Modified T-type full-bridge ZVS PWM isolated DC-DC converter with three-/five-level operation

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2026
Autor(a) principal: Pasianotto, Henrique Klesse
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Conversores de corrente elétrica
Eletrônica de potência
Semicondutores
Circuitos de comutação
Métodos de simulação
Electric current converters
Power electronics
Semiconductors
Switching circuits
Simulation methods
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40156
Resumo: This work presents the development, analysis, and experimental validation of a three-/fivelevel isolated DC-DC converter based on a modified T-type cell combined with a full-bridge Zero-Voltage Switching Pulse-Width Modulation (ZVS-PWM) structure. The proposed 3/5L-FBMTT-ZVS-PWM converter is designed to achieve high efficiency and reduced semiconductor stress in high-voltage and high-power applications. A comprehensive theoretical analysis is conducted, including the description of operating modes, soft-switching conditions, and designoriented models for voltage and current stresses. The converter performance is assessed through numerical simulations and experimental tests carried out on a laboratory prototype, which confirm proper three- and five-level operation and ZVS over a wide operating range. Experimental results demonstrate that ZVS is achieved for all switches at rated load and for most devices under light-load conditions, with the exception of switch 1, which exhibits loss of ZVS at low load due to limited available commutation energy. Even so, the obtained results show high efficiency, low voltage overshoot, and balanced stress distribution among the remaining switching devices, confirming the technical feasibility and strong performance potential of the proposed topology for isolated power conversion in industrial and renewable energy systems.
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A comprehensive theoretical analysis is conducted, including the description of operating modes, soft-switching conditions, and designoriented models for voltage and current stresses. The converter performance is assessed through numerical simulations and experimental tests carried out on a laboratory prototype, which confirm proper three- and five-level operation and ZVS over a wide operating range. Experimental results demonstrate that ZVS is achieved for all switches at rated load and for most devices under light-load conditions, with the exception of switch 1, which exhibits loss of ZVS at low load due to limited available commutation energy. Even so, the obtained results show high efficiency, low voltage overshoot, and balanced stress distribution among the remaining switching devices, confirming the technical feasibility and strong performance potential of the proposed topology for isolated power conversion in industrial and renewable energy systems.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Este trabalho apresenta o desenvolvimento, a análise e a validação experimental de um conversor CC-CC isolado de três/cinco níveis baseado em uma célula T-type modificada combinada com uma estrutura full-bridge com modulação por largura de pulso e comutação em tensão zero (ZVS-PWM). O conversor proposto 3/5L-FB-MTT-ZVS-PWM foi projetado para alcançar alta eficiência e redução do estresse nos semicondutores em aplicações de alta tensão e alta potência. Uma análise teórica abrangente é realizada, incluindo a descrição dos modos de operação, das condições de comutação suave e de modelos orientados ao projeto para os esforços de tensão e corrente. O desempenho do conversor é avaliado por meio de simulações numéricas e ensaios experimentais realizados em um protótipo de laboratório, os quais confirmam a operação adequada em três e cinco níveis e a obtenção de ZVS em uma ampla faixa de operação. Os resultados experimentais demonstram que a ZVS é atingida para todos os interruptores em carga nominal e para a maioria dos dispositivos em condições de baixa carga, com exceção do interruptor 1, que apresenta perda de ZVS em baixa carga devido à energia de comutação disponível limitada. Ainda assim, os resultados obtidos evidenciam alta eficiência, baixa sobretensão e uma distribuição equilibrada dos esforços entre os demais dispositivos de comutação, confirmando a viabilidade técnica e o elevado potencial de desempenho da topologia proposta para conversão isolada de potência em sistemas industriais e de energias renováveis.Universidade Tecnológica Federal do ParanáPonta GrossaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUTFPRAgostini Junior, Eloihttps://orcid.org/0000-0002-0054-7474https://lattes.cnpq.br/8441361506900775Agostini Junior, Eloihttps://orcid.org/0000-0002-0054-7474https://lattes.cnpq.br/8441361506900775Souza, Kleber Cesar Alves dehttps://orcid.org/0000-0002-2885-1574http://lattes.cnpq.br/2752602374523514Gules, Rogerhttps://orcid.org/0000-0002-4037-9444https://lattes.cnpq.br/8115378687801645Pasianotto, Henrique Klesse2026-04-15T14:48:06Z2026-04-15T14:48:06Z2026-03-09info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfPASIANOTTO, Henrique Klesse. Modified T-type full-bridge ZVS PWM isolated DC-DC converter with three-/five-level operation. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2026.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40156enghttps://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2026-04-16T06:14:02Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/40156Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2026-04-16T06:14:02Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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