Improving Switching Efficiency with a Step-Up/Step-Down Hybrid Buck­–boostConverter Using Fuzzy Logic Control

Abstract

This paper presents a novel hybrid buck–boostDC–DCconverter controlled using fuzzy logic to enhance switching efficiency in photovoltaic (PV) energy systems. The proposed topology integrates separate step-up and step-down converter blocks connected via a DC link capacitor, enabling flexible voltage regulation across a wide input range. A fuzzy logic controller dynamically adjusts the duty cycles based on real-time PV input voltage and current, ensuring optimal power conversion under varyingenvironmental conditions. It ishypothesizedthat combining fuzzy logic control with dedicated converter structures significantly reduces output ripple, improves voltage stability, and increases overall efficiency compared to conventional buck­–boostdesigns. Simulation results validate the proposed system's performance, showing superior dynamic response, reduced oscillations, and enhanced efficiency. The step-down converter demonstrates an average improvement of 4.24% and the step-up converter,2.63% in charging efficiency over the conventional design. The architecture is particularly suitable for renewable energy applications such as electric vehicle (EV) battery charging, where stable and efficient power regulation is critical.

Ez a tanulmány egy újszerű hibrid buck– boost DC–DC konvertert mutat be, amelyet fuzzy logika vezérel, hogy növelje az átalakítási hatékonyságot fotovoltaikus (PV) energiarendszerekben. A javasolt topológia különálló step-up és step-down (feszültségnövelő- és csökkentő) konverter blokkokat integrál, amelyek DC- link kondenzátoron keresztül csatlakoznak, lehetővé téve a rugalmas feszültségszabályozást széles bemeneti tartományban. Egy fuzzy logikai vezérlő dinamikusan állítja be a kitöltési tényezőt a valós idejű PV-bemeneti feszültség és -áram alapján, biztosítva az optimális teljesítményátalakítást változó környezeti feltételek mellett. Feltételezzük, hogy a fuzzy logikai vezérlés és a dedikált konverterstruktúrák kombinációja jelentősen csökkenti a kimeneti feszültségingadozást, javítja a stabilitást és növeli az összhatékonyságot a hagyományos buck–boost kialakításokhoz képest. A szimulációs eredmények igazolják a javasolt rendszer teljesítményét, kiváló dinamikus választ, csökkent oszcillációt és fokozott hatékonyságot mutatva. A step-down konverter átlagosan 4,24%-os, a step-up konverter pedig 2,63%-os javulást mutat a töltési hatékonyságban a hagyományos kialakításhoz viszonyítva. Az architektúra különösen alkalmas megújulóenergia- alkalmazásokhoz, például az elektromos járművek (EV) akkumulátorainak töltéséhez, ahol a stabil és hatékony teljesítményszabályozás különösen fontos.