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 .   4 7 6 ~ 4 8 6   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 4 7 6 - 486           476     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   A nov el sing le - swi tch  D C DC conv e rter  usi ng   the  cou pled  inductor   with  ult r a - hig h vo ltag e ga in       K im - Anh Ng uy en,   T ha i A nh   Au Tra n,  Xua n K ha nh   H o ,   Duo ng   T ha ch  P ha m   F a c u l t y   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   T h e   U n i v e r si t y   o f   D a n a n g   -   U n i v e r si t y   o f   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   D a n a n g V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   3 0 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Oct  2 1 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Dec   1 1 ,   2 0 2 5       Th is  p a p e p re se n ts  a n   e x trem e l y   h i g h   ste p - u p   DC DC  c o n v e rt e u sin g   a   q u a d ra ti c   to p o lo g y   a n d   a   c o u p led   in d u c to (CI).   T h e   p ro p o se d   c o n v e rter   (P C)   u ti li z e a   sin g le  sw it c h ,   sim p li fy in g   th e   c o n tro stra teg y   a n d   re d u c in g   sw it c h in g   l o ss e s.  p a ss iv e   c lam p   c ircu it   re c y c les   lea k a g e   e n e rg y ,   re d u c in g   v o lt a g e   stre ss   (VS)   o n   th e   M OSF ET   a n d   e n a b li n g   t h e   imp lem e n tati o n   o f   a   l o w   on - sta te  re sista n c e   sw it c h   fo r   h i g h e e fficie n c y .   A d d it io n a ll y ,   th e   q u a d ra ti c   stru c tu re   a n d   p a ss iv e   c lam p   c ircu i c o n tri b u te  to   h i g h e r   v o lt a g e   g a in   (VG a n d   b e tt e p e rfo rm a n c e .   Th e   c o n v e rter’s   o p e ra ti n g   p rin c i p les ,   ste a d y - s tate   a n a ly sis,  a n d   c o m p o n e n se lec ti o n   c rit e ria  a re   d isc u ss e d   in   d e tail.   Th e   in flu e n c e   o m a g n e ti z i n g   in d u c tan c e ,   d u t y   c y c le,  a n d   p a ra siti c   c o m p o n e n ts  o n   th e   VG   is  a lso   in v e stig a ted ,   a l o n g   with   th e   s y ste m ’s  d y n a m ic  re sp o n se   u n d e in p u t   v o lt a g e   a n d   l o a d   v a riatio n s   to   e n s u re   sta b le   o p e ra ti o n .   c o m p a ra ti v e   e v a lu a ti o n   with   e x isti n g   c o n v e rt e rs  h ig h li g h ts  it a d v a n ta g e s.  T h e   PC   is  v e rifi e d   th r o u g h   S I M P LI S   sim u latio n s,  w h e re   k e y   p e rfo rm a n c e   m e tri c su c h   a V G   a n d   sw it c h in g   stre ss   a re   a n a ly z e d .   F u rt h e rm o re ,   a   h a rd wa re   p ro t o ty p e   with   a   p o we ra ti n g   o 3 0 0   is b u il to   c o n firm t h e   th e o ry   a n d   sh o wc a se   th e   c o n v e rter’s   p e rfo rm a n c e .   Ex p e ri m e n tal  re su lt d e m o n stra te  h ig h   e fficie n c y ,   sta b le o p e ra ti o n ,   a n d   su b sta n ti a l   VG ,   v a li d a ti n g   th e   c o n v e rter’s   fe a sib il it y   f o re n e wa b l e   e n e rg y   s y ste m s   (RES ) .   K ey w o r d s :   DC DC   co n v er ter     C o u p led   in d u cto r     Hig h   v o ltag g ain     Sin g le  s witch   R en ewa b le  en er g y   s y s tem s   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 :   T h ai  An h   Au   T r an   Facu lty   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   T h U n iv er s ity   o f   Dan an g   -   Un iv er s ity   o f   Scien ce   an d   T ec h n o lo g y   54  Ng u y en   L u o n g   B an g   Stre et ,   L ien   C h ieu   W ar d ,   Dan a n g   5 5 0 0 0 0 ,   Vietn am   E m ail:  ttaau @ d u t.u d n . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   W ith   th r is in g   g lo b al  en er g y   d em an d   a n d   in cr e asin g   en v ir o n m e n tal  co n ce r n s ,   r en ew ab le  en er g y   s o u r ce s   ar co n s id er ed   k ey   t o   a ch iev in g   a   clea n er   an d   m o r e   s u s tain ab le  f u tu r [ 1 ] [ 3 ] .   R esear ch   ef f o r ts   co n tin u e   to   f o c u s   o n   e n h an cin g   t h ese  te ch n o lo g ies  to   im p r o v e f f icie n cy   a n d   r eliab ilit y   in   m o d er n   en er g y   s y s tem s   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Nev e r th eless ,   p h o to v o ltaic  p an els,  f u el  ce lls ,   win d   t u r b i n es,  an d   wav e n er g y   s y s tem s   ty p ically   g en e r ate   lo an d   f lu ct u atin g   o u tp u v o ltag es,  cr ea tin g   ch allen g es   f o r   p r ac tical  a p p licatio n s   [ 6 ] .   T o   ad d r ess   th is   is s u e,   co n v er ter s   with   h ig h   VG  ar e   cr u cial  f o r   in cr ea s in g   v o ltag e   lev els  an d   m ain tain i n g   s tab le   p o wer   d eliv er y   i n   R E S .   C o n v en tio n al  b o o s co n v er ter s   attain   h ig h   VG  b y   e x ten d in g   th d u ty   cy cle.   Yet ,   as  th d u ty   cy cle  ap p r o ac h es  u n ity ,   p ar asit ic  r esis tan ce s   in   th in d u cto r ,   s witc h ,   an d   d io d ca u s s ig n if ican co n d u ctio n   lo s s es,  r ed u cin g   ef f icien c y   a n d   i n cr e asin g   cu r r e n s tr ess   o n   c o m p o n en ts   [ 7 ] .   Mo r eo v er ,   ex tr em d u ty   c y cles  lead   to   s lo tr an s ien r esp o n s an d   h i g h er   elec tr o m ag n etic  in ter f e r e n ce   ( E MI ) .   T o   o v er c o m t h ese  is s u es,  v o ltag lift   an d   s u p er - lift  tec h n iq u es   en h an ce   VG  with o u r e q u ir in g   e x ce s s iv d u ty   cy cles  [ 8 ] [ 1 2 ] .   No n eth eless ,   th es e   m eth o d s   in tr o d u ce   a d d itio n al  p ass iv an d   ac tiv co m p o n en t s ,   lead in g   to   i n cr ea s ed   cir cu it  co m p lex ity ,   h ig h e r   co n d u ctio n   a n d   s witch in g   lo s s es  at  h ea v y   lo ad s ,   co n tr o ch a llen g es  d u e   to   m u ltip le  en e r g y   s to r ag e   elem en ts ,   g r ea ter   VS  o n   co m p o n en ts ,   an d   s lo wer   d y n am ic  r esp o n s e.   T o   o v er co m VG  lim itatio n s ,   ca s ca d b o o s 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 o ve l sin g le - s w itch   DC DC   co n ve r ter u s in g   th co u p led   i n d u cto r   w ith     ( K im - A n h   N g u ye n )   477   co n v er ter s   u s m u ltip le  b o o s s tag es  in   s er ies,  r ed u cin g   t h n ee d   f o r   ex tr em e   d u ty   cy cles  [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   Ho wev er ,   th is   in cr ea s es  th n u m b er   o f   in d u cto r s ,   ca p ac ito r s ,   an d   s witch es,  m ak in g   th cir cu it  m o r e   co m p lex .   Pre cise  co n tr o is   r eq u ir ed   t o   en s u r e   s tab ilit y ,   ad d in g   d esig n   ch allen g es  an d   s witch in g   l o s s es.  Switch ed - ca p ac ito r   tech n iq u es  ac h iev h i g h   VG  with o u in d u cto r s ,   p r o v id in g   b en ef its   s u ch   as  h ig h - p o wer   d e n s ity ,   lo E MI ,   an d   s im p lifie d   co n tr o [ 1 5 ] [ 1 8 ] .   Ho wev er ,   th ey   also   h av d r a wb ac k s ,   in clu d in g   lim ite d   lo a d   ca p ac ity ,   in cr ea s ed   VS   o n   co m p o n e n ts ,   h ig h er   s witch in g   lo s s es,  an d   f ix ed   VG,   wh ich   r ed u ce s   f lex ib ilit y   f o r   v ar y in g   in p u t   co n d itio n s .   Switch ed   in d u cto r s   [ 1 9 ] [ 2 3 ]   b o o s VG   an d   ef f ic ien cy   b y   im p r o v in g   en er g y   tr a n s f er .   E v en   s o ,   th e y   in cr ea s cir cu it c o m p le x ity ,   s witch in g   lo s s es,  an d   E MI .     T h e   C I   b o o s t s   v o l t a g e   a t   m o d e r a t e   d u t y   c y c l e s .   I t   e f f i ci e n t l y   t r a n s f e r s   e n e r g y   b y   m a g n e t i c al l y   l i n k i n g   t w o   i n d u c t o r s .   A   C I   i s   e m p l o y ed   f o r   t h e   f i r s t   t i m e   i n   t h e   p u b li s h e d   t o p o l o g y   t o   a c h i e v h i g h   VG  [ 2 4 ] .   N e v e r t h e l ess t h i s   d es i g n   f a c es   l e a k a g e   i n d u c t a n c e ,   c a u s i n g   h i g h   V S .   T h es e   v o l t a g e   s p i k es   c a n   c a u s e   ex c e s s i v e   VS   o n   t h s e m i c o n d u c t o r   c o m p o n e n t s ,   p o t e n t i a ll y   r e d u c i n g   r e l i a b il i t y   a n d   e f f i c i e n c y .   C l a m p i n g   c i r cu i t s ,   s u c h   a s   d i o d e - c a p a c i t o r   c l a m p i n g ,   e f f e c t i v e l y   s u p p r e s s   v o l ta g e   s p i k es   a n d   r e d u c e   s t r e s s   o n   s w i t c h i n g   d e v i ce s   b y   a b s o r b i n g   a n d   r e d i s t r i b u ti n g   e x c e s s   e n e r g y   [ 2 5 ] [ 2 7 ] .   N o n e t h e l e s s ,   t h e y   i n t r o d u c e   d r a w b a c k s   s u c h   a s   i n c r e a s e d   i n p u t   c u r r e n r i p p l e ,   w h i c h   r a is e s   c o n d u c t i o n   l o s s e s   a n d   E M I .   T h is   c a n   n eg a t i v e l y   i m p a c t   o v e r al l   e f f i c i en c y   a n d   m a y   r e q u i r a d d i t i o n a l   f i l te r i n g   c o m p o n e n t s ,   a d d i n g   t o   c i r c u i t   c o m p l e x i t y .   V o l t a g e   m u l ti p l i e r   c e ll s   h e l p   b o o s t   v o l t a g e   e f f i c i e n t l y   i n   DC DC   c o n v e r t er s   b y   u s i n g   c a p a c i t o r s   a n d   d i o d e s   [ 2 8 ] [ 3 0 ] .   T h e y   r e d u c e   s t r e s s   o n   c o m p o n e n t s ,   i m p r o v e   e f f i c i e n c y ,   a n d   a l l o f o r   m o d u l a r   e x p a n s i o n .   H o w e v e r ,   t h e y   i n c r e a s e   ci r c u i t   c o m p l e x i t y ,   m a y   c a u s v o l t a g e   i m b a l a n c e ,   a n d   h a v e   l i m i t a t i o n s   i n   h a n d l i n g   h i g h   p o w e r .   Q u a d r a t i c   c o n v e r t e r s   wi th   i n p u t   i n d u c t o r s   c u t   r i p p l e   a n d   b o o s t   V G ,   m a k i n g   t h e m   i d e a l   f o r   h i g h - g a i n   a p p li c a tio n s .   A   q u a d r a t ic   b o o s t   c o n v e r ter   f e a t u r i n g   r e d u c e d   VS   i s   p r o p o s e d   [ 31 ] N e v e r t h e l e s s ,   i t   e x p e r i e n c es   s i g n i f ica n t   f l u c t u a t i o n s   i n   t h e   i n p u t   c u r r e n t ,   l i m i t i n g   i ts   a p p l i c a t i o n s .   A   p a s s i v e   s n u b b er   i n   a   c o n v e r t e r   p r e v e n t s   v o l t a g e   s p i k e s   wi t h o u t   e n e r g y   l o s s ,   e n h a n c i n g   e f f i c i e n c y   [ 3 2 ] ,   b u t   i t s   V G   r e m ai n s   li m i t ed .   A   h i g h   V G   c i r c u i t   w i t h   s m o o t h   i n p u t   c u r r e n t   u s i n g   a   C I   is   a l s o   p r e s e n t e d   [ 3 3 ] e v e n   s o ,   a c h i e v i n g   h i g h   V G   r e q u i r e s   a   h i g h   t u r n s   r a t i o   o f   th e   C I   a n d   a   l a r g e   n u m b e r   o f   c o m p o n e n t s .   W h il q u a d r a t i c   c o n v e r t e r s   h a v e   s i g n if i c a n t l y   i m p r o v e d   V G ,   t h e r e   is   s t il l   r o o m   f o r   f u r t h e r   e n h a n c e m e n t .   Af ter   ev alu atin g   t h m er its   an d   d r awb ac k s   o f   t h d is cu s s ed   co n v er ter s ,   a   n ew  to p o lo g y   is   p r o p o s ed   with   th f o llo win g   f ea t u r es:  B y   in teg r atin g   b o o s s tag a n d   C I ,   q u ad r atic  b o o s co n v er t er   attain s   ex tr em el y   h ig h   VG  wh ile  en s u r in g   m i n im al  VS  o f   s in g le  s witch .   T h in p u t - s id in d u cto r   e n s u r e s   co n tin u o u s   in p u cu r r en with   m i n im al  r ip p le,   i m p r o v i n g   o v er all  p er f o r m a n ce .   Ad d itio n ally ,   a   p ass iv clam p   s u p p r ess es  s witch   v o ltag s p ik es,  l o wer in g   co n d u ctio n   lo s s es a n d   ac h iev in g   h i g h er   ef f icien cy .       2.   O P E RAT I NG   P RINC I P L E S   T h to p o lo g y   o f   t h PC   is   s h o wn   in   Fig u r 1 .   T h cir c u it  co m p r is es  in d u cto r   L 1 ,   s in g le  s witch   S ,   s ix   d io d es   lab eled   1 to   6 ,   f iv ca p ac ito r s   1 ~ 4   an d   0 ,   an d   C I .   T h C I   is   r ep r esen ted   b y   p r im ar y   ( N P )   an d   s ec o n d ar y   ( N S )   win d in g s ,   with   th p ar am eter s   L m   an d   L k   in d icatin g   th m ag n etizin g   an d   le ak ag in d u cta n ce s ,   r esp ec tiv ely .   T h v o ltag e - cla m p - cir cu it  m a d u p   o f   D a n d   C 2   h elp s   r ec y cle  leak ag e n er g y   an d   clam p   VS  o n   s witch   S .   Fo r   co n v en ien t a n aly s is ,   th cir cu it o p er ates u n d er   th f o llo win g   ass u m p tio n s :   ˗   All p o wer   d ev ices a r tr ea te d   as id ea l;    ˗   All c ap ac ito r s   p o s s ess   h ig h   ca p ac itan ce   v alu es,  allo win g   th e ir   v o ltag es to   r em ai n   alm o s t u n ch an g e d   ˗   T h C I ' s   win d in g   r atio   is   g iv e n   b y   n   N S / N P .   T h wav ef o r m s   o f   th PC ,   in clu d in g   t h co n tr o l   s ig n al   ( gs ) ,   th m ag n etizin g   c u r r e n ( Lm ) ,   t h e   leak ag cu r r e n ( Lk ) ,   an d   th VS  o f   MO SF E T   ( ds ) ,   an d   th d io d e   cu r r en ts   ( D1 D6 ) ar illu s tr ated   in   Fig u r e   2 .   T h PC s   o p er atin g   m o d es  ar d e p icted   in   Fig u r e   3   an d   a r d is cu s s ed   in   th n ex t   s ec tio n .   ˗   Mo d I   ( 0 1 )   [ Fig u r 3 ( a) ] :   gs   is   h ig h ,     is   ON.   2   an d   5   ar ON,   wh il 1 3 4 ,   an d   6   r em ain   OFF.    is   g r ea ter   th an   ,   an d   b o th     an d     ar p o s itiv an d   in cr ea s in g .   in   s u p p lies   1 in   an d   1   d is ch ar g e n er g y   to   ,   an d   also   to   2   an d   4   th r o u g h   th e   C I .   Sim u ltan eo u s ly ,   3   tr an s f er s   en er g y   to   2   an d   4 ,   wh ile  0   d eliv er s   p o wer   to   th lo ad .   T h is   m o d ter m i n ate s   wh en   gs   tr an s itio n s   to   lo at  = 1 .   ˗   Mo d e   II   ( 1 2 )   [ Fig u r 3 ( b ) ] :   gs   is   lo w,     is   OFF.  2 4 ,   an d   5   ar OFF,  w h ile  1 3 ,   an d   6   ar ON.     is   less   th an   ,   with     r em ain in g   p o s itiv e.   B o th     an d     d ec r ea s e.   1   is   en er g ized   b y   1 .   Me an wh ile,   1 in m ,   an d   k   tr an s f er   en er g y   to   c h ar g 2 .   Ad d itio n ally ,   0   is   p o wer ed   b y   m 1 in ,   an d   4 .   T h is   m o d ter m in ates w h e n   2   is   f u lly   ch ar g e d   an d   4   tu r n s   o n   at  = 2 .   ˗   Mo d e   III   ( 2 3 )   [ Fig u r 3 ( c) ] gs   is   l o w,     is   OFF.  2   an d   5   ar OFF,  wh ile  th r em ain in g   d i o d es  ar ON.     is   les s   th an   ,   with     r em ain in g   p o s itiv e.   B o th     an d     d ec r e ase.   T h in p u v o ltag in ,   alo n g   with   1 m k ,   an d   4 ,   s u p p lies   en er g y   to   3 ,   an d   t o g eth er   with   th en er g y   in   C 4 ,   d eliv er s   p o wer   to   th e   lo a d   th r o u g h   d io d D 6 .   T h lo ad   in   co n ju n ctio n   with   2 ,   ef f ec tiv ely   r ec y clin g   th e   leak ag e n er g y .   T h cu r r en 3   eq u als    an d   d ec r ea s es o v er   tim e.   T h is   m o d ter m in ates w h en   3   an d     r ea ch es z er o   at  = 3 .   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 :   476 - 486   478   ˗   Mo d e   IV   ( 3 4 [ Fig u r e   3 ( d ) ] :   gs   is   lo w,   s witch     is   OFF.  2 3 ,   an d   5   ar OFF,  wh ile  1 4 ,   an d   6   ar ON.   = 0 ,   wh ile    r em ain s   p o s itiv an d   d ec r ea s in g .   1   co n tin u es  to   b ch a r g ed   b y   1 .   Me an wh ile , 2   an d   Lm , in   s u p p ly   en er g y   to   ch ar g 3 .   Ad d itio n ally ,   2 4 ,   an d   m , in   p r o v id p o wer   to   0   an d   th lo ad .   T h is   m o d co n clu d es wh en   gs   is   h ig h   at  = 4 .       V in v L1 I in L 1 i L1 v C1 C 1 i C1 D 1 v D1 i D1 D 2 v D2 i D2 v C2 C 2 N P L m i Lm v Lk i Lk i Np v Lm D 3 v D3 i D3 S v g s i ds v ds i C2 N S i Ns v ns D 4 v D4 i D4 C 3 v C3 i C3 D 5 v D5 i D5 i C4 v C4 C 4 D 6 v D6 i D6 i C0 R O I O V O v CO C O L k   t t t t t v gs i Lk t t i Lm t 0 t 1 t 2 i D1 i D2 i D3 i D4 i D5 i D6 D T t 3 t 4 T i Lk i Lm v ds t t (1 - D) T     Fig u r 1 .   T h PC     Fig u r 2 .   Key   o p er ati n g   wav ef o r m s   o f   th PC   o v er   o n e   s witch in g   p er io d       V in v L1 I in L 1 i L1 v C1 C 1 i C1 D 1 D 2 v D2 i D2 v C2 C 2 N P L m i Lm v Lk i Lk i Np v Lm D 3 S v g s i ds v ds i C2 N S i Ns v ns D 4 C 3 v C3 i C3 D 5 v D5 i D5 i C4 v C4 C 4 D 6 i C0 R O I O V O v CO C O L k   V in v L1 I in L 1 i L1 v C1 C 1 i C1 D 1 v D1 i D1 D 2 v C2 C 2 N P L m i Lm v Lk i Lk i Np v Lm D 3 v D3 i D3 S i C2 N S i Ns v ns D 4 C 3 D 5 i C4 v C4 C 4 D 6 v D6 i D6 i C0 R O I O V O v CO C O L k   ( a)   ( b )   V in v L1 I in L 1 i L1 v C1 C 1 i C1 D 1 v D1 i D1 D 2 v C2 C 2 N P L m i Lm v Lk i Lk i Np v Lm D 3 v D3 i D3 S i C2 N S i Ns v ns D 4 C 3 D 5 i C4 v C4 C 4 D 6 v D6 i D6 i C0 R O I O V O v CO C O L k v D4 i D4 v C3 i C3   V in v L1 I in L 1 i L1 v C1 C 1 i C1 D 1 v D1 i D1 D 2 v C2 C 2 N P L m i Lm i Np v Lm D 3 S i C2 N S i Ns v ns D 4 C 3 D 5 i C4 v C4 C 4 D 6 v D6 i D6 i C0 R O I O V O v CO C O L k v D4 i D4 v C3 i C3   ( c)   ( d )     Fig u r 3 .   E q u iv alen t c ir c u its   o f   th PC   in   d if f er e n t o p e r atin g :   ( a)   m o d I ,   ( b )   m o d I I ,   ( c )   m o d I I I ,   an d   ( d )   m o d I V       3.   ST E ADY - S T A T E   CH AR A CT E RIS T I CS O F   T H E   P R O P O SE CO NVE RT E R   3 . 1 .     VG   a na ly s is   I n   th is   s u b s ec tio n ,   th e   an al y s is   is   p er f o r m ed   b ased   o n   id ea l   c o n d itio n s   t h at  all  s em ico n d u ct o r   d e v ices  ar id ea ( i.e . ,   n eg lig i b le  s witch   r esis tan ce   an d   d io d e   v o ltag e   d r o p ) ,   a n d   all   p ass iv co m p o n en ts   ( in d u ct o r s   an d   ca p ac ito r s )   ar lo s s less ,   h av in g   n eg lig i b le  eq u iv ale n s er ies  r esis tan ce   ( E SR ) .   T h ese  a s s u m p tio n s   allo s tr aig h tf o r war d   d er iv atio n   o f   t h f u n d am en tal  v o ltag e - g ain   c h ar ac ter is tic,   wh ich   r ef lects  th in tr in s ic  s tep - u p   ca p ab ilit y   o f   th e   PC .   L et  th s witch in g   p er io d   b r ep r esen ted   b y   T ,   an d   let  d en o te  th d u t y   r atio   o f   s witch   S.   Fro m   Fig u r e   3 ( a) ,   d u r in g   th s witch - ON  in ter v al 0 < <  b y   u s in g   Kir c h h o f f s   v o ltag law,   we  o b tain :     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 o ve l sin g le - s w itch   DC DC   co n ve r ter u s in g   th co u p led   i n d u cto r   w ith     ( K im - A n h   N g u ye n )   479   L1   =   in   ( 1 )     Lm   =   in + C1   ( 2 )     C4 + C2 +   C1 + in = C3 + Lm   ( 3 )     Fro m   Fig u r e   3 ( c) ,   d u r in g   th s witch - OFF in ter v al  < < :     L1   =     C1   ( 4 )     Lm   =   C2   ( 5 )     in = L1 + ( + 1 ) Lm + C3   ( 6 )     C0   =   C3 + C4   ( 7 )     B y   en f o r cin g   th v o lt s ec o n d   b alan ce   ac r o s s   L 1   an d   L m     o v er   o n s witch in g   p e r io d   T     y ield s :     L1  0 d t +  L1  d = in  0 d t +  ( C1 )  d =   0   ( 8 )     Lm  0 d t +  Lm  dt   = ( in + C1 )  0 d t +  ( C2 )  dt   =   0   ( 9 )     Fro m   ( 8 ) ,   C1   is   d eter m in ed   as  ( 1 0 ) .      in + ( 1 ) C1 = 0 C1   =    in   1   ( 1 0 )     B ased   o n   ( 9 )   a n d   ( 1 0 ) ,   C2   is   d eter m in ed :     ( in + C1 ) ( 1 ) C2 = 0 C2 =   ( in + C1 )   1 =   in   ( 1 ) 2   ( 1 1 )     Usi n g   ( 4 ) ( 6 )   a n d   co m b in in g   t h v o ltag r elatio n s   f o r   1   an d   2   f r o m   ( 1 0 )   a n d   ( 1 1 ) ,   C3   is   o b tain ed   as   ( 1 2 ) .     C3   = in L1 ( + 1 ) Lm = in + C1 + ( + 1 ) C2                 = in +   1 in + ( + 1 )   ( 1 ) 2 in = 1 +  ( 1 ) 2 in   ( 1 2 )     B ased   o n   ( 1 )   a n d   ( 3 )   an d   th v o ltag ex p r ess io n s   f o r   1 3    in   ( 1 0 ) ( 1 2 ) ,   C4   is   g iv en   b y   ( 1 3 ) .     C4    = C3 + Lm C1 in C2 = C3 + ( in + C1 ) C1 in C2                   = 1 +  ( 1 ) 2 in + ( in +   1 in )   1 in in in   ( 1 ) 2 =   ( 1 ) 2 in   ( 1 3 )     R ep lacin g   ( 1 2 )   an d   ( 1 3 )   in   ( 7 ) ,   T h PC 's VG  is   ( 1 4 ) .     =   O in   = C0   =   C3 + C4 = 1 +  ( 1 ) 2 in + ( 1 ) 2 in =   + 1 +  ( 1 ) 2   ( 1 4 )     3 . 2 .     VS a na ly s is   T h VSs   o n   p o wer   d ev ices a r e :     {         S = D3 = in + C1 + C2 = in +   in 1 + in   ( 1 ) 2 = 1   ( 1 ) 2 in = 1 + 1 +  O D1 = D2 = in + C1   = in +   1 in = 1   1 in = 1 + 1 +  O   D4 = D5 = D6 = C4 = ( 1 ) 2 in =   + 1 +  O   whe r e   D6 = Co C3 = C4   ( 1 5 )     3 . 3 .     Co nv er t er   des ig n c o ns idera t io ns   B ased   o n   Fig u r 1 ,   ap p ly i n g   K ir ch h o f f ' s   cu r r en t la ( KC L )   g iv es  th ( 1 6 ) - ( 1 8 ) .     1 D4 0  = 1 ( O C0 C3 C4 ) 0    =   O     ( 1 6 )     1 D3 0  = 1 ( D4 + C4 C2 ) 0    =   O     ( 1 7 )     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 :   476 - 486   480   1 D6 0  = 1 ( O C 0 ) 0    =   O     ( 1 8 )     Du r in g   DT   T ,   ac co r d in g   to   KC L th s u b s eq u en t e q u ati o n   is   d er iv ed :     1 Lm  dt = 1 ( D4 + D6 )  dt + 1 D3       ( 1 9 )     Fro m   ( 1 6 ) ( 1 9 ) ,   th av er a g c u r r en o f   in d u cto r     is   ( 2 0 ) .     1 Lm  dt = O ( 1 + 2 )   ( 2 0 )     Fro m   ( 2 0 ) ,   Lm _ av e   is   d ed u ce d   as   ( 2 1 ) .     Lm _ av e = ( 2 + 1 ) O 1   ( 2 1 )     T h r ip p le  c u r r e n t o f   th e   C I   is   ( 2 2 ) .     Lm = Lm _ m ax Lm _ m i n   ( 2 2 )     W ith in   t   ( 0 ÷  ) ,   th v o ltag ac r o s s     m   ca n   b ca lcu lated   u s in g   th ( 2 3 ) .     Lm = m Lm  Lm  = Lm m   ( 2 3 )     Usi n g   ( 2 2 )   a n d   ( 2 3 ) ,   th cu r r e n t v ar iatio n   ac r o s s   m   is   ( 2 4 ) .     Lm =   Lm  0   dt   =   Lm m  0   dt   =   Lm m    ( 2 4 )     B ased   o n   th r ec en tly   ca lc u lated   ( 2 4 ) ,   we  d e r iv e:     Lm = in + C1 m    ( 2 5 )     T o   en s u r th cir cu it  o p e r ates  u n d er   c o n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d e,   h al f   o f   th e   r ip p le  c u r r en Lm / 2   o f   L m   m u s t   b less   th an   th av er a g cu r r e n   Lm _ av e Fro m   ( 2 1 )   an d   ( 2 5 )   ,   th i n d u ctan ce   is   d esig n ed   u s in g   ( 2 6 ) :     m   o 2 0 ( 2 + 1 )    ( 2 6 )     wh er e,     0 =   in in   I n   r ea lity ,   s elec tin g   4 0 % o f   th lo ad ,   s o   th i n d u cto r   is   d esig n ed   as   ( 2 7 ) .     m _ d es i g n   o in 2 0 ( 2 + 1 ) 0 . 4    ( 2 7 )     T h av er a g cu r r en t in   1   is   b ased   o n   its   v ar iatio n   o v e r   t   ( 0 ÷  ) :     L1 _ av e = L1 2 = 1   L1 2   0   = L1 2 1    ( 2 8 )     B ased   o n   ( 2 8 ) ,   th d esig n   o f   i n d u cto r   1   is   d eter m in ed   ac co r d in g   to   ( 2 9 ) .     L1 _ d es i g n = in 2 2 0 . 4 0    ( 2 9 )     T h ca p ac ito r   s elec tio n   is   b ase d   o n   ( 3 0 ) :     { 0 = ( 1 ) O s 0 0   1 = ( 1 ) in s C1     { 2 , 4 =   in s C2 , 4     3 =   ( 1 ) in s C2 , 4     ( 3 0 )     wh er e,   v o ltag e   r ip p le,   s witch in g   f r e q u en c y ,   an d   lo ad   r esis to r   ar r ep r esen ted   b y   O s ,   an d   0 ,   r e s p ec tiv ely .   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 o ve l sin g le - s w itch   DC DC   co n ve r ter u s in g   th co u p led   i n d u cto r   w ith     ( K im - A n h   N g u ye n )   481   4.   RE SU L T S   AND  D I SCU SS I O N   4 . 1   Sim ula t i o n a nd   ex periment a l r esu lt s   To   s u b s tan tiate  th th eo r etica p r ed ictio n s ,   3 0 0   W   co n v er t er   p r o to ty p was  co n s tr u cted ,   s im u lated   in   Simp lis /Si m etr ix ,   b ased   o n   th e   s p ec if icatio n s   o f   s = 50   k Hz ,   in = 24   V O = 400   V Fro m   ( 1 4 ) ,   t h e   n o m in al  VG  an d   th d u ty   r atio   ar g iv en   b y   1 6 . 6 7 .   B ased   o n   th p r o to ty p s p ec if icatio n s   an d   ( 1 4 ) ,   th VG   v er s u s   d u ty   cy cle  D   f o r   d if f er en C I   tu r n   r atio s n   1 . 5   t o   3   is   s h o wn   in   Fig u r e   4 .   T o   ac h i ev s u itab le   tu r n s   r atio ,   n   is   s elec ted   as  2 .   L m   is   ca lcu lated   b y   ( 2 7 )   a n d   f o u n d   to   b 8 2   µH .   Usi n g   ( 2 9 ) ,   L 1   is   d esig n ed   as  2 5   µH T h ca p ac ito r s   ar s elec ted   as  ( 3 0 ) .   T ab le   1   d is p lay s   th k ey   p ar am eter s   o f   t h d esig n   p r o to ty p e.       Volt age  gai n  ( M ) Du t y Cyc l e  ( D ) n  =  1.5 n  =  2 n  =  2.5 n  =  3 0.51 = 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 8 10 12 14 16 18 20     Fig u r 4 .   VG  cu r v es v er s u s   d u ty   cy cle  at  d if f e r en t tu r n   r atio s       T ab le  1 .   Har d war co m p o n e n t sp ec if icatio n s   o f   th PC   D e v i c e s   V a l u e s   D 1   D 5   D S EP3 0 - 06A   D 6   M U R 3 0 6 0 P T   S   I R F P 2 5 0 N   C 1   4 7   µ F   C O   3 3 0   µ F   C 2     C 4   5 6   µ F   CI   Lm   =   8 2   µ H ;   Lk   =   1 . 8   µ H   L 1   2 5   µ H   N N s   1   2       Fig u r es  5 ( a)   a n d   5 ( b )   s h o th s im u lated   cir cu it  d ia g r am   a n d   s etu p   o f   th e   PC   in   S im p lis /S im etr ix .   Fig u r 6 ( a )   d is p lay   v gs Lm   an d   Lk   o f   th C I ,   L1 ds ,   an d   O .   T h e   s im u latio n   r esu lts   alig n   well  with   th e   an aly tical  th eo r y .   T h e   in p u i n d u cto r   cu r r en r e m ain s   co n ti n u o u s ,   e n s u r in g   s tab le  o p e r atio n .   T h VS  o n   th e   MO SF E T   is   lo an d   ex h ib its   wav ef o r m   c o n s is ten with   th eo r etica p r ed ictio n s .   O   is   ap p r o x im ately   4 0 0   as  d esig n ed ,   with   m in im al  d ev iatio n ,   d em o n s tr atin g   th co n v er ter ' s   h ig h   ac cu r ac y   an d   ef f i cien cy .   Fig u r 6 ( b )   p r esen ts   th d io d e   cu r r en p r o f iles .   I is   ev id en th at  th wa v e f o r m s   clo s ely   m atch   th an al y tical  th eo r y ,   f u r t h er   v alid atin g   th ac c u r ac y   o f   th PC   m o d el.   T h e   in f lu en ce   o f   m a g n etizin g   in d u ctan ce   ( m )   to ler an ce   o n   th o u tp u v o ltag was  v er i f ied   b y   s im u latin g   th p r o p o s ed   cir cu it  with   m   v ar iatio n s   o f   ± 5 in   Sime tr ix - SIM PLI S.  As  s h o wn   in   Fig u r 7   f o r   9 5 %,  1 0 0 %,  a n d   1 0 5 m   v alu es ,   d ec r ea s i n   m   ca u s es  a   s lig h in cr ea s in   O ,   wh ile  in cr ea s in g   m   s lig h tly   r ed u ce s .   T h ese  o u tp u v o ltag e   f lu ctu atio n s   ar e,   h o wev er ,   m i n im al  an d   in s ig n if ican t.  T h is   r esu lt  co n f ir m s   th at  th o u tp u t v o ltag s tay s   s tab le,   ev en   with   ty p ical  co m p o n en t   to ler an ce s .   T o   v er if y   th PC   p er f o r m an ce ,   lab   p r o to ty p was  b u ilt.  T h d esig n   p ar am eter s   ap p ea r   i n   T ab le  1 .   Fig u r 8   s h o ws  th ex p er im e n tal  s etu p   o f   th p r o to ty p e.   T h lab   s etu p   in clu d es  th co n v er ter   p r o to ty p e,   co n tr o b o ar d ,   r esis tiv lo ad ,   an d   an   o s cillo s co p f o r   wav ef o r m   m ea s u r em en t,   as  s h o wn   in   Fig u r 8 .   T h p r o to ty p o f   th PC   ap p ea r s   in   Fig u r e  8 ( a) ,   wh ile  th e   ex p er im en tal  s etu p   is   illu s tr ated   in   Fig u r 8 ( b ) .   Fig u r 9 ( a)   p r esen ts   th e   h ar d war e   wav ef o r m s ,   in cl u d in g   v gs v ds V in ,   an d   V O .   B ased   o n   ( 1 4 )   in   t h r ev is ed   m an u s cr ip t ,   with   a n   o u tp u t p o wer   o f   O   3 0 0   W ,   O   4 0 0   V,   in   2 4   V,   a n d   2 ,   th th e o r etica D   is   ca lcu lated   to   b 5 0 . 9 %.  Ho wev er ,   u n d e r   p r ac tical  co n d itio n s ,   d u to   f ac to r s   s u ch   as E SR   o f   ca p ac ito r s ,   co r e   lo s s es,  d io d co n d u ctio n   lo s s es,  s witch in g   lo s s e s ,   an d   n o n - id ea o p er atin g   co n d itio n s ,   t h ac tu al  d u ty   cy cle   im p lem en ted   in   h ar d war e   is   m ar g in ally   h i g h er   ( 5 1 . 3 %)  th a n   th th eo r etica v alu to   ac h i ev O   4 0 0   V.   As  o b s er v ed ,   th VS   ac r o s s   th M OSFET   r em ain s   lo an d   co n s is ten with   th d esig n   an aly s is ,   wh ile  O   is   s tab ly   h eld   at   400   V.   T h m ea s u r ed   p ea k   ef f icien cy   o f   th p r o to ty p e   r ea ch es  9 3 . 6 %,  co n f ir m i n g   th g o o d   p er f o r m a n ce   o f   th PC .   T h o u tp u v o ltag e   r ip p le  at  f u ll - lo ad   o p er atio n   is   also   s ee n   in   Fig u r e  9 ( a ) .   T h e   m ea s u r ed   p ea k - to - 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 :   476 - 486   482   p ea k   r ip p le  is   ap p r o x im ately   Δ V O   =   2   V,   co r r esp o n d in g   to   ab o u 0 . 5 o f   th e   r ated   o u tp u v o ltag e,   wh ich   is   with in   ac ce p tab le  lim its   f o r   h i g h   VG   co n v er ter s .       ( a)     ( b )       Fig u r 5 .   Simu latio n   m o d el  a n d   s etu p   o f   t h PC : ( a)   d iag r a m   an d   ( b )   s etu p       v gs D T (1 - D) T T i Lm i Lk i L1 v ds V o t 0 t 1 t 2 t 3 t 4   v gs D T (1 - D) T T i D 1 i D 2 i D 3 i D 4 i D 5 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4   ( a)   ( b )     Fig u r 6 .   Simu latio n   wav ef o r m s : ( a)   gs   ds   L1   an d   ( b )     gs   Lk   Lm       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 o ve l sin g le - s w itch   DC DC   co n ve r ter u s in g   th co u p led   i n d u cto r   w ith     ( K im - A n h   N g u ye n )   483   L m = 8 2 u H 9 5 % L m = 7 7 . 9 u H 1 0 5 % L m = 8 6 . 1 u H     Fig u r 7 .   Simu lated   o u tp u t v o l tag u n d e r   ± 5 % m a g n etizin g   i n d u ctan ce   ( m )   v ar iatio n       ( a)     ( b )   Load Propos e c on v e rt e r C on tr ol B oard Load     Fig u r 8 .   Har d war im p lem e n tatio n   o f   th PC : ( a)   p r o to ty p an d   ( b )   ex p er im en tal  s etu p       v gs (20V / d i v) v ds (100  V / d i v) V in (20  V / d i v) V o u t (20 V / d i v) 15V 100  V 24   V 400  V 10 µs     V =  2V ( a)   ( b )   V i n   ( 2 0   V/d iv ) 2 4   V 3 6   V V ou t ( 2 0 0   V/d iv ) 4 0 0   V   ( c)   I ( 1   A/di v ) 0 . 7 5   A 0 . 2 5   A V out ( 2 0 0   V/d iv ) 4 0 0   V     Fig u r 9 .   E x p er im e n tal  r esu lts : ( a)   wav ef o r m s   with   V in   2 4   V,   V O   4 0 0   V,   an d   P 3 0 0   W ,   tr an s ien t r esp o n s es u n d e r   ( b )   i n p u t v o ltag v ar iatio n ,   an d   ( c)   lo ad   v ar iatio n       T h d y n am ic  p er f o r m a n ce   o f   th PC   was f u r th er   ex am in e d   u n d er   two   c o n d itio n s :   -   I n p u t - v o ltag v ar iatio n   s ee n   i n   Fig u r e 9 ( b ) in   was  in cr ea s ed   f r o m   2 4   V   to   3 6   V   wh ile  d eliv er in g   3 0 0   W .   V O   h o ld   s tead y   at   4 0 0   V,   ex h ib itin g   o n ly   m in o r   o v er s h o o an d   s h o r s ettlin g   tim e,   d em o n s tr atin g   r o b u s t   co n tr o l p e r f o r m an ce .   -   L o ad   v ar iatio n   illu s tr ated   in   Fi g u r e   9 ( c ) :   th e   lo ad   was  s tep - ch an g ed   f r o m   3 3 . 3 %   ( 0 . 2 5   A)   t o   1 0 0 ( 0 . 7 5   A)   o f   f u ll  lo ad .   T h PC   m ain tain ed   V O   n ea r   4 0 0   with   s m all  tr a n s ien d ev iatio n   an d   f ast  r ec o v er y ,   co n f ir m in g   s tab le  d y n am ic  o p er atio n .     4 . 2 .   Co m pa riso ns   wit h o t her  co nv er t er s   T ab le   2   p r o v id es  c o m p a r ativ an aly s is   o f   k ey   p ar a m eter s ,   in clu d in g   th e   n u m b er   o f   s witch es  ( S),   in d u cto r s   ( I ) ,   C I ,   d io d es  ( D) ,   ca p ac ito r s   ( C ) ,   v o ltag co n v er s i o n   r atio ,   an d   VS  o f   MO SF E T .   Dev elo p in g   n ew  to p o lo g y   with   h ig h   VG  an d   m in im ized   VS  is   ess en tial  f o r   en h an cin g   co n v er ter   p er f o r m an ce .   Fig u r 1 0   p r esen ts   g r ap h ical  co m p ar is o n   o f   V v ar iatio n   with   th d u ty   cy c le  am o n g   th p r o p o s ed   an d   r e f er en ce d   co n v er ter s ,   d em o n s tr atin g   th at  th e   PC   att ain s   th h ig h est  VG,   s u r p ass in g   ex is tin g   d esig n s .   I f ea t u r es  s in g le  s witch ,   s im ilar   to   [ 3 1 ] [ 3 3 ] ,   wh ich   s im p lifie s   co n tr o l   an d   r ed u ce s   s witch in g   lo s s es.  Ad d itio n ally ,   th PC   in co r p o r ates  o n in d u ct o r   an d   o n C I ,   f ewe r   th an   [ 3 0 ] ,   [ 3 2 ] ,   an d   r eq u i r es  f ewe r   d io d es  th an   [ 3 0 ] ,   [ 3 3 ] .   k ey   ad v an tag o f   th PC   is   its   s ig n if ican tly   lo wer   s witch   VS  co m p ar to   o th er   to p o lo g ies,  allo win g   lo w - v o ltag s witch   to   im p r o v 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 .   1 Ma r c h   20 2 6 :   476 - 486   484   ef f icien cy .   W ith   its   s u p er io r   VG,   r ed u ce d   VS,  an d   p r ac tic al  im p lem en tatio n ,   th PC   s ta n d s   o u as  h ig h ly   ef f icien t so lu tio n   f o r   h i g h   VG   ap p licatio n s ,   p ar ticu lar l y   in   R E S .       T ab le  2 .   C o m p a r is o n   o f   p u b lis h ed   co n v er ter s     an d   th PC   R e f e r e n c e   C o m p o n e n t   c o u n t   VG   V S   o f   sw i t c h   ( / O )   S   D   C   I / C I   [ 3 0 ]   2   8   5   0 / 2   2 +  1   1 2 +    [ 3 1 ]   1   6   5   1 / 1   1 + 2 ( 1 ) 2   1 1 + 2   [ 3 2 ]   1   6   4   2 / 1   1 +  ( 1 ) 2   2 + ( 1 + ) ( 1 +  ) ( 1 + ) ( 1 +  )   [ 3 3 ]   1   7   5   1 / 1   1 + ( 1 ) 2   1 2   P r o p o se d   c o n v e r t e r   1   6   5   1 / 1   + 1 +  ( 1 ) 2   1 + 1 +      D u t y C yc l e  ( D ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 V ol tage  gai n  (M ) Pr op os e d  c on ve r t e r [ 33] [ 32] [ 31] [ 30]     Fig u r 1 0 .   C o m p ar is o n   o f   VG  cu r v es v er s u s   d u ty   cy cle  at  n   2       5.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r esen ts   a n   u ltra - h i g h   VG  DC DC   co n v er ter   u s in g   q u ad r atic  to p o lo g y   with   C I .   T h PC   f ea tu r es  s in g le  ac tiv s w itch ,   s im p lify in g   th co n tr o s tr ateg y   an d   r ed u ci n g   s witch in g   lo s s es.  p ass iv clam p   cir cu it  is   in co r p o r ate d   to   r ec y c le  th leak a g e n er g y ,   t h er eb y   m in im izin g   th e   VS  o n   t h MO SF E T   an d   allo win g   th u s o f   lo w - r esis tan ce   s wi tch   to   en h an ce   e f f icien cy .   T h e o r etica an aly s is ,   in clu d in g   s tead y - s tate  o p er atio n   an d   co m p o n en d esig n ,   v alid ates  th f ea s ib ilit y   an d   p er f o r m an ce   o f   th PC .   Mo r eo v er ,   th in f lu en ce   o f   m ag n etizin g   in d u ctan ce ,   d u ty   cy cle,   an d   p ar asit ic  co m p o n en ts   o n   th VG   is   th o r o u g h ly   an a ly ze d .   T h s y s tem s   tr an s ien r esp o n s to   in p u v o ltag an d   lo ad   ch an g es  h as  also   b ee n   in v esti g ated   to   en s u r s tab le  o p er atio n .   SIM PLI s im u latio n   an d   ex p e r im en tal  v er if icatio n   u s in g   3 0 0   W   h ar d war p r o to ty p co n f ir m   th co n v e r ter s   h ig h   ef f icien c y ,   ex ce llen VG ,   an d   r eliab le  p er f o r m a n ce .   T h p r o to ty p ac h iev es  p ea k   ef f icien cy   o f   9 3 . 6 %,   d em o n s tr atin g   its   p o te n tial f o r   r en ewa b le  en e r g y   c o n v e r s io n   ap p licatio n s .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   r esear ch   r ec eiv ed   n o   e x te r n al  f u n d in g .       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 t r ib u to r   R o les  T a x o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize   in d iv i d 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   Kim - An h   Ng u y en                               T h ai  An h   Au   T r an                               Xu an   Kh an h   Ho                               Du o n g   T h ac h   Ph am                                 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         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT     Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.        DATA AV AI L AB I L I T Y   T h au th o r s   co n f ir m   t h at  th d ata  s u p p o r tin g   th e   f in d i n g s   o f   t h is   s tu d y   ar e   av ailab le  with in   th ar ticle.     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 o ve l sin g le - s w itch   DC DC   co n ve r ter u s in g   th co u p led   i n d u cto r   w ith     ( K im - A n h   N g u ye n )   485   RE F E R E NC E S   [ 1 ]   Z.   T a n g ,   Y .   Y a n g ,   a n d   F .   B l a a b j e r g ,   P o w e r   e l e c t r o n i c s :   T h e   e n a b l i n g   t e c h n o l o g y   f o r   r e n e w a b l e   e n e r g y   i n t e g r a t i o n ,   C S EE   J o u rn a l   o f   Po w e r   a n d   E n e r g y   S y st e m s ,   v o l .   8 ,   n o .   1 ,   p p .   3 9 5 2 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 7 7 7 5 / C S EEJPES . 2 0 2 1 . 0 2 8 5 0 .   [ 2 ]   M .   K a n a b a r   a n d   C .   C o so r e a n u ,   B u i l d i n g   t h e   g r i d   o f   t h e   f u t u r e   t o   a c c e l e r a t e   e n e r g y   t r a n si t i o n :   i n n o v a t i o n a n d   d i g i t a l   t r a n sf o r ma t i o n   f o r   g l o b a l   u t i l i t i e s ,”  I E EE  Po w e r   a n d   En e r g y   M a g a z i n e ,   v o l .   2 2 ,   n o .   2 ,   p p .   9 0 9 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / M P E. 2 0 2 4 . 3 3 5 1 6 0 9 .   [ 3 ]   H .   T i i sm u s,   V .   M a a sk ,   V .   A st a p o v ,   T.   K o r o t k o ,   a n d   A .   R o s i n ,   S t a t e - of - t h e - a r t   r e v i e w   o f   e merg i n g   t r e n d s   i n   r e n e w a b l e   e n e r g y   g e n e r a t i o n   t e c h n o l o g i e s ,   I EE A c c e s s ,   v o l .   1 3 ,   p p .   1 0 8 2 0 1 0 8 4 3 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 5 . 3 5 2 8 6 4 0 .   [ 4 ]   J.  S .   K i m,  J.  S .   S o n g ,   C .   H .   K i m,  J .   M a h sere d j i a n ,   a n d   S .   H .   K i m ,   C o n si d e r a t i o n   o n   p r e se n t   a n d   f u t u r e   o f   b a t t e r y   e n e r g y   st o r a g e   sy st e t o   u n l o c k   b a t t e r y   v a l u e ,   J o u rn a l   o f   M o d e r n   P o w e S y st e m a n d   C l e a n   E n e r g y ,   v o l .   1 3 ,   n o .   2 ,   p p .   6 2 2 6 3 6 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 5 8 3 3 / M P C E. 2 0 2 3 . 0 0 0 7 2 3 .   [ 5 ]   A .   P r a d h a n ,   S .   M o h a p a t r a ,   K .   R a y ,   S .   M o h a p a t r a ,   R .   N .   S e n a p a t i ,   a n d   A .   K .   G i r i ,   I mp a c t   o f   so l a r   p a n e l s   o n   t h e   e n v i r o n m e n t   a n i t a n a l y si s   a t   v a r i o u s   mo u n t i n g   c o n d i t i o n ,   i n   Pro c e e d i n g o f   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o m p u t a t i o n a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   S u s t a i n a b l e   E n g i n e e ri n g   S o l u t i o n ,   C I S E S   2 0 2 3 ,   2 0 2 3 ,   p p .   3 7 1 3 7 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C I S ES5 8 7 2 0 . 2 0 2 3 . 1 0 1 8 3 5 4 2 .   [ 6 ]   G .   V e l a sc o - Q u e sa d a ,   F .   G u i n j o a n - G i sp e r t ,   R .   P i q u é - p e z ,   M .   R o n - L u mb r e r a s,   a n d   A .   C o n e sa - R o c a ,   El e c t r i c a l   P V   a r r a y   r e c o n f i g u r a t i o n   s t r a t e g y   f o r   e n e r g y   e x t r a c t i o n   i mp r o v e me n t   i n   g r i d - c o n n e c t e d   P V   sy s t e ms ,   I E EE  T ra n s a c t i o n o n   I n d u st r i a l   El e c t r o n i c s ,   v o l .   5 6 ,   n o .   1 1 ,   p p .   4 3 1 9 4 3 3 1 ,   2 0 0 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI E. 2 0 0 9 . 2 0 2 4 6 6 4 .   [ 7 ]   Z.   H .   S h i ,   K .   W .   E.   C h e n g ,   a n d   S .   L .   H o ,   S t a t i c   p e r f o r ma n c e   a n d   p a r a si t i c   a n a l y si s   o f   t a p p e d - i n d u c t o r   c o n v e r t e r s,”   I ET  P o w e r   El e c t r o n i c s ,   v o l .   7 ,   n o .   2 ,   p p .   3 6 6 3 7 5 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 4 9 / i e t - p e l . 2 0 1 2 . 0 7 6 0 .   [ 8 ]   F .   Li n   L u o   a n d   H .   Y e ,   U l t r a - l i f t   L u o - c o n v e r t e r ,   2 0 0 4   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Po w e r   S y st e m   T e c h n o l o g y ,   P O WE RC O N   2 0 0 4 v o l .   1 ,   p p .   8 1 8 6 ,   2 0 0 4 ,   d o i :   1 0 . 1 2 0 1 / 9 7 8 1 4 2 0 0 3 7 1 0 4 . c h 7 .   [ 9 ]   S .   K h a n   e t   a l . ,   A   h i g h   s t e p - u p   d c - d c   c o n v e r t e r   b a s e d   o n   t h e   v o l t a g e   l i f t   t e c h n i q u e   f o r   r e n e w a b l e   e n e r g y   a p p l i c a t i o n s,”   S u st a i n a b i l i t y   ( S w i t zer l a n d ) ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 9 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / su 1 3 1 9 1 1 0 5 9 .   [ 1 0 ]   M .   S a m i u l l a h ,   A .   I q b a l ,   I .   A sh r a f ,   a n d   P .   K .   M a r o t i ,   V o l t a g e   l i f t   sw i t c h e d   i n d u c t o r   d o u b l e   l e g   c o n v e r t e r   w i t h   e x t e n d e d   d u t y   r a t i o   f o r   D C   m i c r o g r i d   a p p l i c a t i o n ,   I EEE   Ac c e ss ,   v o l .   9 ,   p p .   8 5 3 1 0 8 5 3 2 5 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 1 . 3 0 8 8 9 5 7 .   [ 1 1 ]   H .   G h o l i z a d e h ,   M .   D e h g h a n ,   R .   S .   S h a h r i v a r ,   M .   H .   S a m i mi ,   a n d   M .   G h a ss e mi ,   A   n o n - i s o l a t e d   q u a d r a t i c   DC - D C   c o n v e r t e r   i mp r o v e d   b y   v o l t a g e - l i f t   t e c h n i q u e   s u i t a b l e   f o r   h i g h - v o l t a g e   a p p l i c a t i o n s ,”  I EEE  Ac c e ss ,   v o l .   1 2 ,   p p .   1 5 8 2 9 2 1 5 8 3 1 0 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 4 . 3 4 8 4 6 6 7 .   [ 1 2 ]   S .   M .   A l i l o u ,   M .   M a a l a n d i s h ,   A .   S a m a d i a n ,   P .   A b o l h a ssa n i ,   S .   H .   H o sse i n i ,   a n d   M .   H .   K h o o b a n ,   H i g h   s t e p - u p   DC - D C   c o n v e r t e r   u si n g   v o l t a g e   l i f t   t e c h n i q u e f o r   r e n e w a b l e   a p p l i c a t i o n s ,”  C S EE   J o u r n a l   o f   P o w e a n d   En e r g y   S y st e m s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   2 ,   p p .   7 3 9 7 4 9 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 7 7 7 5 / C S EEJP ES. 2 0 2 2 . 0 2 9 1 0 .   [ 1 3 ]   H .   G h o l i z a d e h ,   R .   S .   S h a h r i v a r ,   S .   A mi n i ,   a n d   T .   R a h i m i ,   A n   i m p r o v e d   c a sca d e d   b o o s t   c o n v e r t e r   w i t h   a n   u l t r a - h i g h   v o l t a g e   g a i n   su i t a b l e   f o r   d i e l e c t r i c   q u a l i t y   t e st s ,   E n e r g i e s ,   v o l .   1 7 ,   n o .   1 5 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 7 1 5 3 8 6 1 .   [ 1 4 ]   A .   A .   Emo n ,   M .   Ta b a ss u m,  N .   S u b h a n i ,   a n d   K .   B i n g i ,   A   n o n i s o l a t e d   m o d i f i e d   u l t r a   h i g h   st e p u p   q u a d r a t i c   b o o st   c o n v e r t e r   w i t h   c l a ss i c a l   v o l t a g e   d o u b l e r   c i r c u i t ,   T h e   J o u r n a l   o f   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   2 0 2 4 ,   n o .   1 1 ,   N o v .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 4 9 / t j e 2 . 7 0 0 2 9 .   [ 1 5 ]   W .   Q i a n ,   D .   C a o ,   J .   G .   C i n t r o n - R i v e r a ,   M .   G e b b e n ,   D .   W e y ,   a n d   F .   Z.   P e n g ,   A   sw i t c h e d - c a p a c i t o r   D C - D C   c o n v e r t e r   w i t h   h i g h   v o l t a g e   g a i n   a n d   r e d u c e d   c o m p o n e n t   r a t i n g   a n d   c o u n t ,   I EE T ra n s a c t i o n o n   I n d u s t ry  A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   4 8 ,   n o .   4 ,   p p .   1 3 9 7 1 4 0 6 ,   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI A . 2 0 1 2 . 2 1 9 9 7 3 1 .   [ 1 6 ]   A .   F .   d e   S o u z a ,   F .   L.   T o f o l i ,   a n d   E .   R .   R i b e i r o ,   S w i t c h e d   c a p a c i t o r   DC - D C   C o n v e r t e r s:   A   s u r v e y   o n   t h e   ma i n   t o p o l o g i e s,  d e s i g n   c h a r a c t e r i s t i c s,  a n d   a p p l i c a t i o n s ,”  En e rg i e s ,   v o l .   1 4 ,   n o .   8 ,   p .   2 2 3 1 ,   A p r .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 4 0 8 2 2 3 1 .   [ 1 7 ]   T.   S a b e t f a r ,   M .   H o ss e i n p o u r ,   A .   S e i f i ,   a n d   H .   H e y d a r i - d o o st a b a d ,   S w i t c h e d   c a p a c i t o r   n o n i s o l a t e d   st e p - u p   DC D C   c o n v e r t e r   w i t h   l o w   v o l t a g e   s t r e ss  o f   d e v i c e a n d   h i g h   e f f i c i e n c y ,   I E EE  T r a n sa c t i o n s   o n   Po w e r   El e c t ro n i c s ,   v o l .   4 0 ,   n o .   1 0 ,   p p .   1 5 1 3 0 1 5 1 4 8 ,   O c t .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TP EL. 2 0 2 5 . 3 5 7 8 2 0 5 .   [ 1 8 ]   H .   A l n u ma n ,   M .   R .   H u ss a n ,   S .   I sl a m ,   A .   S a r w a r ,   E.   M .   A h m e d ,   a n d   A .   A r mg h a n ,   A   s i n g l e - so u r c e   sw i t c h e d - c a p a c i t o r   13 - l e v e l   h i g h   g a i n   i n v e r t e r   w i t h   l o w e r   sw i t c h   s t r e ss ,   I EEE   Ac c e ss ,   v o l .   1 1 ,   p p .   3 8 0 8 2 3 8 0 9 3 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ES S . 2 0 2 3 . 3 2 6 6 0 5 0 .   [ 1 9 ]   M .   R .   M o h a mm e d ,   A .   S a a d   A l - S u m a i t i ,   a n d   A .   R .   B e i g ,   H y b r i d   a c t i v e   sw i t c h e d   i n d u c t o r   DC - D C   c o n v e r t e r   w i t h   c o mm o n   g r o u n d   a n d   s u p p r e ss e d   v o l t a g e   o s c i l l a t i o n   f o r   f u e l   c e l l   v e h i c l e s ,”  I E EE  T r a n s a c t i o n s   o n   T r a n sp o rt a t i o n   El e c t ri f i c a t i o n ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 ,     p p .   3 2 0 4 3 2 1 4 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T TE. 2 0 2 4 . 3 4 3 4 7 1 0 .   [ 2 0 ]   M .   S .   B h a sk a r   e t   a l . ,   A   n e w   h y b r i d   z e t a - b o o s t   c o n v e r t e r   w i t h   a c t i v e   q u a d   s w i t c h e d   i n d u c t o r   f o r   h i g h   v o l t a g e   g a i n ,   I EEE   A c c e ss v o l .   9 ,   p p .   2 0 0 2 2 2 0 0 3 4 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 1 . 3 0 5 4 3 9 3 .   [ 2 1 ]   Y .   Ta n g ,   H .   T o n g ,   R .   A f z a l ,   a n d   Y .   G u o ,   H i g h   s t e p - U p   ZV T   c o n v e r t e r   b a s e d   o n   a c t i v e   sw i t c h e d   c o u p l e d   i n d u c t o r s ,”  I E EE  Ac c e ss v o l .   1 3 ,   p p .   1 5 1 7 8 1 5 1 8 7 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 0 . 3 0 4 1 0 0 4 .   [ 2 2 ]   R .   F a n i ,   Z.   A k h l a g h i ,   a n d   E .   A d i b ,   H i g h   s t e p - up  DC - D C   c o n v e r t e r   b y   i n t e g r a t i o n   o f   a c t i v e   sw i t c h e d   i n d u c t o r s,   b u i l t   i n   t r a n sf o r mer,   a n d   m u l t i p l i e r s ,   I EEE   T r a n s a c t i o n o n   Po w e r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 9 ,   n o .   2 ,   p p .   2 4 6 8 2 4 7 7 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TP E L. 2 0 2 3 . 3 3 3 5 3 9 1 .   [ 2 3 ]   H .   Li   a n d   D .   C h e n ,   A   n o v e l   h i g h   s t e p - u p   n o n i s o l a t e d   q u a s i - Z - so u r c e   DC - D C   c o n v e r t e r   w i t h   a c t i v e   sw i t c h e d   i n d u c t o r   a n d   sw i t c h e d   c a p a c i t o r ,   I E EE   J o u r n a l   o f   Em e r g i n g   a n d   S e l e c t e d   T o p i c i n   P o w e r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   5 ,   p p .   5 0 6 2 5 0 7 7 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JES TP E. 2 0 2 3 . 3 2 9 5 4 0 8 .   [ 2 4 ]   N .   V a z q u e z ,   L.   Est r a d a ,   C .   H e r n a n d e z ,   a n d   E.   R o d r i g u e z ,   Th e   t a p p e d - i n d u c t o r   b o o s t   c o n v e r t e r ,   I EEE   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o s i u m   o n   I n d u st r i a l   E l e c t r o n i c s ,   p p .   5 3 8 5 4 3 ,   2 0 0 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I S I E. 2 0 0 7 . 4 3 7 4 6 5 4 .   [ 2 5 ]   Y .   Ta n g   a n d   T .   W a n g ,   S t u d y   o f   a n   i m p r o v e d   d u a l - sw i t c h   c o n v e r t e r   w i t h   p a ssi v e   l o ssl e ss  c l a m p i n g ,   I E EE   T ra n s a c t i o n o n   I n d u st r i a l   El e c t r o n i c s ,   v o l .   6 2 ,   n o .   2 ,   p p .   9 7 2 9 8 1 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI E. 2 0 1 4 . 2 3 4 1 6 0 8 .   [ 2 6 ]   M .   H a r a si m c z u k ,   R .   K o p a c z ,   a n d   A .   To ma sz u k ,   L o ssl e ss  c l a m p   c i r c u i t   w i t h   t u r n - o f f   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   r e d u c t i o n   i n   h i g h   st e p - up   DC - D C   c o n v e r t e r   w i t h   c o u p l e d   i n d u c t o r ,”  I EEE  T r a n s a c t i o n s   o n   Po w e r   El e c t r o n i c s ,   v o l .   3 9 ,   n o .   1 ,   p p .   1 0 7 4 1 0 8 6 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPE L. 2 0 2 3 . 3 3 2 7 0 6 4 .   [ 2 7 ]   M .   K .   N g u y e n ,   T.   D .   D u o n g ,   a n d   Y .   C .   L i m,  S w i t c h e d - c a p a c i t o r - b a s e d   d u a l - sw i t c h   h i g h - b o o s t   D C - D C   c o n v e r t e r ,   I EE E   T ra n s a c t i o n o n   P o w e r E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 3 ,   n o .   5 ,   p p .   4 1 8 1 4 1 8 9 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TP EL. 2 0 1 7 . 2 7 1 9 0 4 0 .   [ 2 8 ]   K .   A .   N g u y e n ,   T.   A .   A .   Tr a n ,   X .   K .   H o ,   a n d   D .   T.   P h a m,  A   t w o - sw i t c h   s t e p - u p   t o p o l o g y   w i t h   c o u p l e d   i n d u c t o r   f o r   h i g h   v o l t a g e   c o n v e r si o n ,   I EEE  Ac c e ss ,   v o l .   1 3 ,   p p .   1 5 4 3 2 6 1 5 4 3 4 0 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 5 . 3 6 0 5 2 9 2 .   [ 2 9 ]   M .   E .   A z i z k a n d i ,   F .   S e d a g h a t i ,   H .   S h a y e g h i ,   a n d   F .   B l a a b j e r g ,   A   h i g h   v o l t a g e   g a i n   DC - D C   c o n v e r t e r   b a se d   o n   t h r e e   w i n d i n g   c o u p l e d   i n d u c t o r   a n d   v o l t a g e   mu l t i p l i e r   c e l l ,   I E EE   T ra n s a c t i o n o n   Po w e r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 5 ,   n o .   5 ,   p p .   4 5 5 8 4 5 6 7 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPE L. 2 0 1 9 . 2 9 4 4 5 1 8 .   [ 3 0 ]   M .   B .   M e i e r ,   D .   S .   S .   A v e l i n o ,   A .   A .   B a d i n ,   E .   F .   R .   R o m a n e l i ,   a n d   R .   G u l e s ,   S o f t - s w i t c h i n g   h i g h   s t a t i c   g a i n   D C - D C   c o n v e r t e r   w i t h o u t   a u x i l i a r y   s w i t c h e s ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   6 5 ,   n o .   3 ,   p p .   2 3 3 5 2 3 4 5 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T I E . 2 0 1 7 . 2 7 3 9 6 8 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.