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ] Fig u r e   5 ( b )   illu s tr ates  th co m p ar is o n   b etwe en   t h o b tain ed   o u tp u v o ltag e   ( Vo )   a n d   th e x p ec ted   th eo r etica v alu e .   T h d ev iati o n   r em ain s   with in   s m all  r an g ( ± 1   V) ,   co r r esp o n d i n g   to   a p p r o x im ately   0 . 4 %,   co n f ir m in g   th ac cu r ac y   o f   th an aly tical  m o d el  u n d e r   o p en - lo o p   o p er atio n .   T h is   s m all  d ev iatio n   ca n   b attr ib u ted   to   n o n - i d ea ef f ec ts   s u ch   as  s witch in g   lo s s es,  p ar asit ic  r esis tan ce s ,   an d   ca p ac it o r   eq u i v alen s er ies  r esis tan ce   ( E SR ) .   T h r esu lts   d em o n s tr ate  th at  th p r o p o s ed   to p o lo g y   is   ca p ab le  o f   ac h iev in g   th d esire d   v o ltag g ain   with   h ig h   ac cu r ac y   u n d e r   s tead y - s tate  co n d itio n s   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Hig h   s tep - u p   in terl ea ve d   mu ltil ev el  h yb r id   b o o s co n ve r ter w ith     ( A n d i M.   N u r   P u tr a )   1125   ( a)     ( b )       Fig u r 5 .   Ou t p u t v o ltag wav e f o r m   d em o n s tr atin g ( a)   s tep - u p   f r o m   2 5   i n p u t to   2 5 0   o u tp u t a n d     ( b )   illu s tr ates th co m p a r is o n   b etwe en   th o b tain ed   o u tp u v o ltag an d   t h ex p ec te d   th eo r e tical  v alu e       T h v o ltag b alan cin g   ac r o s s   th f iv s witch ed - ca p ac ito r   ce lls   ( V C 1   to   V C 5 )   is   s h o wn   in   Fig u r 6 ( a) .   T h v o ltag es  ac r o s s   ea ch   ca p ac ito r   ar well  b alan ce d ,   with   ea ch   ca p ac ito r   s u s tain in g   a p p r o x im ately   5 0   V,   wh ich   is   o n e - f if th   o f   th e   to tal   o u tp u v o ltag e   ( 2 5 0   V ) .   T h is   eq u al   v o ltag e   d is tr ib u tio n   v al id ates  th m o d u lar   m u ltil ev el  o p er atio n   o f   th SC   n etwo r k   an d   p r ev e n ts   ex ce s s iv v o ltag s tr ess   o n   in d iv id u a co m p o n e n ts .   T h s m all  r ip p le  o b s er v ed   ( less   th an   1   p ea k - to - p ea k )   o n   ea ch   ca p ac ito r   v o ltag is   c o n s is ten with   th e   s witch in g   f r eq u e n cy   an d   in d icate s   ef f ec tiv ch ar g r ed is tr ib u tio n   with in   th n etwo r k .   T h is   b alan c ed   v o ltag e   p r o f ile  en h an ce s   r eliab ilit y   an d   allo w s   th u s o f   lo wer   v o ltag e - r at ed   co m p o n en ts ,   co n tr ib u tin g   t o   im p r o v ed   s y s tem   ef f icien cy   an d   r ed u ce d   c o s [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   On   th o th er   h an d ,   t h cu r r en t   wav ef o r m s   o f   th e   f o u r   in te r leav ed   in d u cto r s   ( L 1   to   L 4 )   ar s h o wn   i n   Fig u r 6 ( b ) .   T h cu r r en ts   in   ea ch   p h ase  ar n ea r ly   id e n tical  in   m ag n itu d an d   wav ef o r m ,   with   9 0 °  p h ase  s h if b etwe en   a d jace n p h ases .   T h is   co n f ir m s   p r o p er   i n ter leav ed   o p er atio n   an d   d em o n s tr at es  ef f ec tiv c u r r en t   s h ar in g   am o n g   all  p h ases .   T h m ea s u r ed   cu r r en r ip p le  i n   ea ch   p h ase  is   ap p r o x im ately   1 . 2   p ea k - to - p ea k ,   wh ile  th n et  in p u t c u r r e n t r ip p le  is   r ed u ce d   to   ab o u 0 . 3   p ea k - to - p ea k ,   r e p r esen tin g   7 5 % r ed u ctio n   d u to   th in ter leav in g   ef f ec t.  T h is   s ig n if ican r ip p le  r ed u ctio n   co n tr ib u tes  to   lo wer   elec tr o m a g n etic  in ter f er en ce   ( E MI ) ,   r ed u ce d   in p u f ilter   r eq u i r em en ts ,   an d   im p r o v e d   o v er all  co n v er ter   p er f o r m an ce .   Fu r th e r m o r e ,   b alan ce d   cu r r e n d is tr ib u tio n   en s u r es  u n if o r m   th er m al  s tr ess   ac r o s s   s wi tch in g   d ev ices,  en h an cin g   s y s tem   r eliab ilit y   [ 2 3 ] ,   [ 3 1 ] .   T h m e asu r ed   ef f icien cy   o f   th co n v er ter   u n d er   f u ll  lo ad   co n d itio n   is   ap p r o x im ately   9 5 . 2 %,  wh ich   ca n   b attr ib u te d   to   th r ed u ce d   co n d u ctio n   lo s s es  th an k s   to   th ev en   cu r r en s h ar in g   an d   th e   lo v o ltag s tr ess   o n   th s witch es.   Fig u r 7   p r esen ts   th PW m o d u latio n   s ig n als  ( VSA1   to   VSA4 )   f o r   th f o u r   in ter leav ed   p h ases .   T h s ig n als  ex h ib it  a   p r ec is 9 0 °  p h ase  s h if an d   o p er ate  at  a   s witch in g   f r eq u en cy   o f   1 0   k H with   co n s is ten t   d u ty   c y cle  o f   ap p r o x im ately   5 0 %.  T h is   p h ase - s h if ted   PW o p er atio n   is   ess en tial  f o r   ac h ie v in g   c u r r e n r i p p le   ca n ce llatio n   an d   b alan c ed   p o wer   d is tr ib u tio n   am o n g   p h ases .   T h s y n ch r o n izatio n   o f   th PW s ig n als   co n f ir m s   co r r ec t im p lem e n tatio n   o f   th in ter leav i n g   s tr ateg y   [ 3 2 ] .     0 . 0 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 1 1 8 - 1129   1126   ( a)     ( b )       Fig u r 6 .   Stead y - s tate  p er f o r m an ce   o f   th e   p r o p o s ed   c o n v e r ter :   ( a)   v o ltag d is tr ib u tio n   ac r o s s   th s witch ed - ca p ac ito r   ce lls   ( VC 1   to   VC 5 )   an d   ( b )   cu r r en t w av ef o r m s   o f   th in ter leav ed   i n d u ct o r s   ( L 1   t o   L 4 )           Fig u r 7 .   PW m o d u latio n   s ig n als f o r   th e   f o u r   in ter leav e d   p h ases   ( VSA1   to   VSA4 )   s h o win g   p r ec is 9 0 °  p h ase - s h if t a n d   c o n s is ten t d u t y   cy cle  o p er atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Hig h   s tep - u p   in terl ea ve d   mu ltil ev el  h yb r id   b o o s co n ve r ter w ith     ( A n d i M.   N u r   P u tr a )   1127   All  f o u r   m o d u latio n   s ig n als  m ain tain   id en tical  d u ty   c y cles  u n d er   s tead y - s tate  o p er atio n ,   co n s is ten with   th th eo r etica r eq u ir em e n f o r   ac h iev in g   th ta r g eted   v o ltag g ain .   T h is   u n i f o r m   d u t y   cy cle  co n tr ib u tes   to   b alan ce d   p o we r   p r o ce s s in g   an d   s u p p o r ts   th e q u al  c u r r en d is tr ib u tio n   o b s er v e d   in   th in ter lea v ed   in d u cto r s .   T h s im u latio n   r esu lts   co m p r eh en s iv ely   v alid ate  t h p r o p o s ed   h y b r id   m o d u lar   c o n v er ter   to p o lo g y .   C o m p ar ed   t o   co n v en tio n al  b o o s co n v er ter s   a n d   o th er   h ig h - g ai n   to p o lo g ies  s u c h   a s   co u p led   in d u cto r   co n v er ter s   [ 3 3 ]   an d   q u ad r ati b o o s c o n v e r ter s   [ 3 4 ] ,   t h m o d u lar   s tr u ctu r e   en ab les  f le x ib le  ex p a n s io n   o f   v o ltag g ain ,   wh ile  th e   in t er leav ed   c o n f ig u r atio n   en h a n ce s   cu r r e n h a n d lin g   ca p a b ilit y   an d   th er m al   p er f o r m an ce .   T h s m all  v o lta g d ev iatio n   ( 0 . 4 %)  a n d   lo o u tp u r ip p le   ( <2 %)  i n d icate   t h at  th c o n v e r ter   is   s u itab le  f o r   h ig h   s tep - u p   ap p licatio n s   r eq u ir in g   s tab le  an d   ef f icien o p er atio n .   Fu tu r wo r k   will  f o cu s   o n   ex p er im en tal  v alid atio n   u s in g   h ar d war p r o t o ty p an d   f u r th er   in v esti g atio n   o f   th c o n v er ter   p er f o r m an ce   u n d er   wid e   in p u v o ltag v ar ia tio n s   an d   u n b alan ce d   lo ad in g   co n d itio n s .       5.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   h as  p r esen ted   th d esig n   an d   s im u latio n - b ased   ev alu atio n   o f   h y b r id   f o u r   p h ase  in ter leav ed   m u ltil ev el  b o o s c o n v er ter   in c o r p o r atin g   s witch ed - ca p ac ito r   m u ltip lier .   T h p r o p o s ed   to p o lo g y   d em o n s tr ates  its   ab ilit y   to   ac h iev h ig h   v o ltag g ain   wh ile  m ain tain in g   ef f icien c y ,   lo r i p p le,   an d   b ala n ce d   elec tr ical  s tr es s   ac r o s s   co m p o n en ts .   T h r esu lts   co n f ir m   th at  th co n v er ter   ca n   s tep - u p   2 5   in p u to   an   o u tp u v o ltag o f   ap p r o x im at ely   2 5 0   V,   ac h iev in g   v o lta g g ain   o f   1 0   with   h ig h   ef f ic ien cy   ( 9 5 . 2 %),   lo w   o u tp u v o ltag r ip p le  ( < 2 %),   an d   s m all  d ev iatio n   o f   a p p r o x im ately   0 . 4 f r o m   th e x p ec ted   th eo r etica l   v alu e.   T h in ter leav ed   s tr u ctu r en s u r ed   b alan ce d   cu r r en s h ar in g   an d   r ed u ce d   in p u cu r r en r ip p le,   wh ile  th m o d u lar   m u ltil ev el  SC   n etwo r k   f ac ilit ated   e q u al  v o ltag e   s tr ess   d is tr ib u tio n   ac r o s s   co m p o n en ts ,   en h an cin g   r eliab ilit y   an d   allo win g   f o r   th u s o f   lo wer   r ated   d e v ices.  Fu r th er m o r e ,   th p r o p o s ed   co n v er ter   in tr o d u ce s   a   d ec o u p le d   ar ch itectu r al  ap p r o ac h ,   in   wh ich   cu r r e n co n d itio n in g   an d   v o ltag b o o s t in g   f u n ctio n s   ar e   in d ep en d en tly   r ea lized   th r o u g h   th in ter leav ed   s tag an d   th m o d u lar   s witch ed - ca p ac ito r   n etwo r k .   T h is   f ea tu r p r o v id es  im p r o v ed   d e s ig n   f lex ib ilit y   an d   en a b les  s ca lab le  v o ltag g ain   with o u m o d if y in g   th co r e   co n v er ter   s tr u ctu r e.   T h e   r ese ar ch   o b jectiv es  s et  f o r t h   wer m et,   d e m o n s tr atin g   th at  th p r o p o s ed   h y b r id   ar ch itectu r o f f er s   f av o r ab le   b alan ce   b etwe en   h ig h   p er f o r m an ce ,   co m p o n e n s tr ess ,   an d   co n tr o s im p licity   co m p ar ed   to   co n v en tio n al   a n d   r ec e n h i g h   g ain   c o n v e r ter   to p o lo g ies.  Alth o u g h   th is   s tu d y   is   b ased   o n   s im u latio n   r esu lts ,   th f i n d in g s   d em o n s tr ate  th f ea s ib ilit y   an d   ef f ec tiv en ess   o f   th e   p r o p o s ed   co n v er ter   f o r   h ig h   s tep - u p   a p p licatio n s .   T h s im u latio n   r esu lts   p r o v id s tr o n g   f o u n d atio n   f o r   f u tu r ex p e r im en tal  v alid atio n   a n d   p r ac tical  im p le m en tatio n .   Fu tu r e   wo r k   will  f o cu s   o n   th e   d e v elo p m e n o f   a   h ar d war e   p r o to ty p e   to   ex p e r im en tally   v er if y   th c o n v er ter   p er f o r m a n ce ,   e v alu at ef f icien cy   u n d er   p r ac tical  o p er atin g   c o n d itio n s ,   an d   in v esti g ate  its   b eh av i o r   u n d er   wid in p u t v o ltag e   v ar iatio n s   an d   u n b alan ce d   lo ad in g   co n d itio n s .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h au th o r s   wo u ld   lik to   e x p r ess   th eir   s in ce r g r atitu d e   to   th Min is tr y   o f   E d u ca tio n ,   C u ltu r e,   R esear ch ,   an d   T ec h n o l o g y   o f   th R ep u b lic  o f   I n d o n esia  f o r   th e   f in a n cial  s u p p o r p r o v id ed   th r o u g h   t h e   r esear ch   g r an u n d er   c o n tr ac t n u m b er   1 2 4 /UN1 6 . 1 9 /PT. 0 1 . 0 3 /PL/2 0 2 5 .   T h is   s u p p o r h as  b ee n   ess en tial  in   th co m p letio n   o f   th is   r esear ch   w o r k .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   An d i M .   Nu r   Pu tr a                               Ad r ian ti                               Mu h am m ad   I m r an   Ham id                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.