SIMULATION AND PERFORMANCE ANALYSIS OF HIGH-EFFICIENCY MULTILEVEL BOOST CONVERTER
Authors: Laily Zahratul , Wiryajati I Ketut , Wahyu Satiawan I Nyoman 
Published: July 2024

This research aims to optimize the efficiency of the boost converter with a cascaded technique to increase efficiency with a more complex circuit, using two Boost Converters assembled in series and two PWM signals so that the circuit performance is more stable. The method used in this research is to compile a circuit with suitable components and calculations designed and then optimized using mathematical and differential analysis and select the switching frequency (40KHz) that gives the best performance in the circuit, then simulate the cascaded boost converter and regular boost converter circuits in MATLAB Simulink with duty cycle variations from 5%-76% to compare the performance of the two topologies in improving efficiency. The results of testing the efficiency showed that the cascaded boost converter circuit has a more significant input current than the output current to reduce power losses and increase efficiency in the circuit from its minimum efficiency of 52% to a maximum of 90%. The increased efficiency in the cascaded boost converter is directly proportional to the rise in the duty cycle. The study explicitly presents and validates theoretical results while experimentally verifying them. The main contribution of this study is the introduction of a new high-efficiency DC-DC cascaded boost converter, which achieves the highest efficiency (90%) compared to other DC-DC boost converter topologies documented in existing literature.

Abstrak: Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimasi efisiensi boost converter dengan teknik cascade untuk meningkatkan efisiensi dengan rangkaian yang lebih kompleks, dengan menggunakan dua buah Boost Converter yang dirangkai secara seri dan dua buah sinyal PWM agar kinerja rangkaian lebih stabil. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan menyusun rangkaian dengan komponen yang sesuai dengan desain dan perhitungan yang telah dirancang kemudian dioptimasi menggunakan analisis matematis dan diferensial serta memilih frekuensi pensaklaran (40KHz) yang memberikan performa terbaik pada rangkaian, kemudian mensimulasikan rangkaian boost converter bertingkat dan boost converter biasa pada MATLAB Simulink dengan variasi duty cycle dari 5% - 76% untuk membandingkan performa kedua topologi tersebut dalam meningkatkan efisiensi. Hasil pengujian efisiensi menunjukkan bahwa rangkaian cascaded boost converter memiliki arus input yang lebih signifikan dibandingkan arus output sehingga dapat mengurangi rugi-rugi daya dan meningkatkan efisiensi pada rangkaian dari efisiensi minimum 52% menjadi maksimum 90%. Peningkatan efisiensi pada konverter boost bertingkat berbanding lurus dengan peningkatan duty cycle. Penelitian ini secara eksplisit menyajikan dan memvalidasi hasil teoritis sambil memverifikasinya secara eksperimental. Kontribusi utama dari penelitian ini adalah pengenalan konverter boost bertingkat DC-DC efisiensi tinggi yang baru, yang mencapai efisiensi tertinggi(90%) dibandingkan dengan topologi konverter boost DC-DC lainnya yang didokumentasikan dalam literatur yang ada.