Physics-Informed Neural Network Model Description for an SIMO Bidirectional Resonant Converter for Wide-Load Applications

物理 人工神经网络 电子工程 谐振变换器 计算机科学 电气工程 转换器 电压 工程类 量子力学 人工智能
作者
Diego Bernal Cobaleda,Fanghao Tian,Wilmar Martínez
出处
期刊:IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13 (3): 3565-3576 被引量:2
标识
DOI:10.1109/jestpe.2025.3557529
摘要

This paper presents a Physics-Informed Neural Network (PINN) modeling approach for power converters with a high number of degrees of freedom. In contrast to traditional modulation strategies, which depend on harmonic approximations or time-domain analysis, the proposed method accounts for duty cycles, phase shifts, and input/output power relationships to help identify more efficient operating points. A resonant multi-output converter is used as a case study, featuring a five-level T-inverter on the primary side and a cascaded two-cell multilevel inverter on the secondary side. This topology maintains isolation between the high-voltage input and low-voltage outputs, and the cascaded structure reduces transformer turns, leading to possible improvements in power density. A particle swarm optimization (PSO) algorithm is applied to the PINN-predicted data to optimize performance further and identify optimal parameter combinations. A low-power prototype is implemented to validate the approach, demonstrating efficiency gains under light-load conditions. The results highlight the potential of AI-driven modeling and optimization in extending converter efficiency across diverse operating scenarios. Trade-offs, limitations, and future research directions are discussed, including digital twin integration and application to other topologies.
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