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 .   1 Ma r ch   20 2 6 ,   p p .   6 0 2 ~ 6 16   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 1 . p p 6 0 2 - 6 16           602       J o ur na ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   A new  boo st LED  driver       Dzhun us bek o v   E rla n 1 ,   O ra zba y ev   Sa g i 2   1 La b o r a t o r y   o f   P e r s p e c t i v e   D e v e l o p m e n t i n   El e c t r o n i c s,  JS C   " K a z a k h - B r i t i sh   Te c h n i c a l   U n i v e r si t y " ,   A l m a t y ,   K a z a k h st a n   2 Al - F a r a b i   K a z a k h   N a t i o n a l   U n i v e r si t y ,   A l ma t y ,   K a z a k h s t a n       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 0 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Feb   5 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Feb   1 5 ,   2 0 2 6       Re d u c in g   th e   c o st ,   in c re a sin g   e fficie n c y ,   a n d   imp r o v i n g   t h e   re li a b il it y   o f   LE d riv e rs  a re   c rit ica d u e   t o   th e   wid e sp re a d   a d o p ti o n   o LE li g h t in g .   Th is  p a p e p re se n ts  a   re se a rc h   st u d y   o n   a   n o v e b o o st  LE d r iv e r   d e sig n e d   to   m in imiz e   v o lt a g e   p u lsa ti o n a c ro ss   p o we sw it c h e s,  th e re b y   re d u c in g   d y n a m ic l o ss e s in   a ll   p o we c o m p o n e n ts.   A sm a ll   n u m b e o S c h o t t k y   d io d e we re   u se d   to   re d u c e   c o n d u c ti o n   lo ss e s.  To   re d u c e   sw it c h in g   lo ss e in   se m ico n d u c to rs,   a   q u a si - re so n a n sw it c h i n g   (QRS)  a t   z e ro   c u rre n wa imp lem e n ted   fo d riv in g   tran sis to rs.  T h e   o p e ra ti n g   p rin c i p le  is   a n a ly z e d   u sin g   c o m p u ter  m o d e li n g   a n d   v a l id a ted   e x p e rime n tall y   i n   c ri ti c a c o n d u c ti o n   m o d e   (CrCM ).   In   th e   in i ti a e v a l u a ti o n ,   o n e   v e rsio n   o f   t h e   p r o p o se d   d ri v e a c h iev e d   a   h i g h   e fficie n c y   o f   u p   to   9 8 . 7 %   a 1 2 0   W   in p u p o we r.   Ad d it i o n a ll y ,   th e   siz e   a n d   v a lu e   o th e   m a in   in d u c t o we re   si g n ifi c a n tl y   re d u c e d .   Th e   p r o p o se d   d ri v e p ro v id e a n   e fficie n a n d   sc a lab le  so lu ti o n   fo r   h ig h - p o we LE l ig h ti n g .   Lo w e d y n a m ic  lo ss e a n d   re d u c e d   imp u lse   v o lt a g e c re a te  o p p o rt u n it ies   fo r   in teg ra ti n g   t h e   c o n tr o c ircu it   a n d   p o we sw it c h e s in to   a   sin g le ch ip .   K ey w o r d s :   B o o s t L E d r iv er   Dir ec t A C   L E m o d u le   Hig h   v o ltag L E d r iv e r   Hy b r id   L E d r iv er   L E s tr ee t lig h tin g   R eliab ilit y   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 :   Dzh u n u s b ek o v   E r lan   L ab o r ato r y   o f   Per s p ec tiv De v elo p m en t s   in   E lectr o n ics,  J SC   "Ka za k h - B r itis h   T ec h n ical  Un iv er s ity "   T o le - b i Str ee t,  Ho u s 5 9 ,   Alm aty   0 5 0 0 6 0 ,   Kaz ak h s tan   E m ail:  er lan 5 5 5 d j@ y ah o o . c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h r a p i d   a d o p ti o n   o f   L E lig h t in g   h as   tr a n s f o r m ed   t h e   i n d u s t r y ,   o f f er in g   u n p a r a lle l ed   e n e r g y   ef f ic ie n c y ,   l o n g e v it y ,   an d   e n v ir o n m e n t al   b e n e f its .   H o w e v e r ,   d es p i te  th ese   a d v a n t ag es,   t h p e r f o r m a n ce   a n d   co s t - ef f e cti v e n ess   o f   L E l ig h ti n g   s y s te m s   r e m a in   c o n s tr a in e d   b y   t h lim ita ti o n s   o f   L E D   d r i v e r s .   Ad v a n c em e n ts   i n   L E D   d r iv er   tec h n o lo g y   a r e   cr iti ca l ly   im p o r ta n t   d u e   t o   t h e   wi d es p r e ad   ap p li ca t io n   o f   li g h ti n g   in   v a r i o u s   as p ec ts   o f   h u m an   l if a n d   i n d u s t r y .   As   L E D   ch ip   p r ic es   c o n ti n u e   t o   d e cli n e ,   t h e   r elat iv e   c o s t   o f   L E D   d r iv e r s   h as  b e c o m a   d o m i n a n f a ct o r   i n   t h o v e r all   e x p e n s o f   l ig h t i n g   s y s te m s .   W h i le  L E D   c h i p s   h a v e   lif esp a n s   e x ce e d i n g   5 0 , 0 0 0   h o u r s ,   c o n v en ti o n al   L E D   d r i v e r s   o f t en   f a il   m u ch   s o o n e r   d u to   th ei r   c o m p l e x   cir c u it r y   [ 1 ] - [ 7 ] .   T h er ar p r o p o s als   t o   eli m i n a te   el ec t r o l y ti c   ca p ac i to r s   t o   i m p r o v e   r el ia b ili ty   [ 8 ] - [1 4 ].   n o tab le  tr en d   in   m o d er n   L E d r iv er   d ev elo p m en is   th in teg r atio n   o f   co n tr o an d   p o wer   cir cu its   with in   s in g le  s em ico n d u cto r   d ev ice  [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   T h is   ap p r o ac h   aim s   to   r ed u ce   co s ts ,   m in im ize  th f o o tp r in t   o n   p r in ted   ci r cu it  b o ar d s ,   an d   en h an ce   r eliab ilit y .   s ig n if ic an tr en d   h as  b ee n   th d ev elo p m en o f   d ir ec AC   L E m o d u les  [ 1 6 ] - [2 1 ] ,   wh i ch   elim in ate  th n ee d   f o r   tr a d itio n al  L E d r iv er s .   T h is   a p p r o ac h   d y n am ically   ad ju s ts   L E ar r ay s   to   m atch   t h alter n atin g   m ai n s   v o ltag u s in g   lo w - f r eq u en cy   s witch in g   s y n ch r o n ize d   with   th g r id .   Dir ec AC   L E m o d u les  o f f er   a   co s t - ef f ec tiv a n d   s tr u ctu r ally   s im p le  s o lu tio n ,   a s   th ey   elim in ate  th e   n ee d   f o r   h i g h - s p ee d   p o we r   s witch es,  tr an s f o r m er s ,   in d u cto r s ,   an d   elec tr o ly tic  ca p ac ito r s   with   lim ited   life s p an s ,   an d   h ig h - f r e q u en c y   f ilter in g   co m p o n e n ts .   T h eir   m in im alis tic  d esig n   m ak es  th em   well - s u ited   f o r   in teg r atio n ,   an d   c o m m er ciall y   av ailab le  I C s   h av alr ea d y   b ee n   in tr o d u ce d   to   th m ar k et.   Ho wev er ,   k ey   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       A   n ew b o o s t LE d r iver  ( Dzh u n u s b ek o E r la n )   603   d r awb ac k   o f   AC   L E m o d u l es  is   th p r esen ce   o f   lin ea r   c u r r en r e g u lato r s ,   wh ich   lea d   to   p o wer   lo s s es  an d   th er m al  d is s ip atio n   is s u es.  C u r r en tly ,   m o s co m m er cially   av ailab le  s o lu tio n s   ar d esig n ed   f o r   l o w - p o wer   ap p licatio n s ,   lim itin g   th eir   b r o ad er   ad o p tio n   in   h ig h - p o wer   lig h tin g   s y s tem s .   T o   en h an ce   ef f icien cy ,   h y b r i d   L E Dr iv er   h as b ee n   p r o p o s ed   [ 2 2 ] - [ 2 5 ] .   T h is   d esig n   in co r p o r ates a   d y n am ically   r ec o n f ig u r ab le  lo ad   o f   L E s tr in g s ,   s im ilar   to   d ir ec AC   L E m o d u les,  alig n in g   th em   with   th e   in s tan tan eo u s   m ain s   v o ltag e.   Ho wev er ,   to   co m p e n s ate  f o r   th v o ltag d if f er e n ce   b etwe en   th L E s tr in g   v o ltag an d   t h v ar y i n g   m ai n s   v o ltag e,   s m all  in d u cto r   an d   an   o p tim ized   s witch in g   alg o r ith m   f o r   th e   co n f ig u r atio n   MO SF E T s   ar in tr o d u ce d .   T h s witch in g   MO SF E T s ,   in   co n ju n ctio n   with   t h in d u cto r ,   r eg u late  th o v er all  cir c u it  im p ed an ce ,   th er eb y   c o n tr o llin g   th in p u t   cu r r en t.   T h is   au x iliar y   c o n v e r ter   h an d les  o n ly   a   f r ac tio n   o f   th e   to tal  o u tp u p o wer   an d   o p er ates  with   l o p u ls v o ltag ac r o s s   th e   m ain   in d u cto r   a n d   p o we r   s witch es .   A s   r esu lt,  th h y b r id   L E d r iv er   o f f er s   p o ten tial f o r   cir cu it in teg r atio n   b y   co m b in in g   co n tr o l lo g i c   an d   p o wer   MO SF E T s   with in   s in g le   s em ico n d u cto r   d ev i ce .   I n   s tu d ies  [ 2 2 ] - [ 2 4 ] ,   s lo L E s tr in g s   a r e   co n tr o lled   d ir ec tly   b y   tr an s is to r s ,   wh ich   p o s es  p r o b lem s   with   h ar d   s witch in g ,   wh ich   lim i ts   ef f icien cy ,   E MI   p er f o r m an ce ,   an d   s ca lab ilit y   to   h ig h - p o wer   an d   h ig h - v o ltag ap p licatio n s .   T o   elim in ate  h ar d   s witch in g   o f   tr an s is to r s ,   th u s o f   f ast  d io d es  co n n ec ted   in   s er ies  with   tr an s is to r s   h as  b ee n   p r o p o s ed   [ 2 5 ] .   Alth o u g h   th e   co n d u ctio n   lo s s es in   th d io d e s   r ep o r ted   in   [ 2 5 ]   ar lim ited   t o   s in g le  co n d u ctio n   d io d at  an y   g iv e n   tim e,   th e   lo s s es  ar n ev er th eless   h ig h   d u to   th f ac th at  h ig h - v o ltag d io d es  m u s b u s ed   f o r   t h 4 0 0   o u tp u L E D   lo ad .   E f f icien cy   im p r o v em en t s   f o r   h i g h - p o wer   a p p licatio n s   ty p ically   r e q u ir e   s u b d iv id i n g   th L E lo a d   in t o   m an y   s m all  s tr in g s ,   wh ich   in c r ea s es c ir cu it c o m p lex ity   an d   t h n u m b er   o f   p o we r   d ev ices.   As  r esu lt,  th er r em ain s   l ac k   o f   L E d r iv er   s o lu tio n s   th at  s im u ltan eo u s ly   s u p p o r h i g h   p o wer   o p er atio n ,   h ig h   ef f icien c y ,   an d   co m p ac t,  in teg r atio n - f r ie n d l y   d esig n s   wh ile  m ain tain in g   lo co s an d   h ig h   r eliab ilit y .   T h is   p ap er   ad d r ess es  th is   g ap   b y   p r o p o s in g   b o o s t - ty p h y b r id   L E d r iv e r   to p o l o g y .   I n   t h e   p r o p o s ed   s o lu tio n ,   lim ited   n u m b er   o f   Sch o ttk y   d io d es  a r em p lo y e d   to   r ed u ce   c o n d u ctio n   lo s s es,  wh il e   ze r o - cu r r en t q u asi - r eso n an t s witch in g   ( QR S)  is   im p lem en ted   to   f u r th er   m i n im ize  s witch in g   lo s s es.   E v en   m ar g in al  i m p r o v em en t   in   ef f icien c y   is   o f   cr itical  im p o r tan ce ,   g iv en   t h ac ce ler atin g   ad o p tio n   o f   L E lig h tin g   ac r o s s   ap p licatio n s   th at  wer p r ev io u s ly   u n f ea s ib le.   Su ch   ad v an ce m en ts   tr an s late  in to   s u b s tan tial e n er g y   an d   co s t sav in g s   o n   a   g lo b al  s ca le.       2.   T H E   P RO P O SE M E T H O D   T wo   m o d if ied   b o o s L E d r iv er s   wer in v esti g ated ,   as  s h o wn   i n   Fig u r e   1 .   T h e   d r iv e r s   in clu d e   d y n am ically   s witch ed   L E s tr in g s ,   as  well  as  Sch o ttk y   d i o d es  co n n ec ted   in   s er ies  with   th L E D   s tr in g s .   Pro v id ed   th at  th n u m b e r   o f   L E s tr in g s   d o es  n o ex ce e d   th r ee ,   th co m b in ed   c o n d u ctio n   lo s s es  o f   th e   Sch o ttk y   d io d es  ar less   th an   th lo s s es  in   th s in g le  d io d o f   th co n v en tio n al  b o o s L E d r iv er .   Switch in g   lo s s es in   Sch o ttk y   d io d es a r k ep t lo d u to   th QR S o f   th tr an s is to r s   o p er atin g   in   th C r C M.           ( a)   ( b )     Fig u r 1 .   T h p r o p o s ed   b o o s L E d r iv er s : ( a)   f ir s t d r iv er   a n d   ( b )   s ec o n d   d r iv e r       I n   th is   wo r k ,   two   p r o p o s ed   L E b o o s d r iv er s   wer s tu d ie d   th eo r etica lly   an d   ex p er im e n tally .   T h e   d r iv er   to p o l o g y   s h o wn   in   Fig u r 1 ( a)   in clu d es   th r ee   ac tiv p o wer   tr a n s is to r s   an d   th r ee   p r o tectiv d io d es  an d   p r o v id es  t h b est   p o wer   f ac to r .   T h h ig h est  ef f icien c y ,   h o wev er ,   was  ac h ie v ed   with   th d r iv er   to p o lo g y   s h o wn   in   Fig u r 1 ( b ) ,   wh ich   em p lo y s   two   ac tiv tr an s is to r s   an d   two   p r o tectiv d io d es.  T h ap p ar e n cir cu it   co m p lex ity   in   Fig u r 1   ca n   b e   ad d r ess ed   b y   i n teg r atin g   th c o n tr o l c ir c u itry   with   th p o wer   s witch es.   T h f o llo win g   s ec tio n s   in tr o d u ce   th e   p r o p o s ed   to p o lo g ies   an d   an aly ze   th eir   o p e r atin g   p r in cip les.  T h th eo r etica s tu d y   is   lim ited   to   th in v esti g atio n   o f   c o m p u ter   m o d el.   T h h y s ter esis   cu r r en co n tr o in   co n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d e   ( C C M)   was  co n s id er ed   f o r   s im p licity   an d   g en er ality .   Su b s eq u en tly ,   2 0 0   W   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 .   1 Ma r c h   20 2 6 :   602 - 6 16   604   ex p er im en tal  p r o to ty p es  wer e   d ev elo p ed   an d   test ed .   C r C wa s   im p lem en ted   as  s p ec ial  ca s o f   th e   h y s ter esis   co n tr o l.  c o m p ar a tiv an aly s is   was  co n d u cted   b etwe en   th p r o p o s ed   d r iv e r s   a n d   c o n v e n tio n al   b o o s d r iv er   with   h ig h - ef f icie n cy   in   an   in d u s tr y .   Fin ally ,   k ey   f in d in g s   ar d is cu s s ed ,   a n d   co n clu s io n s   ar e   p r esen ted .     2 . 1 .     T he  f irst  pro po s ed  bo o s t   L E driv er   First,  th b o o s L E d r iv er   s h o wn   in   Fig u r 1 ( a)   is   an al y ze d   to   d em o n s tr ate  its   f ea s ib ilit y   an d   ad v an tag es.  T h o p er atin g   p r in cip le  o f   th p r o p o s ed   d r iv er   is   s im i lar   to   th at  o f   th h y b r id   L E d r i v e r   d escr ib ed   in   [ 25 ] ,   ex ce p th at  th p r o tectiv e   d io d es  D 1 - D 3   ar n o c o n n ec te d   in   s er ies  with   th p o wer   tr an s is to r s   Q 1 - Q 3   b u a r in s t ea d   co n n ec ted   in   s er ies  with   th L E l o ad   s eg m en ts   L E D 1 - LED 3 .   T h e   d r iv er   o p er atio n   is   d iv id e d   in to   d is cr ete  o p er atin g   s tag es,  d en o ted   as  Stag e( K) ,   d u r in g   w h ich   o n l y   o n tr a n s is to r   Q K   is   ac tiv ely   p u ls e - wid th   m o d u lated   at  an y   g iv en   tim e.   T h e   p o wer   tr an s is to r s   Q 1 - Q 3   ar p r o p o s ed   to   s witch   ac co r d in g   to   th f o llo win g   s wi tch in g   p r o ce d u r e.     At  g iv en   in s tan tan eo u s   in p u v o ltag e   Vin ,   i f   th e   to tal  f o r war d   v o ltag e   o f   th L E Ds   m ee ts   th e   co n d itio n   V LED0 +V LED1 +...+V LED(K− 1) Vin   <V LE D0 +V LED1 +. . .   . . . +V LED(K) ,   th en   p u ls e - wid th   m o d ( PW M)   r eg u latio n   o f   Stag e ( K)   is   ac tiv ated tr an s is to r s   Q 1   to   Q (K− 1)   r em ain   in   th cu to f f   s tate;  tr an s is to r s   Q (K + 1)   to   Q ar co n d u ctin g ,   an d   o n l y   Q (K)   ac tiv ely   r eg u lates  th in p u cu r r en t.  Du r in g   th ac tiv Stag e( K) ,   wh en   th e   tr an s is to r   Q is   in   th ON - s ta t e,   th in d u cto r   c u r r e n in cr ea s es  ac co r d in g   to   ( 1 ) wh en   th tr an s is to r   Q   is   in   th OFF - s tate,   th in d u ct o r   c u r r en d ec r ea s es  ac co r d in g   to   ( 2 ) .   I n   th is   m an n er ,   th e   in p u c u r r en is   r eg u lated   with in   p r ed ef i n ed   lim its .      = 1 ( 1 )     |  | < ( )   ( 1 )      = 1 + + ( 1 ) + ( )   |  | < ( )   ( 2 )     Fo r   th e   ac tiv tr a n s is to r   Q K   an d   d io d e   D K th e   s witch in g   v o ltag e   am p litu d m atch es   th e   s tr in g   v o ltag V LED(K) .   Fo r   th in d u cto r   L ,   th v o ltag am p litu d r em ai n s   lo wer   th an   V LED(K)  ,   as sh o wn   in   ( 1 )   a n d   ( 2 ) .   Du r in g   Stag e ( K ) ,   as  th e   in p u t   v o ltag e   Vin   ex ce e d s   V LED0 +V LED1 +...+V LED(K) ,   tr an s is to r   Q K   s witch es   OFF,  an d   tr an s is to r   Q K+ 1   b e g i n s   PW o p er atio n ,   tr an s itio n i n g   th e   d r iv er   t o   Stag e ( K+ 1 ) .   C o n v er s ely ,   as  Vin   d r o p s   b elo V LED0 +V LED1 +...+V LED(K - 1)   d u r in g   Stag e ( K) ,   tr an s is to r   Q K   s wi tch es  ON,   wh ile  Q K− 1   tak e s   o v er   th s witch in g   o p er atio n ,   s h if ti n g   th p r o p o s ed   d r i v er   in to   Stag e ( K− 1 ) .   I n   th wo r k   [ 2 2 ] ,   to   in c r ea s im m u n ity   to   n o is an d   f o r   s im p licity ,   it  was   p r o p o s e d   to   m ak tr an s itio n s   b etwe en   Stag e( K+ 1 ) ,   Stag e( K) ,   an d   Stag e( K - 1 )   b ased   o n   th cu r r en s ig n al  a n d   n o o n   th in p u v o ltag lev el.   I n   t h is   wo r k ,   th f o llo win g   cu r r en t - co n tr o tr a n s itio n   p r o ce d u r is   p r o p o s ed .   I f   d u r i n g   Stag e ( K)   th in d u cto r   c u r r e n ex ce ed s   t h u p p e r   th r esh o ld   w h ile  tr an s is to r   Q K   is   s witch ed   OFF,  tr an s is to r   Q K+ 1   in itiates   PW o p er atio n   f r o m   its   in iti al  ON  s tate,   th er eb y   co n n ec ti n g   th LED K+ 1   s tr in g   to   co u n ter ac f u r th er   cu r r en t   r is e.   T h u s ,   th d r iv er   en ter s   Stag e ( K + 1 ) .   I n   th o p p o s ite  ca s e,   if   th in d u cto r   cu r r en d r o p s   to   th lo wer   th r esh o ld   wh ile  t r an s is to r   Q K   i s   s witch ed   ON,   tr an s is to r   Q K− 1   s tar ts   PW o p er atio n   f r o m   it s   in itial  OFF  s tate .   T h LED K   s tr in g   r em ain s   in ac tiv to   co u n ter ac th e   d o w n war d   cu r r en tr e n d .   As  r esu lt,  t h p r o p o s ed   d r iv e r   en ter s   Stag e ( K− 1 ) .   c o m p u t e r   m o d el   was   d e v el o p e d   to   s i m u la te   t h e   f i r s t   p r o p o s e d   d r i v e r   s h o wn   i n   Fi g u r 1 ( a ) ,   w h i ch   in c lu d es  th r ee   a cti v e   t r a n s is t o r s .   I n   t h is   c o n f i g u r a ti o n ,   t h s i m u l ate d   ci r cu it   m ai n ta in s   p u ls e d   s wit ch in g   o p e r at io n   e v en   n ea r   z er o   i n p u t   v o lta g e,   V in 0 .   Fi g u r e   2   i ll u s tr a tes   t h e   im p l em e n tat i o n   o f   h y s t er esis   c u r r e n co n t r o s ch em e.   T h s im u l ati o n   s et u p   co n s is ts   o f   th p o w er   tr ai n   a n d   t h c o n t r o c ir cu it.  T h p o we r   tr ai n   in c lu d es  an   AC   i n p u v o lt ag e   s o u r ce   Vi n ,   d i o d e   b r i d g e   r e c tifi e r ,   t h e   b o o s t   i n d u ct o r   L ,   a n d   s e g m en te d   L E lo a d   c o n s is ti n g   o f   s t r i n g s   L E D 1 - L E D 3   c o n t r o lle d   b y   th r ee   p o we r   tr a n s is t o r s   Q 1 - Q 3 .   T h co n t r o ci r c u it   im p le m e n ts   h y s t e r esis - b ase d   c u r r en r e g u lat io n ,   o p e r at es  in   co n ti n u o u s   c o n d u cti o n   m o d f o r   g en er ali ty ,   a n d   ac h ie v es   PF C   th r o u g h   d i r e ct   r eg u l ati o n   o f   t h e   in d u c to r   c u r r e n t   w h i le   e n ab li n g   d y n a m ic   r e c o n f i g u r at io n   o f   th e   L E D   s t r i n g s .   T h e   c o n s tr u cte d   m o d el   c o n t r o f o ll o ws  co n v e n ti o n al   PF C   ar c h ite ct u r b as ed   o n   h y s t e r esis   co n t r o o f   th m a in   i n d u ct o r   c u r r en t.   T h e   o p er ati o n a a m p li f ier   U 1   s ets   t h u p p e r   a n d   l o we r   cu r r e n t   t h r esh o l d s   I _ h i g h   a n d   I _ l o p r o p o r ti o n all y   t o   t h e   al te r n ati n g   i n p u t   v o lt ag e.   C o m p a r at o r s   C o m p _ L   an d   C o m p _ H   co n ti n u o u s ly   t r ac k   th e   i n d u c to r   c u r r e n t   I L   t o   e n s u r e   i r em ai n s   wit h i n   t h e   r e f e r e n ce   I _ h i g h   a n d   I _ l o w   t o   f o ll o w   in p u v o lt ag s h a p e.   T h e   DE MU b l o c k   m an ag es  th t r an s iti o n   b etw ee n   s ta g es   Sta g e( K ) Sta g e( K+ 1 )   w h e n   n e ed e d .   T h e   p r i n c ip les  o f   t h e   DE M UX  b l o c k   s ta g e   t r a n s it i o n s   a n d   t h c o r r es p o n d i n g   c o n t r o a lg o r it h m   ar im p le m e n t ed   ex ac tl y   as   d esc r i b e d   i n   [ 25 ] .   I f   a   tr an s iti o n   is   n o t   n ee d ed ,   t h e   D E MU b l o ck   p r o p a g ates   a   PW M   g o v er n i n g   p u ls es   f r o m   a   f li p - f l o p   t r i g g e r   t o   t h e   ac ti v e   tr a n s is t o r   Q K   wi th o u t   i n te r f e r e n c e,   w h ile  h o l d i n g   g a tes  o f   tr a n s is to r s   Q 1 - Q K - at  ze r o   a n d   k e e p i n g   t h g a tes  o f   t r a n s is to r s   Q k+ 1 - Q 3   at  a   h ig h   le v e l.  T h e   in p u v o lt ag is   s et   to   V in   2 3 0   V r m s   wit h   a n   i n p u p o w e r   o f   1 3 6   W .   Fo r   b e tte r   v is u al iza ti o n   i n   s i m u lat io n ,   t h in d u ct o r   L   is   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       A   n ew b o o s t LE d r iver  ( Dzh u n u s b ek o E r la n )   605   ch o s e n   as  1 0   m H   t o   r e d u c t h e   s wit c h i n g   f r eq u e n cy   a n d   m a k e   t h e   p u ls s w itc h i n g   tr ac ea b le   t h r o u g h o u t   t h e   in p u p h ase   c y c le .   T h e   v o lta g d r o p s   o f   L E s t r i n g s   a r s e as  V LED 1   =   1 3 6   V ,   V LE D2   1 3 3   V,   a n d   V L ED3     1 3 2   V   t o   m a tc h   ex p er im en tal   s etu p   v al u es .   T h e   t o ta L E v o l tag d r o p   is   4 0 1   V.           Fig u r 2 .   C o m p u ter   s im u latio n   m o d el  o f   th f ir s t p r o p o s ed   b o o s L E d r iv e r       Fig u r 3   p r esen ts   th e   s tead y - s tate  wav ef o r m s   o b tain ed   f r o m   th s im u latio n   f o r   s in g le  h alf - p er io d   o f   th in p u v o ltag e.   T h d esig n   d em o n s tr ates  r ed u ce d   v o lt ag s win g s   ac r o s s   in d u cto r   L ,   p o wer   tr a n s is to r s   Q 1 - Q 3 ,   an d   r ec tifie r   d io d es  D 1 - D 3 .   T h d io d v o ltag es  co r r e s p o n d   to   th r esp ec tiv L E s tr in g   v o ltag d r o p s V D1   =   1 3 6   V,   V D2   =   1 3 3   V,   V D3   =   1 3 2   V.   T h e   cu r r en o f   th tr an s is to r   Q K   in cr ea s es  with   in d ex   K,   w h ile  th e   m ax im u m   d r ai n - to - s o u r ce   v o l tag Vd s K   d r o p s   f r o m   tr an s is to r   Q 1   to   Q 3 ,   wh ich   p r o v id es  b asis   f o r   ef f icien t   tr an s is to r   s elec tio n .   I n   th is   s im u latio n   s ce n ar i o ,   an   im p lem en tatio n   with   elec tr o ly tic  ca p a cito r s   is   co n s id er ed ,   en s u r in g   a   co n tin u o u s   cu r r en t   s u p p ly   t o   th L E Ds.  I n   th is   way ,   th cu r r en c o n s u m p tio n   o f   L E s tr in g s   is   ea s ily   esti m ated .   Ho wev er ,   el ec tr o ly tic  ca p ac ito r s   ar e   n o t   e s s en tial  f o r   th e   o p er atio n   o f   t h p r o p o s ed   d r iv er .   T h cu r r en co n s u m p tio n   o f   th L E s tr in g s   ex h ib its   m in o r   r ed u ctio n   as  th in d ex   in cr ea s es  f r o m   1   to   2 .   No tab ly ,   th cu r r e n co n s u m p tio n   an d ,   h en ce ,   p o wer   o f   th h ig h est - in d ex ed   L E D   s tr in g ,   L E D 3 ,   ar s ig n if ican tly   lo wer   th an   t h o s o f   L E D 1   an d   L E D 2 ,   wh ich   m ay   b b e n ef icial  f o r   o p tim iz atio n .   As  s h o wn   in   Fig u r 3 ,   as  th in d u cto r   c u r r e n r ea ch es  th u p p er   th r esh o ld   twice  co n s ec u tiv ely ,   an   a d d itio n al  L E s tr in g   is   co n n ec ted   i n   s er ies,  lead in g   to   cu r r e n t d ec r ea s e.     C o n v er s ely ,   wh en   t h in d u ct o r   cu r r en r ea c h es  th lo wer   r ef er en ce   t h r esh o ld   twice  in   s u cc ess io n ,   o n L E s tr in g   is   s h o r t - cir c u i ted ,   ca u s in g   th c u r r e n to   in c r ea s e.   T h ese  tr an s itio n s   b etwe en   o p er atin g   s tag es  tak f in ite  a m o u n o f   tim e ,   in tr o d u cin g   in p u t   cu r r e n d is to r tio n   an d   r ed u ci n g   th e   p o wer   f ac to r ,   as  th e   av er ag i n d u cto r   c u r r en t   d ev i ates  f r o m   t h id ea l   s in u s o id a wav ef o r m .   Ho we v er ,   t h p o wer   f ac to r   ca n   b e   im p r o v e d   b y   r e d u cin g   th e   in d u cto r   v alu e,   th er e b y   d ec r ea s in g   tr an s itio n   tim e.   Alter n ativ ely ,   d ec r ea s in g   th e   h y s ter esis   b an d   wo u ld   b r in g   t h in d u cto r   cu r r en clo s er   to   th d esire d   av er ag v alu e .   No te  th at  th Sch o ttk y   d io d D 1   co n d u cts  co n tin u o u s ly   th r o u g h o u th e   in p u h al f - p er io d ,   wh ile   d io d e   D 2   c o n d u cts  o n ly   d u r in g   Stag es(2 )   an d   ( 3 ) ,   an d   d i o d D 3   co n d u cts o n ly   d u r i n g   Stag e ( 3 ) .   At  h ig h   in s tan tan eo u s   i n p u v o ltag es,  all  t h r ee   Sch o ttk y   d io d es c o n d u ct  s im u ltan eo u s ly ,   co n t r ib u tin g   to   th o v er all  co n d u ctio n   lo s s es.     2 . 2 .     T he  s ec o nd   pro po s ed  b o o s t   L E driv er   T h e   d i s ti n c t i v f e a t u r e   o f   t h e   s e c o n d   p r o p o s e d   d r i v e r ,   s h o w n   i n   F i g u r e   1 ( b ) ,   is   t h a t   i t   o p e r a tes   wi t h   tw o   a c t i v e   s t a g es   a n d   t h e r e f o r e   u t il i z es   o n l y   t w o   S c h o tt k y   d i o d e s   a n d   t h e   a d d i t i o n a l   L E D 0   s t r in g .   T h e   t w o   a c t i v s t a g es   a r e   c o n t r o l l e d   b y   tw o   t r a n s is t o r s ,   Q a n d   Q 2 ,   o n e   p e r   s ta g e .   T h e   p r e s e n ce   o f   t h e   L E D 0   s t r i n g   i n t r o d u c e s   s k i p   m o d e .   T h e   s k i p   m o d e   o f   P W M   r e g u l a ti o n   o c c u r s   a t   i n p u t   l i n e   v o lt a g e s   V i n ∣    V L E D0 .     T h e   L E D 0   s t r i n g   p r o v i d e s   a   v o l ta g e   m a r g i n   t o   m a k e   i t   p o s s i b l e   t o   i m p l e m e n S c h o t t k y   d i o d es   f o r   D 1   a n d   D b y   l i m i t i n g   t h ei r   a b s o l u t e   r e v e r s e   v o l t a g e .   T h is   v o l t a g e   m a r g i n   i s   e n s u r e d   b y   t h e   non - z e r o   v o l t a g e   V L E D0   o f   t h L E D 0   s t r i n g .   T o   ev alu ate   th p e r f o r m an ce   o f   th is   d esig n ,   a   co m p u ter   m o d el  was  d ev el o p ed   u s in g   th s am e   f r am ewo r k   as  f o r   th f ir s p r o p o s ed   d r iv er .   T h m o d el   r ea lizes  p o wer - f ac to r   c o r r ec tio n   th r o u g h   d i r ec r eg u latio n   o f   th in d u cto r   cu r r en in   C C M,   f o llo win g   th e   co n tr o ap p r o ac h   d escr ib ed   in   s ec tio n   2 . 1 .   T h e   s im u latio n   s etu p ,   co n t r o s tr ateg y ,   an d   m o d elin g   ass u m p tio n s   r em ain   id en tical  to   th o s o f   th f ir s p r o p o s e d   d r iv er ,   e x ce p t f o r   th r ed u ce d   n u m b er   o f   p o wer   s witch es a n d   p r o tectiv d i o d es.   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 .   1 Ma r c h   20 2 6 :   602 - 6 16   606   T h s im u latio n   m o d el,   s h o wn   in   Fig u r 4 ,   in clu d es  an   AC   in p u v o ltag s o u r ce   Vin ,   d i o d b r id g e   r ec tifie r ,   th b o o s in d u cto r   L ,   s eg m en ted   L E lo ad   co n s is tin g   o f   L E s tr in g s   L E D 0 - LED 2 ,   p o wer   tr an s is to r s   Q 1   an d   Q 2 ,   an d   th s am h y s ter esis - b ased   cu r r e n t   co n tr o cir cu it  o p er atin g   in   C C M.   As  in   th f ir s t   m o d el,   th in d u cto r   cu r r e n is   r eg u lated   b etwe en   u p p er   a n d   lo wer   h y s ter esis   th r esh o ld s   u s in g   co m p a r ato r - b ased   co n tr o lo g ic,   wh ile  a   DE MU b lo ck   g o v er n s   tr a n s itio n s   b etwe en   o p e r atin g   s tag es.  T h co n tr o cir cu itry   an d   DE MU b lo ck   a r id en tical,   with o u m o d if icat io n ,   to   th o s u s ed   f o r   th f i r s t p r o p o s ed   d r iv e r .           Fig u r 3 .   Simu latio n   wav ef o r m s   o f   th p r o p o s ed   L E d r i v e r .   I _ h i g h   , I _ lo w,   I L   -   co m p ar at o r s   h ig h /lo v al u es  an d   in d u cto r   L   cu r r e n t.  Vd s 1   ,   Vd s 2   ,   Vd s 3   -   d r ain   v o ltag es o n   Q 1 - Q 3   tr an s is to r s .   I d s 1   ,   I d s 2 ,   I d s 3   -   cu r r en ts   o f   Q 1 - Q 3   tr an s is to r s .   V D1   , V D2   , V D3   -   r ev er s v o ltag es  o n   d i o d es D 1 - D 3 . I D1   , I D2   , I D3  -   cu r r en ts   o f   d io d es D 1 - D 3 I LED1   , I LED2   , I LED3  -   c u r r e n ts   o f   co r r esp o n d in g   L E s tr in g s           Fig u r 4 .   C o m p u ter   s im u latio n   m o d el  o f   th s ec o n d   p r o p o s ed   b o o s t L E d r iv er       T h in p u t v o ltag is   s et  to   Vin   =   2 3 0   Vr m s   with   an   in p u t p o wer   o f   1 3 6   W .   Fo r   b etter   v is u aliza tio n   o f   th s witch in g   b eh av i o r ,   th b o o s in d u cto r   L   is   c h o s en   as  5   m H,   w h ich   r ed u ce s   th s witch in g   f r eq u en cy   an d   m ak es  th p u ls s witch in g   tr ac ea b le  o v er   th e   in p u v o ltag h alf - cy cle.   T h v o ltag d r o p s   ac r o s s   th L E s tr in g s   ar s et  to   V LED0 =1 0 0   V ,   V LED1 =1 5 0   V,   an d   V LED2  1 5 0   to   co r r esp o n d   to   ex p er i m en tal  s etu p   v al u es.    40 m   4 2.5   m   45   m   4 7.5   m     T i m e ,s   50   m   4 0   m   42.5   m   4 5   m   4 7.5   m     50   m   T i m e ,s                               10 u s   10 u F   800   u F   800   u F   5 m H   0.1   u F   1   M   8.5 k   1   M   30   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       A   n ew b o o s t LE d r iver  ( Dzh u n u s b ek o E r la n )   607   T o tal  v o ltag e   d r o p   o f   L E Ds   is   4 0 0   V.   Fig u r e   5   p r esen t s   th s tead y - s tate  wav e f o r m s   o b tain e d   f r o m   th e   co m p u ter   m o d elin g   f o r   s in g le  h alf - p er io d   o f   th in p u v o l tag e.   T h s im u latio n   s h o ws  th p r esen ce   o f   s k ip   m o d in   th PW g en er ati o n   at  in p u v o ltag es  Vin ∣    V LED0 .   W h ile  s k ip   m o d co n s er v es  p o wer ,   it   n eg ativ ely   im p ac ts   p o wer   f a cto r .   T h er e f o r e,   th v alu e   o f   V LED0   m u s b s elec ted   ca r ef u lly   to   b alan ce   ef f icien cy   a n d   p o wer   q u ality .   T h s im u latio n   r esu lts   v alid a te  th f ea s ib ilit y   o f   th p r o p o s ed   co n tr o l   m eth o d   f o r   th e   h y b r id   L E d r iv er .   T h DE MU b lo ck   r em ain s   th s am as  f o r   th e   m o d el  in   F ig u r 2 .   T h s am e   DE MU alg o r ith m   o p er ates  s u cc ess f u lly   d esp ite  v ar iatio n s   in   L E s tr in g   v o ltag d r o p s   an d   L E lo a d   co n f ig u r atio n s .   T h s witch in g   v o ltag am p litu d es  o f   two   ac tiv t r an s is to r   an d   p r o tectiv e   d io d es  ar r e d u ce d   a n d   eq u al  th e   L E s tr in g   v o ltag e s   co r r esp o n d in g ly .   No te  th at  t h Sch o ttk y   d io d e   D 1   co n d u c ts   d u r in g   Stag es(1 )   an d   ( 2 ) ,   w h ile  d io d D 2   co n d u cts  o n ly   d u r in g   Stag es(2 ) .   At  h ig h   in s tan tan e o u s   in p u v o ltag es,  b o th   Sch o ttk y   d io d es c o n d u ct  s im u ltan eo u s ly ,   co n tr i b u tin g   t o   th o v er all  c o n d u ctio n   lo s s es.           Fig u r 5 .   Simu latio n   wav ef o r m s   o f   th p r o p o s ed   L E d r i v e r .   I _ h i g h   , I _ lo w,   I L   -   co m p ar at o r s   h ig h /lo v al u es  an d   in d u cto r   L   cu r r e n t.  Vd s 1 ,   Vd s 2   -   d r ain   v o ltag es o n   Q 1   a n d   Q 2   tr an s is to r s .   I d s 1 ,   I d s 2   -   cu r r en ts   o f   Q 1   an d   Q 2   tr an s is to r s .   V D1   , V D2   -   r ev er s v o ltag es o n   d io d es D 1   an d   D 2 .   I D1   , I D2   -   c u r r en ts   o f   d io d es D 1   an d   D 2 . I LED0   I LED1   , I LED2  -   cu r r en ts   o f   co r r e s p o n d in g   L E s tr in g s       3.     M E T H O D   3 . 1 .     E x perim ent a l set - up   T h r ee   lab o r ato r y   s am p les  wit h   2 0 0   W   in p u p o wer   r atin g s   wer cr ea ted   to   test   th p r o p o s als:   th s am p le  o f   th e   f ir s p r o p o s ed   d r iv er ,   as  s h o wn   in   Fig u r e   1 ( a) th s am p le  o f   t h s ec o n d   p r o p o s ed   d r i v er ,   as   s h o wn   in   Fig u r e   1 ( b ) an d   o n e   s am p le  o f   th e   co n v en tio n al  b o o s d r iv er .   All  s am p les  in co r p o r ate  p o wer   f ac to r   co r r ec tio n   ( PF C )   an d   wer ass em b led   o n   s in g le  p r in ted   cir cu it  b o ar d   to   en a b le  r eliab le  co m p ar is o n .     Fig u r 6   illu s tr ates  th g en er al  elec tr ical  cir cu it  o f   th p r in te d   cir cu it  b o ar d   f o r   all  test   s am p les.  T h L in an d   Neu tr al  ter m in als  ar e   to   b e   c o n n ec ted   to   th AC   m ai n s   s o u r ce ,   w h ich   is   r ec tifie d   b y   th d io d e   b r id g e   Db 1 C o m m o n - m o d ch o k es  L F 1   an d   L F 2   ar im p lem en te d   at  th in p u to   s u p p r ess   co n d u cted   elec tr o m ag n etic   in ter f er en ce   g en e r ated   b y   th L E d r iv er   d u r in g   s witch in g   o p er atio n .   T h e   in p u cir cu itr y   o f   th b o ar d   u p   to   th m ain   in d u cto r   L 1   is   u n iv er s al  ac r o s s   all  s am p les.  T h e   r ec tifie d   in p u p o wer   is   t h en   p r o c ess ed   b y   o n e   o f   th e   th r ee   ass em b led   d r iv er   c o n f ig u r atio n s   u n d er   test   to   s u p p ly   t h L E lo a d   with   p o wer   f ac t o r   co r r ec tio n   ( PF C ) .   T h ch ar ac ter is tics   o f   n o n - r e p lace ab le  m ag n etic  a n d   p ass iv co m p o n en ts   ar s h o w n   in   th d iag r am .   Par t   n u m b er s   f o r   s em ico n d u cto r s   a r s h o wn   in   th d iag r am .   Fig u r 7   s p ec if ies th o u tp u t sch e m atics o f   th s am p le  d r iv er s ,   with   t h p o wer   in d u c to r   L 1   p ar am eter s   s p ec if ied   f o r   ea ch   d esig n .   T h tr a n s is to r   Q d1 ,   d io d D d1 ,   an d   ca p ac ito r   C d1   f o r m   th e   o u tp u t   o f   th c o n v e n tio n al  b o o s co n v er ter ,   s ee   Fig u r e   7 ( a) .   T h e   tr an s is to r s   Q 1 - Q 3 d io d es  D 1 - D 3 ,   an d   ca p ac ito r s   C 1 - C 3   f o r m   th o u tp u o f   t h p r o p o s ed   f ir s L E d r iv er ,   s ee   Fig u r 7 ( b ) .   T h e   s ec o n d   p r o p o s ed   d r iv er   is   o b tain ed   f r o m   t h f ir s b y   elim in atin g   th e   tr an s is to r   Q 1   an d   s h o r t - cir cu itin g   th e   d io d D 1 ,   as  s h o wn   in   Fig u r 7 ( c) .   I n d u cto r   L 1   is   s elec t ed   in d iv id u ally   f o r   ea ch   s am p le  to   ac co u n f o r   d if f er en ce s   i n   v o ltag r ip p le.   L E D 1 ,   L E D 2 ,   a n d   L E D 3   s tr in g s   s h o wn   in   Fig u r e   6   ar e   th s a m o u t p u l o ad   a n d   r ec o n f ig u r ab le  f o r   ea ch   s am p l e.   Fo r   all  s am p les,  th e   r ated   i n p u v o ltag r a n g was  s elec ted   as  1 5 0 - 2 7 0   Vac ,   an d   th r ate d   in p u t f r eq u en cy   r an g was 4 3 - 6 3   Hz.     40 m   4 2   m   4 4   m     4 6   m   4 8   m   50   m   4 0   m   42   m   4 4   m   T i m e , s     4 6   m   4 8   m   50   m   T i m e , s   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 .   1 Ma r c h   20 2 6 :   602 - 6 16   608   T h co n v en tio n al  b o o s d r iv er   was  o p tim ized   f o r   h ig h   ef f ici en cy   g iv e n   th i n p u t r an g 1 5 0 - 2 7 0   Vac .   As  r esu lt  o f   th o p tim izatio n ,   th b o o s d r iv er   o p e r ates  in   th C r C to   b en ef it  f r o m   ze r o   cu r r en s witch in g   ( Z C S)  an d   QR S.  An y   s tan d ar d   C r C co n tr o ller   p r o v i d in g   p o wer   f ac t o r   co r r ec tio n   an d   QR ca n   b em p lo y ed ,   as  th ch o ice  o f   a   s p ec if ic  co n tr o ller   d o es  n o af f ec th co n cl u s io n s   o f   th is   p ap er .   T h s am co n tr o ller   ap p r o ac h   is   ap p lied   to   th e   o th e r   two   d r iv er s   f o r   a   f air   c o m p ar is o n .   C o n s eq u e n t ly ,   two   in p u f ilter   ch o k es ,   L F 1   a n d   L F 2 wer e   r eq u ir ed ,   f o llo win g   th e   s tan d ar d   p r ac tice,   to   r ed u ce   cu r r en r i p p le  in   th e   co n v en tio n al  d r iv e r .   Alth o u g h   th co m p u ter   m o d els  em p l o y   h y s ter esis   cu r r en c o n tr o f o r   g e n er ality ,   all   ex p er im en tal  s am p les  o p e r at in   C r C m o d as  s p ec ial  ca s to   tak ad v an tag o f   Z C an d   QR S.  I m p lem en tatio n   o f   C r C m o d is   n o   p r o b lem   f o r   t h d e v e lo p ed   co n tr o cir c u it  an d   t h p r o p o s ed   tr an s itio n   alg o r ith m   b etwe en   o p er atio n a s tag es.  T h co n tr o cir cu it  r e m ain s   u n iv er s al  ac r o s s   th s am p les,  r eq u ir in g   n o   r ea d ju s tm en ts   o r   ad d itio n al  tu n in g .           Fig u r 6 .   T h elec tr ical  s ch em o f   th e x p er im e n tal  p r in ted   c ir cu it b o ar d           ( a)   ( b )       ( c)     F i g u r e   7 .   E l e c t r i c a l   ci r c u i ts   o f   la b o r a t o r y   s a m p l e s :   ( a )   T h e   o u tp u t   o f   t h e   c o n v e n t i o n a l   L E D   b o o s t   d r i v e r ;   ( b )   T h e   o u t p u t   o f   t h e   f i r s t   p r o p o s e d   L E D   d r i v e r ;   a n d   ( c )   T h e   o u t p u t   o f   t h e   s e c o n d   p r o p o s e d   L E D   d r i v e r       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       A   n ew b o o s t LE d r iver  ( Dzh u n u s b ek o E r la n )   609   T h co n v en tio n al  d r iv er   em p lo y s   an   MU R F8 6 0   d io d as   p o wer   r ec tifie r ,   wh ile  th e   p r o p o s ed   d r iv er s   u tili ze   V 1 0 P2 0   Sch o tt k y   d io d es.  T h ese  Sch o ttk y   d io d es,  r ated   f o r   2 0 0   V,   f ea tu r e   a   co m p ac t   T O - 2 7 7 s u r f ac e - m o u n p ac k ag e .   E le ctr o ly tic  ca p ac ito r s   C 1 - C 3   wer in clu d e d   s o lely   to   i m p r o v e   ef f icien cy   m ea s u r em en ts   b y   m i n im izin g   v o ltag an d   cu r r en r i p p le  i n   th L E s tr in g s .   T h in d u ctan ce   o f   L 1   was  s elec ted   in d iv id u ally   f o r   ea c h   s am p le  to   en s u r an   eq u iv ale n t switch in g   f r eq u e n cy   p atter n ,   s ee   Fig u r 8 .   Fo r   th co n v e n tio n al  d r iv e r ,   L 1   was  s et   to   3 7 1   µH   with   PQ2 6 2 0   co r e.   I n   co n tr ast,  th p r o p o s ed   d r iv er s   r eq u ir ed   s ig n if ican t ly   s m aller   in d u ct o r ,   with   L 1   r ed u ce d   to   1 8 2   µH   a n d   u tili zin g   an   R M8   c o r e.   E x p er im en tal  m ea s u r e m en ts   wer co n d u cte d   f o r   ea c h   s am p le  at  5 0   Hz  in p u lin f r e q u en cy   a n d   f o r   lin e   v o ltag es o f   1 6 0   Vас ,   2 3 0   Vac ,   an d   2 7 0   Vac .           Fig u r 8 .   C alcu lated   in s tan tan eo u s   PW f r eq u en cy   o f   s am p les with in   h alf   o f   th lin e   p er i o d : d ash   d o t lin -   c o n v e n tio n al  d r iv er ,   d ash ed   lin -   f ir s t p r o p o s ed   d r i v er ,   s o lid   lin -   s ec o n d   p r o p o s ed   d r iv e r ,   an d   d o tte d   lin -   7 6   k Hz       I n   th p r o p o s ed   L E d r iv er   s am p les,  q u asi - r eso n an s witch in g   an d   d y n am ic  L E D - s eg m en r ec o n f ig u r atio n   s y n ch r o n ized   with   th in p u v o ltag e   wer ac h iev ed   as  f o llo ws.  T h s a m s tan d ar d   cr itical  co n d u ctio n   m o d PW co n tr o ller   with   QR as  th at  u s ed   in   th e   co n v en tio n al  d r iv er   s am p le  was   im p lem en ted .   I n   ty p ical  co n tr o ller s ,   QR ca n   b r ea lized   u s in g   d if f er en a p p r o ac h es,  s u ch   as  in tr o d u cin g   a   tim d elay   af ter   t h in d u cto r   c u r r en r ea ch es  ze r o   o r   d etec tin g   th v o ltag v alley   v ia  th a u x iliar y   win d in g   o f   th in d u cto r .   T h e   s p ec if ic  c h o ice  o f   th c o n tr o ller   is   n o cr it ical  to   th e   m ain   r esu lts   o f   th is   p ap e r h o wev er ,   it  is   es s en tial  th at  th s am co n tr o ller   b u s ed   f o r   all  s am p les  u n d er   test   in   o r d er   to   em p lo y   an   id en tical  QR   s witch in g   p r in cip le,   th e r eb y   en s u r in g   co n s is ten test   co n d itio n s   an d   r eliab le  p e r f o r m an ce   co m p ar is o n .   W ith in   th co n tr o ller ,   th e   PW s ig n al  was  g en er ated   b y   co n v en tio n al   an alo g   cir cu i co m p r is in g   in p u t - v o ltag an d   in d u cto r - c u r r en t   s en s in g   am p lifie r s ,   h y s ter esis   co m p ar ato r s ,   an d   a   f lip - f l o p   tr i g g er .   T h r esu ltin g   PW s ig n al  was  d is tr ib u ted   to   th MO SF E T   g ate  d r iv er s   co n tr o llin g   th s tag p o we r   tr an s is to r s .   Stag s elec tio n   an d   L E s tr in g   r e co n f ig u r atio n   wer h a n d led   b y   lo w - co s m icr o co n tr o ll er   im p lem en tin g   a   DE MU f u n ctio n ,   as  d escr ib ed   in   s u b s ec tio n   2 . 1 ,   wh ich   en ab les  o r   d is ab les  th co r r e s p o n d in g   MO SF E T   g ate  d r iv er s .   T h m icr o co n t r o l ler   o p er ated   ex clu s iv ely   as  s lo s u p er v is o r y   u n it  at  t h m a in s - f r eq u en cy   tim e   s ca le  an d   d i d   n o g e n er ate  PW s ig n als,  ex ec u te  f ast  co n tr o l o o p s ,   o r   p er f o r m   s ig n al  co n d itio n in g .   C o n s eq u en tly ,   th in ter n al  im p lem en tatio n   o f   t h s u p er v is o r y   lo g ic  d o es n o t in f lu en ce   th o p er atin g   p r in cip le ,   s tead y - s tate  b eh av io r ,   o r   th e   e x p er im en tal  r esu lts   r ep o r ted   in   th is   s tu d y .   T h e   e x p e r i m e n t a l   a r r a n g e m e n t   i s   i ll u s t r at e d   i n   F i g u r e   9 .   T h e   d r i v e r   u n d e r   t e s t   w as   p o we r e d   b y   p r o g r a m m a b l e   A C   m a i n s   s o u r c e   ( C h r o m a   6 1 5 0 2 )   a n d   c o n n e c t e d   t o   o u t p u t   L E D   s t r i n g s .   Al l   d r i v e r   t o p o l o g i e s   w e r e   i m p l e m e n t e d   o n   a   s i n g l e   p r i n t e d   c i r c u i t   b o a r d   t o   e n s u r e   i d e n t i c a l   el e c t r ic a l   l a y o u t ,   i n p u t   f i l t e r i n g ,   t h e r m a c o n d i t i o n s ,   a n d   m e as u r e m e n t   e n v i r o n m e n t ,   t h e r e b y   e n a b l i n g   a   f a i r   a n d   r e p e a t a b l e   c o m p a r is o n .   D u r i n g   t es t i n g ,   o n l y   o n e   d r i v e r   o n   t h e   t e s t   b o a r d   w a s   e n e r g i z e d   at   a   ti m e ,   w h ile   t h e   r e m a i n i n g   d r i v e r s   w e r e   e le c t r i c al l y   d i s a b l e d .   I n p u elec tr ical  q u an titi es,  in c lu d in g   v o ltag e,   cu r r e n t,  p o we r   f ac to r ,   an d   h ar m o n ic  d is to r tio n ,   wer e   m ea s u r ed   u s in g   W T 3 1 0 E   d ig ital  p o wer   a n aly ze r   with   s p ec if ied   ac cu r ac y   o f   0 . 1 %.  Har m o n ic  an al y s is   was  p er f o r m ed   u p   t o   th e   4 0 th   h a r m o n ic  o r d e r .   Vo ltag es  ac r o s s   in d iv id u al  o u tp u L E s tr i n g s   wer m ea s u r e d   u s in g   Flu k e   2 8 9 /FVF   d ig ital  m u ltime ter s   with   s p ec if ie d   DC   v o ltag e   ac cu r ac y   o f   0 . 0 2 5 %.  L E s tr in g   cu r r en ts   wer o b tain ed   b y   Fl u k 2 8 9 /FVF   m u ltime ter s   m ea s u r in g   v o lta g d r o p s   ac r o s s   p r ec is io n   R X - 70  cu r r en t - s en s in g   r esis to r s   ( 0 . 1   Ω ,   0 . 0 1 to ler an ce ,   1   W   r atin g )   co n n ec ted   in   s er ies  with   ea ch   L E ch an n el.   T h tr u e - R MS  Flu k 2 8 9   m u ltime ter s   p r o v id g alv an ic  i s o latio n   an d   ac cu r ate  m ea s u r em en o f   tr u DC   co m p o n en ts   in   f lo atin g   d if f er en tial  p o ten tials   ac r o s s   th L E lo ad   s eg m en ts   an d   r esis ti v cu r r e n s en s o r s .   E x p e r i m e n t a l   m e a s u r e m e n t s   w e r e   c o n d u c t e d   a t   a   f i x e d   m a i n s   f r e q u e n c y   o f   5 0   H z   a n d   i n p u t   v o l t a g e s   o f   1 6 0   V a c ,   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 .   1 Ma r c h   20 2 6 :   602 - 6 16   610   2 3 0   V a c ,   a n d   2 7 0   V a c ,   o v e r   a n   o u t p u t   p o w e r   r a n g e   f r o m   2 0   W   t o   2 2 0   W .   A l l   e x p e r i m e n t s   w e r e   p e r f o r m e d   u n d e r   n a t u r a l   a i r   c o n v e c t i o n   a t   a n   a m b i e n t   t e m p e r a t u r e   o f   a p p r o x i m a t e l y   2 5   ° C .   D e v i c e   t e m p e r a t u r e s   w e r e   m o n i t o r e d   u s i n g   a n   i n f r a r e d   c a m e r a   a n d   t h e r m o c o u p l e s   t o   v e r i f y   s t e a d y - s t a t e   t h e r m a l   c o n d i t i o n s .   P r i o r   t o   d a t a   a c q u i s i t i o n ,   t h e   s y s t e m   w a s   a l l o w e d   t o   r e a c h   t h e r m a l   e q u i l i b r i u m ,   w h i c h   w a s   c o n f i r m e d   b y   s t a b l e   e l e c t r i c a l   r e a d i n g s .           Fig u r 9 .   T h ex p er im en tal  s etu p   f o r   th c o n v e n tio n al,   f ir s t,  an d   s ec o n d   p r o p o s ed   d r iv er s       3 . 2 .     E x perim ent a l r esu lt s   o f   t he  f irst  pro po s ed  bo o s t   L E driv er   Fig u r 1 0   p r esen ts   wav ef o r m s   o f   th f ir s p r o p o s ed   L E d r iv er ,   with   an   o u tp u as  s h o wn   in     Fig u r 7 ( b ) ,   at  2 0 0   W   in p u p o wer   an d   2 3 0   in p u v o ltag e .   W av ef o r m s   o f   tr an s is to r s   Q 1 - Q 3   an d   th in d u cto r   cu r r en clo s ely   alig n   with   th s im u lated   r esu lts   in   Fig u r 3 ,   ex ce p f o r   th s witch in g   f r eq u e n cy   an d   th e   h y s ter esis   v alu e.   T h co n tr o cir cu it  in   th p r o p o s ed   d r iv e r   p r o v id es  Z C an d   QR f o r   ea ch   ac tiv tr an s is to r   f r o m   Q 1 - Q 3   in   th co r r esp o n d in g   ac tiv s tag ( K) .   Fig u r 1 1   d em o n s tr ates  th at  th tr an s is to r s   tu r n   o n   r eso n an tly   at  th m in im u m   d r a in   v o ltag e,   m in im izin g   d y n am ic  lo s s es.   Sp ec if ically ,   Fig u r e s   1 1 ( a)   a n d   1 1 ( e )   illu s tr ate  th s witch in g   p r o ce s s   o f   th tr a n s is to r   Q 1   at  Stag e( 1 ) .   Fig u r e s   1 1 ( b )   an d   1 1 ( d )   illu s tr ate  th s witch in g   p r o ce s s   o f   th tr an s is to r   Q 2   at   Stag e( 2 ) ,   wh ile  Fig u r 1 1 ( c)   p r esen ts   th s witch in g - o n   p r o ce s s   o f   th t r an s is to r   Q 3   at  Stag e( 3 ) .   Fin ally ,   Fig u r 1 2   co m p ar es  th e   ef f icien cies  o f   th p r o p o s ed   d r iv er   with   an   o u t p u as  in   Fig u r 7 ( b )   a n d   th c o n v e n tio n al  b o o s d r iv er   with   an   o u tp u t sh o w n   in   Fig u r e   7 ( a) .   At  h ig h   lo ad s ,   b o th   d r iv er s   ex h ib it id en tical  ef f icien cy .             Fig u r 1 0 .   E x p e r im en tal  v o lta g an d   c u r r e n t w av ef o r m s   o f   t h f ir s t p r o p o s ed   L E d r iv er   a r s h o wn   in     Fig u r 7 ( b ) ,   illu s tr atin g   th s ta g e - wis o p er atio n   o f   th e   co n v er ter : CH1   -   in d u ct o r   cu r r en t,  d ata  f r o m   I _ s en s e;  C H2   -   v o ltag o n   th tr a n s is to r   Q 1 ; CH3   -   v o ltag o n   th tr a n s is to r   Q 2 ; CH4   -   v o ltag o n   t h tr an s is to r   Q 3       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       A   n ew b o o s t LE d r iver  ( Dzh u n u s b ek o E r la n )   611   ( a)     ( b )     ( c)       ( d )     ( e)       Fig u r 1 1 .   E x p e r im en tal  wav e f o r m s   o f   t h f ir s t p r o p o s ed   L E d r iv er   at  th e   m ar k e d   tim m o m en ts   s h o wn   in   Fig u r 1 0 ,   illu s tr atin g   Z C S a n d   QR S o f   s tag tr an s is to r s : ( a)   at  th tim m o m e n t t1 ; ( b )   at  t h tim m o m e n t2 ; ( c)   at  th tim m o m en t t3 ( d )   at  th tim m o m en t t 4 ; ( f )   at  th tim m o m en t t 5       Ho wev er ,   at  lig h lo a d s ,   th e   p r o p o s ed   d r i v er   d e m o n s tr at es  h ig h er   ef f icien cy ,   in d icatin g   r ed u ce d   d y n am ic  lo s s es ,   as  ex p ec ted .   At  h ig h   lo ad s ,   th b en ef its   o f   r ed u ce d   s witch in g   lo s s es   ar o f f s et  b y   th e   co n d u ctio n   lo s s es  in   t h th r ee   s er ies - co n n ec ted   Sch o ttk y   d io d es.   Fig u r e   1 3   p r esen ts   th p o wer   f ac to r   m ea s u r em en ts ,   s h o win g   th at  t h p o we r   f ac to r   o f   th e   p r o p o s ed   d r iv er   is   af f ec ted   b y   in p u cu r r en t   d is to r tio n   d u r in g   s tag tr an s itio n s .   T h e   m ea s u r ed   p o wer   f ac t o r   is   0 . 9 6 3 ,   with   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   o f   1 2 . 6 % a t a n   i n p u v o ltag o f   2 3 0   Vac   an d   an   in p u t p o wer   o f   2 0 0   W .     3 . 3 .     E x perim ent a l r esu lt s   o f   t he  s ec o nd   pro po s ed  bo o s t   L E driv er   Fig u r 1 4   p r esen ts   th wav ef o r m s   o f   th s ec o n d   p r o p o s ed   L E d r iv er   with   an   o u tp u s h o wn   in   Fig u r 7 ( c) ,   o p er atin g   at  an   i n p u p o wer   o f   1 9 5   W   an d   an   in p u v o ltag o f   2 3 0   Vac .   T h wav ef o r m s   o f   tr an s is to r s   Q 2 ,   Q 3 ,   an d   th in d u cto r   cu r r en clo s ely   alig n   with   th s im u lated   r esu lts   in   Fig u r 5 ,   ex ce p f o r   d if f er en ce s   in   s witch in g   f r eq u en cy   a n d   th h y s ter esis   v alu e.   T h e   co n t r o cir c u it  in   t h p r o p o s ed   d r iv er   s u cc ess f u lly   im p lem en ts   Z C S a n d   QR f o r   b o th   tr an s is to r s   Q 2   an d   Q 3 ,   as  lo n g   as  th e   tr an s is to r   is   ac tiv in   th co r r esp o n d in g   Stag e( K ) .   T ab le  1   p r esen ts   th s tead y - s t ate  tem p er atu r es  o f   th d r iv er   co m p o n en ts   m ea s u r ed   at  an   i n p u p o wer   o f   2 0 0   W ,   an   in p u v o ltag e   o f   2 3 0   V,   an d   a n   a m b ien t   tem p er atu r e   o f   2 5   °C .   T h d r iv er   ef f icien c y   at   th is   o p er atin g   p o in is   9 8 . 5 %,  co r r esp o n d in g   to   to tal  p o wer   lo s s   o f   ap p r o x im ately   3   W .   T ab le  1   also   lis t s   th e   esti m ated   p o wer   lo s s es   o f   in d iv id u al  co m p o n e n ts ,   d er iv ed   f r o m   m ea s u r e d   tem p er at u r r is e,   eq u iv alen r esis tan ce   m ea s u r em en ts ,   an d   ca lcu lated   lo s s   v alu es.   T ab le  2   p r esen ts   th m ea s u r e d   h ar m o n ic  co n ten o f   t h d r iv er s   in p u c u r r en c o m p ar e d   with   th e   r eq u ir em e n ts   o f   I E C   6 1 0 0 0 - 3 - 2   C lass   C   f o r   lig h tin g   e q u ip m en t.   Fig u r 1 5 ( a)   p r esen t s   th p o wer   f ac to r   m ea s u r em en ts .   T h p o wer   f a cto r   o f   th p r o p o s ed   d r i v er   i s   wo r s en ed   b y   s k ip   m o d an d   b y   in p u cu r r en t   d is to r tio n   d u r in g   th e   tr an s itio n   p r o ce s s   Stag e( 1 ) Stag e( 2 ) .   T h e   m ea s u r ed   p o wer   f ac to r   is   0 . 9 5 8 ,   T HD  is   1 5 . 6 % a t V in   2 3 0   Vac   a n d   P in   1 9 5   W .   Fin ally ,   Fig u r 1 5 ( b )   co m p ar e s   th ef f icien cies  o f   th p r o p o s ed   an d   co n v en tio n al  b o o s d r iv er s .   T h e   s ec o n d   p r o p o s ed   d r iv er   d em o n s tr ates  s ig n if ican tly   h ig h er   e f f icien cy   at  b o th   lig h an d   h i g h   lo ad s   o win g   to   lo wer   d y n am ic  an d   c o n d u ctio n   lo s s es.  T h is   im p r o v em en t   is   attr ib u ted   t o   th e   r ed u ce d   v o lt ag d r o p   ac r o s s   th two   Sch o ttk y   d io d es  co m p ar e d   to   th e   MU R F8 6 0   r ec tifie r   u s ed   in   th e   co n v en tio n al   d r iv er .   At  l o ad s   b el o w   8 0   W ,   th f o r war d   v o ltag d r o p   ac r o s s   th L E lo ad   d ec r ea s es.  T h er ef o r e,   at  h ig h   in p u v o ltag o f   2 7 0   Vac ,   th p ea k   r ec tifie d   v o ltag ex c ee d s   th L E lo ad   v o ltag e,   w h ich   wo r s en s   th p o wer   f ac to r .   Sin ce   th cu r r en t   th r o u g h   th L E lo ad   b ec o m e s   u n r eg u lated ,   e f f icien cy   m ea s u r em en ts   at  2 7 0   Vac   an d   lo ad s   b elo 8 0   W   wer n o t p er f o r m e d   f o r   eith er   th e   p r o p o s ed   o r   th co n v en ti o n al  d r i v er   ( s ee   Fig u r es 1 3   an d   1 5 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.