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    jpee
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    <journal-title>
     Journal of Power and Energy Engineering
    </journal-title>
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    2327-588X
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   <issn publication-format="print">
    2327-5901
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   <publisher>
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     Scientific Research Publishing
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    10.4236/jpee.2025.131002
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    jpee-140198
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      Articles
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     <subject>
      Engineering
     </subject>
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   <title-group>
    Output Voltage Stabilization of Non-Ideal DC-DC Zeta Converter with Output Voltage Error Elimination via Hybrid Control
   </title-group>
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      <surname>
       Hafez
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       Sarkawi
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     </name> 
     <xref ref-type="aff" rid="aff1"> 
      <sup>1</sup>
     </xref> 
     <xref ref-type="aff" rid="aff2"> 
      <sup>2</sup>
     </xref>
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       Noridah Mohd
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       Ridzuan
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      <sup>2</sup>
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       Muhammad Idzdihar
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       Idris
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      <sup>1</sup>
     </xref>
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       Mohd Syafiq
      </surname>
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       Mispan
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     </name> 
     <xref ref-type="aff" rid="aff1"> 
      <sup>1</sup>
     </xref>
    </contrib>
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    <addr-line>
     aFakulti Teknologi dan Kejuruteraan Elektronik dan Komputer, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Melaka, Malaysia
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    <addr-line>
     aProton Advanced Automotive Technology Institute, Melaka, Malaysia
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     24
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     2025
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    13
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    31
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      December
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      2024
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      December
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      2024
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      23,
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      2025
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    In this paper, we proposed an output voltage stabilization of a DC-DC Zeta converter using hybrid control. We modeled the Zeta converter under continuous conduction mode operation. We derived a switching control law that brings the output voltage to the desired level. Due to infinite switching occurring at the desired level, we enhanced the switching control law by allowing a sizeable output voltage ripple. We derived mathematical models that allow one to choose the desired switching frequency. In practice, the existence of the non-ideal properties of the Zeta converter results in steady-state output voltage error. By analyzing the power loss in the zeta converter, we proposed an improved switching control law that eliminates the steady-state output voltage error. The effectiveness of the proposed method is illustrated with simulation results.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Continuous Conduction Mode
    </kwd> 
    <kwd>
      DC-DC Zeta Converter
    </kwd> 
    <kwd>
      Hybrid Control
    </kwd> 
    <kwd>
      Output Voltage Error
    </kwd> 
    <kwd>
      Switching Control Law
    </kwd> 
    <kwd>
      Switching Frequency
    </kwd>
   </kwd-group>
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  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>Energy harvesting systems have a power management system that includes a DC-DC converter. Because of the uncertain nature of the ambient energy, for example, low or high irradiance of the sun and fluctuation of the wind speed, the voltage generated by the energy harvester, which is connected to the input of the DC-DC converter, can possibly be higher or lower than the output voltage. For that reason, the fourth-order DC-DC converter is a good candidate for deployment since it has step-up or step-down capability. There are a few topologies available, and the selection of a suitable topology is based on the intended application. With a smartphone battery charging application in mind where a solar panel gives the input, a suitable topology is the Zeta topology due to two reasons: 1) positive output voltage and low output voltage ripple, 2) natural DC input-to-output voltage isolation. The DC input in the zeta is disconnected/isolated from the output part in one of the two operation modes, precisely when the transistor is turned off. This isolation is beneficial, especially in uncertain solar energy sources, since it can reduce the effect of input voltage fluctuations.</p>
   <p>There are several pulse width modulation (PWM)-based control techniques presented in the literature to control the DC-DC converter. The one most widely used is proportional integral (PI) control <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-1">
     [1]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-5">
     [5]
    </xref>. Although PI control produces fast output voltage regulation, it suffers from high control effort for the control duty-ratio <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-6">
     [6]
    </xref> which can cause problems to the PWM circuitry. Another well-known controller is optimal control <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-6">
     [6]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-11">
     [11]
    </xref>. Conventional optimal linear quadratic regulator (LQR) control <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-6">
     [6]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-7">
     [7]
    </xref> produces optimal compensation with minimal control effort. The downside, however, is that when the parameters have high uncertainty, the controller loses the capability to regulate the output. In <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-8">
     [8]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-12">
     [12]
    </xref>, the authors consider the uncertainties in control design formulation and the controller can cope with large uncertainties at the expense of lower performance in nominal conditions. Other types of PWM-based controllers are sliding-mode <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-13">
     [13]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-15">
     [15]
    </xref>, fuzzy <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-16">
     [16]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-17">
     [17]
    </xref>, adaptive <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-18">
     [18]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-19">
     [19]
    </xref>, and fuzzy-neural <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-20">
     [20]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-21">
     [21]
    </xref>, to name a few. The main disadvantage of the PWM-based controller is the high inrush current at the inductor during start-up due to the high switching frequency.</p>
   <p>Hybrid control is a variable switching frequency type of controller. Hybrid control produces a low switching frequency at start-up; thus, the inrush current can be kept small. In <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-22">
     [22]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-29">
     [29]
    </xref>, the authors used hybrid control to regulate the output voltage of buck <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-22">
     [22]
    </xref>, boost <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-23">
     [23]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-24">
     [24]
    </xref> and buck-boost <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-25">
     [25]
    </xref> converter by observing the relation between output voltage ripple and inductor current ripple. The fact that zeta topology has a very low output voltage ripple makes this method unsuitable. Control Lyapunov-based hybrid control is presented in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-26">
     [26]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-29">
     [29]
    </xref>. Even though the output voltage is stabilized, the authors do not consider non-ideal conditions thus the output voltage error is not eliminated. In this paper, we propose hybrid control and consider non-ideal Zeta converter by including the transistor on resistance, equivalent series resistance for the two inductors, and forward voltage drop of the diode. By relating to the non-ideal condition and power loss, we introduced an improved hybrid control strategy that not only stabilized the Zeta converter, but also removed the steady-state output voltage error.</p>
   <p>The remainder of the paper is organized as follows: In Section 2, we show the DC-DC Zeta converter modeling. In Section 3, we formulate a hybrid control strategy for the ideal and non-ideal Zeta converter. A design example and simulation results are given in Section 4. Lastly, in Section 5, we conclude our work.</p>
   <fig id="fig1" position="float">
    <label>Figure 1</label>
    <caption>
     <title>Figure 1. DC-DC Zeta converter circuit.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1771179-rId14.jpeg?20250126020816" />
   </fig>
   <fig id="fig2" position="float">
    <label>Figure 2</label>
    <caption>
     <title>(a) (b)Figure 2. DC-DC Zeta converter equivalent circuit for (a) Mode 1, and (b) Mode 2.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="" />
   </fig>
   <fig id="fig2" position="float">
    <label>Figure 2</label>
    <caption>
     <title>(a) (b)Figure 2. DC-DC Zeta converter equivalent circuit for (a) Mode 1, and (b) Mode 2.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1771179-rId15.jpeg?20250126020816" />
   </fig>
   <fig id="fig2" position="float">
    <label>Figure 2</label>
    <caption>
     <title>(a) (b)Figure 2. DC-DC Zeta converter equivalent circuit for (a) Mode 1, and (b) Mode 2.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1771179-rId16.jpeg?20250126020816" />
   </fig>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. DC-DC Zeta Converter CCM Model</title>
   <p>Consider the DC-DC Zeta converter circuit shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
     Figure 1
    </xref>. The circuit consists of two inductors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, two capacitors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, an ideal diode 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       d 
     </mi> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, a DC voltage source 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, a resistive load 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       R 
     </mi> 
    </math>, and an ideal switch 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math>. Denote the currents of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, the voltages of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, respectively. Consider continuous conduction mode (CCM) operation of the converter. When the switch is closed (Mode 1), the converter is equivalent to the circuit shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2(a)">
     Figure 2(a)
    </xref>, and when the switch is open (Mode 2), the converter is equivalent to the circuit shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2(b)">
     Figure 2(b)
    </xref>. The state-space equation for the DC-DC Zeta converter is constructed using the state vector <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-29">
     [29]
    </xref></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>and the input 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>,(1)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> represents the operation mode; 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> if the switch is closed (Mode 1) and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> if the switch is open (Mode 2):</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 C 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 C 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mi>
                R 
              </mi> 
              <msub> 
               <mi>
                 C 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>,(2)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 C 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 C 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mi>
                R 
              </mi> 
              <msub> 
               <mi>
                 C 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>,(3)</p>
   <p>With the DC-DC Zeta converter model having been presented, the formulation of the switching control is addressed in the next section.</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Hybrid Switching Control Formulation</title>
   <p>The aim of the control is to design the switching law of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math> in such a way that the voltage of the load 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       R 
     </mi> 
    </math> becomes a prescribed value 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. For the DC-DC Zeta converter case, the steady-state operation point <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-29">
     [29]
    </xref> is given by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         * 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               * 
             </mo> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               * 
             </mo> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               * 
             </mo> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               * 
             </mo> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                R 
              </mi> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.(4)</p>
   <sec id="s3_1">
    <title>3.1. Ideal DC-DC Zeta Converter Control</title>
    <p>Choose a control Lyapunov function (CLF) candidate</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mtext>
          T 
        </mtext> 
       </msup> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         diag 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.(5)</p>
    <p>Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> be the derivative along the trajectory under Mode 1 and Mode 2, respectively. Then</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>,(6)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.(7)</p>
    <p>Based on the CLF (5), we define the switching control law as follows:</p>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="97.56%"><p style="text-align:center">Switching Control Law 1</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td aleft" width="97.56%"><p style="text-align:left">When the current mode is Mode 1, if 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math>, then stay in Mode 1, otherwise change to Mode 2.</p><p style="text-align:left">When the current mode is Mode 2, if 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math>, then stay in Mode 2, otherwise change to Mode 1.</p></td> 
     </tr> 
    </table>
    <p>Direct implementation of Switching Control Law 1 however induces infinite switching at the operating point which is impossible in practice. To overcome this problem, we propose an improved Switching Control Law 2 that makes the steady-state switching frequency finite.</p>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="97.56%"><p style="text-align:center">Switching Control Law 2</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td aleft" width="97.56%"><p style="text-align:left">When the current mode is Mode 1, if 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math>, then stay in Mode 1, otherwise change to Mode 2.</p><p style="text-align:left">When the current mode is Mode 2, if 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math>, then stay in Mode 2, otherwise change to Mode 1.</p></td> 
     </tr> 
    </table>
    <p>With 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (under Mode 1) and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (under Mode 2), the state-trajectory will move around the operating point where the states 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, are bounded by sizeable ripples. As a result, the switching is delayed, and since the switching time is inversely proportional to the switching frequency, the switching frequency is therefore reduced.</p>
    <fig id="fig3" position="float">
     <label>Figure 3</label>
     <caption>
      <title>Figure 3. Approximate state-trajectory (top) and it’s respected switching signal (bottom) at the steady-state.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1771179-rId107.jpeg?20250126020816" />
    </fig>
    <p>Define 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> as the steady-state switching frequency and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>. The derivative of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
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        </mo> 
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            x 
          </mi> 
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            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
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           = 
         </mo> 
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            </msubsup> 
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             ) 
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              C 
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         </mfrac> 
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             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
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              v 
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           + 
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           , 
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               v 
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          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mi>
             R 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <msub> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Substituting 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          * 
        </mo> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, then the gradient at the operating point is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>,</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           ˙ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Observing <xref ref-type="fig" rid="fig3">
      Figure 3
     </xref>, it is found that</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>,(8)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>.(9)</p>
    <p>From (8) and (9) above, by defining the desired steady-state switching frequency 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        f 
      </mi> 
     </math>, Switching Control Law 2 will enforce the voltage regulation and makes the DC-DC Zeta converter operate at the prescribed switching frequency.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_2">
    <title>3.2. Non-Ideal DC-DC Zeta Converter Control</title>
    <p>In practice, there exists an internal resistance or a voltage drop at the electronics components. Under this circumstance, the average input power 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           in 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for the converter is given by 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           in 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           out 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           loss 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           out 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           loss 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the output power, and the loss power, respectively. Since 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           out 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           in 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, then</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          * 
        </mo> 
       </msubsup> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            o 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>As shown above, the output voltage is less than the prescribed value. To compensate for the output voltage discrepancy, extra input power needs to be supplied. Consider the output voltage equal to the prescribed value. With the assumption of constant input current, the input voltage, therefore, needs to be increased, consequently the power loss is expressed by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mtext>
             loss 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mtext>
             in 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mtext>
             out 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             R 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>. (10)</p>
    <p>Dividing (8) and (9), the ratio of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> over 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is given by</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>.(11)</p>
    <p>For the Zeta topology, since the input voltage is only connected during Mode 1, the increase in the input voltage is therefore translated to the increment of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. Let define</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <msup> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>.(12)</p>
    <p>Eliminating 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in (11) and (12), and solving for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <msup> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> yield</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <msup> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Furthermore, since 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mtext>
           loss 
         </mtext> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, then</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <msup> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mtext>
             loss 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. (13)</p>
    <p>Consider an on resistance 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> at the power switch 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        S 
      </mi> 
     </math>, a forward voltage drop 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> at the diode 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        d 
      </mi> 
     </math>, and an equivalent series resistance (ESR) 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> at the inductor 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, respectively. Then, the average power loss under this condition is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mtext>
             loss 
           </mtext> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               L 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              * 
            </mo> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               * 
             </mo> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               * 
             </mo> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msubsup> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msubsup> 
         <msup> 
          <mrow></mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msubsup> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msubsup> 
         <msup> 
          <mrow></mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
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                v 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
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               </mi> 
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               </mi> 
              </mrow> 
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                2 
              </mn> 
             </msubsup> 
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            <mrow> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
             <msub> 
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              </mi> 
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             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
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                v 
              </mi> 
              <mrow> 
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               </mi> 
               <mi>
                 f 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
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         <msup> 
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             ( 
           </mo> 
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            <mfrac> 
             <mrow> 
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                + 
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              <msub> 
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               </mi> 
               <mrow> 
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               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
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            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
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         <msup> 
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           <mo>
             ( 
           </mo> 
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            <mfrac> 
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               <mrow> 
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                  r 
                </mi> 
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                </mi> 
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                </mi> 
               </mrow> 
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                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                R 
              </mi> 
              <msub> 
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              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
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              <msub> 
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               </mi> 
               <mrow> 
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                </mi> 
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                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
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            2 
          </mn> 
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          </mi> 
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           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
           <mrow> 
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              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               o 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
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           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
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              </msub> 
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                + 
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              <msub> 
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               <mrow> 
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                </mi> 
               </mrow> 
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             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
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         <msup> 
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           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
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                </mi> 
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                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
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             <mrow> 
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              </mi> 
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                 v 
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               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
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            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
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           </mn> 
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           + 
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         <msup> 
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             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
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              </msub> 
              <mo>
                + 
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              <msub> 
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               </mi> 
               <mrow> 
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                </mi> 
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                </mi> 
               </mrow> 
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             </mrow> 
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               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mi>
                  g 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   r 
                 </mi> 
                 <mi>
                   e 
                 </mi> 
                 <mi>
                   f 
                 </mi> 
                </mrow> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             R 
           </mi> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mi>
                 f 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                g 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    v 
                  </mi> 
                  <mi>
                    g 
                  </mi> 
                 </msub> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    v 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     r 
                   </mi> 
                   <mi>
                     e 
                   </mi> 
                   <mi>
                     f 
                   </mi> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 d 
               </mi> 
               <mi>
                 s 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   o 
                 </mi> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                g 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msubsup> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mi>
                 f 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msubsup> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>.(14)</p>
    <p>Consequently, substituting (14) into (13), therefore</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <msup> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mi>
                  g 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   r 
                 </mi> 
                 <mi>
                   e 
                 </mi> 
                 <mi>
                   f 
                 </mi> 
                </mrow> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mi>
                 f 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                g 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    v 
                  </mi> 
                  <mi>
                    g 
                  </mi> 
                 </msub> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    v 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     r 
                   </mi> 
                   <mi>
                     e 
                   </mi> 
                   <mi>
                     f 
                   </mi> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 d 
               </mi> 
               <mi>
                 s 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   o 
                 </mi> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                g 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msubsup> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
               <mi>
                 f 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msubsup> 
             <msub> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 L 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. (15)</p>
    <p>Therefore, to adapt the Switching Control Law 2 in practice and to overcome the issue of the steady-state output voltage error, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> needs to be replaced with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <msup> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. To evaluate the effectiveness of the proposed switching control law, a design example and the simulation results are presented in Section 4.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Design Example and Simulation Results</title>
   <p>With the smartphone charging application in mind, we choose the converter parameters, as shown in <xref ref-type="table" rid="table1">
     Table 1
    </xref>. The typical rated voltage to charge a smartphone battery is 5 V, therefore it is the selected reference output voltage 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> for the converter. Meanwhile, 2 A is the typical rated current hence the load resistance 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       R 
     </mi> 
    </math> is set to 2.5 Ω. As for the non-ideal parameters 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            o 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, they are realistically defined based on the datasheet in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-30">
     [30]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-32">
     [32]
    </xref>.</p>
   <table-wrap id="table1">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table1">
      Table 1
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-"></xref>Table 1. DC-DC Zeta converter parameters.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center">Parameter</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">Value</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">18 V</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             o 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">5 V</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           R 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">2.5 Ω</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">100 μH</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">100 μH</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">100 μF</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">220 μF</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           f 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">100 kHz</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                o 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">0.16 Ω</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">33 mΩ</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">33 mΩ</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.99%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="20.77%"><p style="text-align:left">0.52 V</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
   <table-wrap id="table2">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table2">
      Table 2
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-"></xref>Table 2. Input voltage perturbation setup.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="24.42%"><p style="text-align:center">Input voltage 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td aleft" width="19.00%"><p style="text-align:left">Ave. input power 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td aleft" width="20.35%"><p style="text-align:left">Ave. input current 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td aleft" width="25.78%"><p style="text-align:left">Load resistance 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           R 
         </mi> 
        </math></p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="24.42%"><p style="text-align:center">18 V</p></td> 
      <td class="custom-top-td aleft" width="19.00%"><p style="text-align:left">10 W</p></td> 
      <td class="custom-top-td aleft" width="20.35%"><p style="text-align:left">0.56 A</p></td> 
      <td class="custom-top-td aleft" width="25.78%"><p style="text-align:left">2.5 Ω</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="24.42%"><p style="text-align:center">9 V</p></td> 
      <td class="aleft" width="19.00%"><p style="text-align:left">5 W</p></td> 
      <td class="aleft" width="20.35%"><p style="text-align:left">0.56 A</p></td> 
      <td class="aleft" width="25.78%"><p style="text-align:left">5 Ω</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="24.42%"><p style="text-align:center">4.5 V</p></td> 
      <td class="aleft" width="19.00%"><p style="text-align:left">2.5 W</p></td> 
      <td class="aleft" width="20.35%"><p style="text-align:left">0.56 A</p></td> 
      <td class="aleft" width="25.78%"><p style="text-align:left">10 Ω</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
   <p>On the other hand, the input voltage 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is assumed to be generated from photovoltaic (PV) panel with 10 W power rating. By looking at the 10 W PV datasheet <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-33">
     [33]
    </xref>, the typical voltage and current during maximum power generation are 18 V, and 0.56 A, respectively. Based on the characteristic of the PV <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-34">
     [34]
    </xref>, if less power is generated due to the low temperature and assumed that the irradiance remains constant at 1000 W/m<sup>2</sup>, the current remains constant, but the voltage will be decreased. With this fact, we reflect the decrease of the input voltage 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> to the load resistance 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       R 
     </mi> 
    </math> with the assumption of zero power loss. For example, when input voltage 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> reduces to 9 V, since the average input current 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is constant at 0.56 A, this gives an indication that the average input power 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is 5 W ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>). Assuming all the input power 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is transferred to the output/load, this is equivalent to the load resistance 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       R 
     </mi> 
    </math> of 5 Ω. For other examples, refer to <xref ref-type="table" rid="table2">
     Table 2
    </xref>.</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-"></xref>To have a full on-line computation capability, in addition to the four state variables 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, two other variables are measured namely the input voltage 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and the load current 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, In practice, it is highly favorable to have less computation burden. As such, the parameters that are fixed are computed off-line to reduce unnecessary on-line computation. Moreover, the floating number is avoided to achieve fast computation especially if one wants to implement hybrid control digitally. Considering the criteria, with (4), <xref ref-type="table" rid="table1">
     Table 1
    </xref> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           o 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, the following expressions are gathered.</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-"></xref> 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         g 
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         ( 
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           i 
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            L 
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        </msub> 
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            C 
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          <mn>
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           v 
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            C 
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          + 
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        − 
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        </mfrac> 
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        , 
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     </mrow> 
    </math>(17)</p>
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                    C 
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           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
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        </mtext> 
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        </mtext> 
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          × 
        </mo> 
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           ( 
         </mo> 
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                 ( 
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                 ) 
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          </mfrac> 
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             ( 
           </mo> 
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            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
               <mi>
                 o 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  C 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                160 
              </mn> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     v 
                   </mi> 
                   <mi>
                     g 
                   </mi> 
                  </msub> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <mn>
                    5 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 g 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                25 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (18)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         5 
       </mn> 
       <mrow> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          25 
        </mn> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
               <mi>
                 o 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  C 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msubsup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(20)</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140198-"></xref>Following Switching Control Law 2, the hybrid control algorithm for the stabilization of the DC-DC Zeta converter is executed as follows:</p>
   <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
    <tr> 
     <td class="custom-bottom-td acenter" width="70.32%"><p style="text-align:center">Hybrid Control Algorithm</p></td> 
    </tr> 
    <tr> 
     <td class="custom-top-td aleft" width="70.32%"><p style="text-align:left">Define initial conditions: 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>.</p><p style="text-align:left">a) Measure 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math> and 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            o 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>.</p><p style="text-align:left">b) Compute 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <msup> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math> and 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math> in (16), (17), (18) and (19), respectively.</p><p style="text-align:left">c) If 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           &lt; 
         </mo> 
         <msub> 
          <msup> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>, assign 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>, else 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>.</p><p style="text-align:left">If 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           &lt; 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math>, assign 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>, else 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>.</p><p style="text-align:left">If 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math> and 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>, assign 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>,</p><p style="text-align:left">else if 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math> and 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>, assign 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </math>,</p><p style="text-align:left">else assign 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
        </mrow> 
       </math>.</p><p style="text-align:left">Repeat (a) to (c).</p></td> 
    </tr> 
   </table>
   <fig id="fig4" position="float">
    <label>Figure 4</label>
    <caption>
     <title>Figure 4. Simulation results under perturbations. Comparison of the responses from the hybrid control with the inclusion of 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    β
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    1
   
         </mn> 
  
        </msub> 
 
       </mrow>

      </math> or 

      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <msup> 
    
          <mi>
           
     β
    
          </mi> 
    
          <mo>
           
     ′
    
          </mo> 
   
         </msup> 
   
         <mn>
          
    1
   
         </mn> 
  
        </msub> 
 
       </mrow>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1771179-rId325.jpeg?20250126020817" />
   </fig>
   <fig id="fig5" position="float">
    <label>Figure 5</label>
    <caption>
     <title>Figure 5. Close view (zoom in) of the steady-state switching signal at three-different time intervals.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1771179-rId330.jpeg?20250126020817" />
   </fig>
   <p>Tested in PSIM<sup>®</sup>, the simulation results under the perturbations are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig4">
     Figure 4
    </xref>. Initially, the input voltage is set to 18 V, and the corresponding load current is 2 A ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> Ω). As can be observed, with the controller either utilizes 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <msup> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, the output voltage settles at approximately 5 ms with no overshoot for both cases, with the different though is the former produces approximately −2.4% output voltage steady-state error ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.88 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> V). At 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        20 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> ms, the input voltage abruptly drops to 9 V (−50%) which in turn reduces the output current to 1 A ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> Ω). Although with the large input voltage perturbation, the effect in term of output voltage overshoot is quite minimal for both controllers (with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <msup> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>) although some oscillations are found before they settle down at approximately 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math> = 15 ms. However, the output voltage steady-state error increases to -4.6% ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.77 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> V) for the controller with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Moreover, at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        20 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> ms, the input voltage drops further to 4.5 V and the output current becomes 0.5 A ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        10 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> Ω). Interesting to note here is at this condition, the converter’s operation changed from step-down (at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> ms and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        10 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> ms) to step-up thus highlight the usefulness of the Zeta topology which can handle two operation modes. The output voltage steady-state error (with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>) is at its worst at −7.4% ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         o 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.63 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> V) even though with less overshoot and oscillation as compared to previous case. On the contrary, in all the cases, the controller with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <msup> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> provides a very good compensation in such that no output voltage steady-state error is observed.</p>
   <p>So far, we have proved the effectiveness of the proposed hybrid control in regulating the output voltage even with the existence of large perturbation. Next, we want to confirm the correctness of the mathematical models in reducing the steady-state switching frequency. To begin with, let’s have a look at the close view (zoom in) of the switch 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       S 
     </mi> 
    </math> waveform in <xref ref-type="fig" rid="fig5">
     Figure 5
    </xref>. As seen in the figure, with the input power of 10 W, 5 W, and 2.5 W, the respected steady-state switching frequency for the controller with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is 100 kHz, 98 kHz, and 94 kHz, whereas 87.7 kHz, 83.3 kHz, and 70.4 kHz, respectively, are recorded for the one with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <msup> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. As a reference, the pre-defined switching frequency is 100 kHz (refer to <xref ref-type="table" rid="table1">
     Table 1
    </xref>). Therefore, there are some discrepancies especially for the later controller. This is due to relatively lower efficiency at lower input power which in turn gives higher power loss thus from (13), this increases the magnitude of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <msup> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Furthermore, since 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <msup> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is inversely proportional to the switching frequency, lower switching frequency is expected. Nonetheless, the mathematical models guarantee the upper bound of the switching frequency thus preventing the arbitrary fast switching frequency from happening.</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Conclusion</title>
   <p>In this paper, we have presented output voltage stabilization with consideration of non-ideal DC-DC Zeta converter components. From the simulation results, it is shown that by taking into consideration the non-ideal properties of the Zeta converter in the switching control law formulation, the steady-state output voltage error is successfully eliminated. Furthermore, the upper bound of desired steady-state switching frequency is achieved. The above results make this research close to a practical environment. Nevertheless, the hardware experimental validation, as well as other input sources such as wind and thermal energy, will be investigated in future research.</p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>Acknowledgements</title>
   <p>The authors would like to thank Fakulti Teknologi dan Kejuruteraan Elektronik dan Komputer and Universiti Teknikal Malaysia Melaka for supporting this research.</p>
  </sec>
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