Experimental Study of a Two-Stage Interleaved Boost Converter with Litz Wire Inductor and Zero-Current Switching for Photovoltaic Systems

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作者
Samah Bouaroudj,Djallel Kerdoun,Mansour Madaci,Habib Benbouhenni,Nicu Bizon
出处
期刊:Electronics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (24): 4929-4929 被引量:2
标识
DOI:10.3390/electronics14244929
摘要

Power converters are essential for solar energy systems but achieving over 96% efficiency at 1 kW and 300 kHz with compact magnetic and EMC compliance remains challenging for high-power-density PV applications. This study presents the design, modeling, and experimental validation of a 1 kW two-phase interleaved boost converter operating from 12 V input to 48 V/20 A output, featuring a single EE32 Litz-wound coupled-core inductor with coupling coefficient k = −0.475 that reduces per-phase current ripple to just 120 mA (0.6% relative) at full load, a load-selective active zero-current switching (ZCS) circuit activated above 5 A threshold via DCR sensing to minimize switching losses without light-load penalties, and digital peak-current control with 2P2Z compensator implemented on an XMC4200 microcontroller, ensuring robust stability. Experimental results demonstrate peak efficiency of 98.6% at approximately 190 W load, full-load efficiency of approximately 96% with total losses limited to 40 W dominated by conduction rather than switching, thermal rise below 80 °C on key components, voltage regulation with less than 1% deviation down to 2 A minimum load, and full compliance with electromagnetic compatibility standards, including EN 55014-1/2 and EN 61000-4-2 ESD testing. The novel integration of selective ZCS, single-core magnetic, and high-frequency operation outperforms prior interleaved boost converters, which typically achieve 94–97% peak efficiency at lower switching frequencies of 20–100 kHz using multiple inductors or complex always-active resonant networks, making this solution particularly suitable for compact photovoltaic micro-converters, electric vehicles, and industrial power supplies requiring high efficiency, reliability, and regulatory compliance.
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