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Power Factor Correction Boost Converter Based on the Three-State Switching Cell

Robles Balestero, Juan Paulo; Tofoli, Fernando Lessa; Fernandes, Rodolfo Castanho; Torrico-Bascope, Grover Victor; Seixas, Falcondes José Mendes
Fonte: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Publicador: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: 1565-1577
ENG
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46.78%
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP); The need for solid-state ac-dc converters to improve power quality in terms of power factor correction, reduced total harmonic distortion at input ac mains, and precisely regulated dc output has motivated the investigation of several topologies based on classical converters such as buck, boost, and buck-boost converters. Boost converters operating in continuous-conduction mode have become particularly popular because reduced electromagnetic interference levels result from their utilization. Within this context, this paper introduces a bridgeless boost converter based on a three-state switching cell (3SSC), whose distinct advantages are reduced conduction losses with the use of magnetic elements with minimized size, weight, and volume. The approach also employs the principle of interleaved converters, as it can be extended to a generic number of legs per winding of the autotrans-formers and high power levels. A literature review of boost converters based on the 3SSC is initially presented so that key aspects are identified. The theoretical analysis of the proposed converter is then developed...

Development of a DC-DC converter for DC bus voltage control of series connected device

Monteiro, T. C.; Galassi, M.; Terrazas, T. M.; Marafão, F. P.; Matakas, L.; Komatsu, W.
Fonte: Universidade Estadual Paulista Publicador: Universidade Estadual Paulista
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência Formato: 472-478
ENG
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46.72%
The purpose of this work is to study voltage control and energy balance of a split DC bus topology within a power electronics equipment connected to the AC mains, such as UPS systems, wind power generators, active filters and FACTS devices. A typical configuration in such equipment has two mains connected converters sharing a common DC bus, one series connected and the other parallel connected. The DC bus is usually composed by a battery or a capacitor bank. In the proposed topology, the DC bus is divided in two sides, interconnected with a buck-boost converter, which controls power flow and DC voltage on both sides. © 2009 IEEE.

Interactive DC-DC converters tools for instant design and education

Gonçalves, Flávio A. S.; Sampaio, Leonardo P.; Canesin, Carlos A.
Fonte: Universidade Estadual Paulista Publicador: Universidade Estadual Paulista
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência Formato: 1074-1081
ENG
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46.67%
This paper deals with the usage of interactive simulations tools to serve as an oriented design tool for the lectures and laboratory experiments in the power electronics courses. A dynamic and interactive visualization of simulations for idealized converters in steady state are provided by the proposed educational tools, allowing students to acquire qualification in non-isolated DC-DC converters, without previous circuitry knowledge, either without the usage of sophisticated simulation packages. The interaction with proposed simulation tools can be accomplished by student using direct or graphic mode. In direct mode the parameters related with the design of converter can be inserted simply editing default values presented in textboxes, while in the graphic mode students interact indirectly with design information by manipulating visual widgets. In order to corroborate the proposed interactive simulation tools, comparisons of results from buck-boost and boost converters on proposed tools and a well-known simulator package with those on experimental evaluation from laboratory classes were presented. © 2009 IEEE.

A comparative study of MPPT strategies and a novel singlephase integrated buck-boost inverter for small wind energy conversion systems

Peña, José C.U.; De Brito, Moacyr A.G.; E Melo, Guilherme de A.; Canesin, Carlos A.
Fonte: Universidade Estadual Paulista Publicador: Universidade Estadual Paulista
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência Formato: 458-465
ENG
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67.01%
This paper presents the analysis of some usual MPPT (Maximum Power Point Tracking) strategies intended for small wind energy conversion (up to 1kW) based on permanent magnet synchronous generators (PMSG), considering the stand-alone application for a novel buck-boost integrated inverter. Each MPPT method is analytically introduced and then it is simulated using MatLab/Simulink considering standard conditions of wind and also commercially available turbines and generators. The extracted power in each case is compared with the maximum available power, so the tracking factor is calculated for each method. Thus, the focus is on the application to improve the efficiency of stand-alone wind energy conversion systems (WECS) with battery chargers and AC load supplied by inverter. Therefore, for this purpose a novel single phase buck-boost integrated inverter is introduced. Finally, the main experimental results for the introduced inverter are presented. © 2011 IEEE.

Integrated single-stage converters with Tri-state modulation suitable for photovoltaic systems

Galotto, Luigi; De Brito, Moacyr A.G.; Sampaio, Leonardo P.; Canesin, Carlos A.
Fonte: Universidade Estadual Paulista Publicador: Universidade Estadual Paulista
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência Formato: 436-443
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46.61%
The aim of this work is to present two topological simplified converters named Tri-state Boost and Tri-state Buck-Boost integrated single-phase inverters. An important operation capability can be achieved for these converters using a Tri-state Modulation control scheme. This is the inductive power decoupling and the independent input output control. These features are directly related with the photovoltaic micro-converter needs, improving efficiency, cost and mainly lifetime. These features for the proposed modulation are confirmed through experimental results. © 2011 IEEE.

Tri-state single-phase integrated inverters with input to output power decoupling control

De Brito, Moacyr A.G; Junior, Luigi G.; Sampaio, Leonardo P.; Canesin, Carlos A.
Fonte: Universidade Estadual Paulista Publicador: Universidade Estadual Paulista
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência Formato: 293-297
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46.61%
Researches on control for power electronics have looked for original solutions in order to advance renewable resources feasibility, specially the photovoltaic (PV). In this context, for PV renewable energy source the usage of compact, high efficiency, low cost and reliable converters are very attractive. In this context, two improved simplified converters, namely Tri-state Boost and Tri-state Buck-Boost integrated single-phase inverters, are achieved with the presented Tri-state modulation and control schemes, which guarantees the input to output power decoupling control. This feature enhances the field of single-phase PV inverters once the energy storage is mainly inductive. The main features of the proposal are confirmed with some simulations and experimental results. © 2012 IEEE.

A single-phase single-stage buck-boost inverter intended for low power alternative energy conversion systems: Analysis, design and experimentation

Pena, Jose C. U.; E Melo, Guilherme de A.; De Brito, Moacyr A. G.; Canesin, Carlos A.
Fonte: Universidade Estadual Paulista Publicador: Universidade Estadual Paulista
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência
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66.86%
This paper presents the operational analysis of the single-phase integrated buck-boost inverter. This topology is able to convert the DC input voltage into AC voltage with a high static gain, low harmonic content and acceptable efficiency, all in one single-stage. Main functionality aspects are explained, design procedure, system modeling and control, and also component requirements are detailed. Main simulation results are included, and two prototypes were implemented and experimentally tested, where its results are compared with those corresponding to similar topologies available in literature. © 2012 IEEE.

Sistema de extração de potência (power harvesting) usando transdutores piezelétricos

Souza, Flavilene da Silva
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 102 f.: il.
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46.72%
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS; Este trabalho descreve um sistema de extração de potência de power harvesting utilizando transdutores piezelétricos. Com o objetivo de extrair a máxima potência e assim ter um maior rendimento do sistema, foram projetados e testados alguns circuitos eletrônicos. Um circuito de controle com componentes discretos e de baixo consumo foi projetado para controle da chave do retificador chaveado e bias-flip. A energia extraída será utilizada para alimentar um sistema de aquisição de dados e um sensor de temperatura associado a este sistema. O sistema de power harvesting é constituído por uma estrutura mecânica, transdutor piezelétrico, circuito retificador e um conversor CC-CC. Na estrutura mecânica está localizado o transdutor piezelétrico e este transdutor proporciona a conversão de energia mecânica em energia elétrica. Para efeito deste estudo considera-se que o transdutor piezelétrico comporta-se como uma fonte de tensão alternada, que será retificada e armazenada em um supercapacitor, para depois ser utilizada na alimentação do sistema de aquisição de dados. Os conversores CC-CC são utilizados para maximizar a quantidade de energia obtida do transdutor piezelétrico e fornecer tensão ao supercapacitor. No entanto...

Inversor Buck-Boost integrado para aplicações com micro-geradores eólicos

Ugaz Peña, José Carlos
Fonte: Universidade Estadual Paulista (UNESP) Publicador: Universidade Estadual Paulista (UNESP)
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 127 f. : il.
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47.13%
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS; O presente estudo propõe a utilização do conversor integrado Buck-Boost monofásico no aproveitamento da energia proveniente de pequenos geradores eólicos, considerando-se o atual crescimento da utilização em pequena escala de potência das fontes de energia alternativas, o que motiva o desenvolvimento de novas e eficientes tecnologias para os sistemas de conversão. Tipicamente, os sistemas de conversão de energia eólica, em baixas potências, disponibilizam tensões contínuas de saída na faixa de 12 V até 48 V (valores médios), por outro lado, a grande maioria das cargas de uso domiciliar necessitam de tensão alternada com valores eficazes entre 110 V a 240 V. Isto leva à necessidade da utilização de conversores CC-CA, denominados de inversores. As estruturas inversoras tradicionais fornecem tensões alternadas cujo valor de pico está limitado ao valor máximo da tensão de entrada, o que leva à necessidade de incluir um estágio elevador adicional ao sistema de conversão de energia eólica, antes de realizar a conversão CC-CA, resultando em redução do rendimento, aumento de peso e volume. O inversor integrado apresentado neste trabalho realiza...

Inversor auto-oscilante com pré-regulador buck-boost integrado aplicado em reatores para lâmpadas fluorescentes /

Araújo, Marcus Vinícius Alves
Fonte: Florianópolis, SC Publicador: Florianópolis, SC
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: xii, [130]f.| il., grafs. +
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46.51%
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico.; Estudo de inversores ressonantes meia-ponte auto-oscilantes com pré-regulador Buck-Boost integrados em uma única topologia com a finalidade de alimentar lâmpadas fluorescentes. Realiza-se uma análise teórica e desenvolve-se uma metodologia de projeto. São realizadas simulações e implementação de protótipos. Todos estudos envolvem o atendimento às prescrições de desempenho e segurança da nova norma da ABNT.

Conversores CC-CC básicos não-isolados quadráticos de três níveis

Bottarelli, Marlos Gatti
Fonte: Florianópolis, SC Publicador: Florianópolis, SC
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: xvii, 223 f.| il., grafs., tabs.
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26.9%
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.; Este trabalho introduz uma nova célula de comutação formada por dois diodos, dois interruptores comandados, dois indutores e um capacitor. Conectada adequadamente aos terminais de uma fonte de tensão (entrada) e de uma carga, as três principais topologias dos conversores CC-CC básicos não-isolados são concebidas: buck, boost e buck-boost. A célula de comutação proposta, juntamente com uma modulação apropriada dos dois interruptores, atribui aos conversores duas características muito importantes: em nenhum instante a tensão sobre cada interruptor atinge o maior valor envolvido na conversão (entrada no buck e saída no boost) ou a soma das tensões de entrada e saída (buck-boost), e o ganho estático varia com o quadrado da razão cíclica, tornando-os atrativos em ganhos altos, especialmente o conversor boost. Além disso, o fato de haver dois interruptores acrescenta aos conversores um grau de liberdade a mais em relação às topologias convencionais, representado pelo parâmetro a. Para cada conversor foi realizada uma análise teórica detalhada, incluindo etapas de operação...

Retificador trifásico buck-boost de estágio único

Borges, Altamir Ronsani
Fonte: Florianópolis Publicador: Florianópolis
Tipo: Tese de Doutorado Formato: 407 p.| il., grafs., tabs.
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47.06%
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.; Este trabalho apresenta uma nova topologia de retificador trifásico de estágio único com característica Buck-Boost. Inicialmente é apresentada uma revisão bibliográfica envolvendo as publicações mais relevantes na área de estudo. Na sequencia são apresentadas a motivação para o trabalho e as contribuições da Tese. A topologia proposta é apresentada sendo descritas a sua origem e seus modos de operação de interesse. São analisados então os modos de condução descontínua (MCD) e contínua (MCC). No MCC são analisados os modos de operação Buck, Buck+Boost e Boost. As etapas do estudo de cada modo de operação compreendem a descrição das etapas de operação, análise teórica estudos por simulação numérica, definição das equações de projeto e resultados experimentais.; This work presents a new topology of three-phase rectifier with singlestage and Buck-Boost characteristic. Initially a literature review is presented which brings the most important publications in the study area. Following it is presented the motivation for the work and the contributions of this thesis. The proposed topology is then presented...

Conversor CC-CC buck+boost multinível bidirecional

Costa, Levy Ferreira
Fonte: Universidade Federal de Santa Catarina Publicador: Universidade Federal de Santa Catarina
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: 232 p.| il., gras., tabs.
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47.16%
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013; Este trabalho apresenta uma nova topologia de conversor cc-cc Buck+Boost bidirecional multinível, adequado para aplicação em alta tensão. Esta topologia é gerada a partir da associação de um conversor Buck e um conversor Boost, ambos bidirecionais e multiníveis. As topologias multinível são obtidas a partir da generalização dos conversores Buck e Boost de três níveis. As principais características do conversor Buck+Boost proposto são: redução dos esforços de tensão nos semicondutores e capacitores,- tornando-o possível para aplicação em alta tensão; capacidade de processamento de fluxo bidirecional de energia; frequência de operação dos magnéticos múltipla da freqüência de comutação dos interruptores. Além disso, o conversor Buck+Boost proposto apresenta oito capacitores, cujas tensões devem ser balanceadas para a correta operação do conversor. Portanto, uma estratégia de balanço das tensões nos capacitores da topologia é apresentada e uma técnica de controle utilizando uma ação de feedforward é proposta. Para validar a análise teórica...

Conversores CC-CC com elevada taxa de conversão estática

Sá, Franciéli Lima de
Fonte: Universidade Federal de Santa Catarina Publicador: Universidade Federal de Santa Catarina
Tipo: Tese de Doutorado Formato: 1 v.| il., grafs., tabs.
POR
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26.98%
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014.; Nesse trabalho é introduzida uma nova família de Conversores CC-CC com elevada taxa de conversão estática. Tais conversores tem origem a partir dos Conversores CC-CC básicos convencionais (Buck, Boost, Buck-Boost, Zeta, Cúk e Sepic), no qual inserindo a célula básica de comutação proposta no trabalho, é possível tornar esses conversores convencionais em conversores com elevada taxa de conversão estática, gerando os Conversores Propostos. A célula de comutação responsável por gerar a família de Conversores Propostos possui apenas semicondutores passivos, o que é uma vantagem para essas topologias. Além disso, a família de Conversores Propostos possui a vantagem de ser simétrica, isso possibilita a reflexão dos componentes superiores, gerando os componentes inferiores das novas estruturas. Essa reflexão é uma característica importante nas topologias propostas, pois reduz os esforços de tensão em seus interruptores. Seguindo a nomenclatura básica, os conversores propostos são chamados de: Duplo Buck Quadrático, Duplo Boost Quadrático, Duplo Buck-Boost Quadrático...

Integrated design & control of a buck boost converter

Garcia,Martin J. Pomar; Normey-Rico,Julio E.; Gutierrez,Gloria; Prada,César de
Fonte: Sociedade Brasileira de Automática Publicador: Sociedade Brasileira de Automática
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/09/2009 EN
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66.72%
This paper presents the integrated design and control of a buck boost converter (BBC). In the proposed methodology the design tool provides simultaneously the controller tuning and BBC design parameters in such a way that some closed-loop pre-specified static and dynamic behavior is obtained. This approach contrasts with the traditional methodology, where the design of BBC is performed without taking into account its dynamical behavior. An optimization procedure is used to obtain the electronic components of the BBC and the tuning parameters of the controller, minimizing an objective function that considers the set of performance specifications. Although the methodology can be applied to any converter and any control strategy, in this particular case an ideal BBC and a Sliding Model Control (SMC) strategy are used. Some simulation results show the advantages and principally the flexibility that can be obtained with this approach.

Diseño de un convertidor estático dc-dc de tipo buck-boost empleado como regulador del generador eólico air-x 400w

Avila Segura, Antonio
Fonte: Pontifícia Universidade Javeriana Publicador: Pontifícia Universidade Javeriana
Tipo: masterThesis; Tesis de Grado Maestría Formato: Pdf
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66.72%
El trabajo tiene como objetivo el diseño e implementación de un convertidor estático DC-DC de tipo buck-boost, empleado como regulador del generador eólico AIR-X 400W para carga de una batería de ácido-plomo ciclo profundo. Debido a que la velocidad del viento es variable, el suministro de energía del aerogenerador es variable, entonces el convertidor debe regular la energía. El convertidor obtiene energía del aerogenerador y recarga una batería de almacenamiento de 12V 65Ah, es decir el convertidor se utiliza de acople entre el aerogenerador y la baterías para optimizar la carga de la batería. El trabajo se divide en caracterización del aerogenerador en un sitio en Colombia, diseño del convertidor y control con DSPIC 30f4011.

Improving the control strategy for a four-switch buck-boost converter

Whitaker, Michael Peter
Fonte: Massachusetts Institute of Technology Publicador: Massachusetts Institute of Technology
Tipo: Tese de Doutorado Formato: 126 p.
ENG
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46.72%
The four-switch buck-boost converter, such as implemented with the Linear Technology LTC3440 integrated circuit, is useful in many applications. While this topology can be highly efficient, new strategies for controlling it could decrease power losses even more. The strategy proposed for this thesis involves the use of level shifted triangle waves and high speed comparators to achieve a narrower buck-boost region than achieved in previous control IC's such as the LTC3440. Reducing the amount of operation in this regime is desirable because it is the most inefficient mode of operation of the converter. This potentially simpler solution will allow for resources to be used to improve the performance of other elements of the circuit, allowing for potential increases in efficiency.; by Michael Peter Whitaker.; Thesis (M. Eng.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2007.; Includes bibliographical references (p. 125-126).

Unified Subharmonic Oscillation Conditions for Peak or Average Current Mode Control

Fang, Chung-Chieh
Fonte: Universidade Cornell Publicador: Universidade Cornell
Tipo: Artigo de Revista Científica
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26.91%
This paper is an extension of the author's recent research in which only buck converters were analyzed. Similar analysis can be equally applied to other types of converters. In this paper, a unified model is proposed for buck, boost, and buck-boost converters under peak or average current mode control to predict the occurrence of subharmonic oscillation. Based on the unified model, the associated stability conditions are derived in closed forms. The same stability condition can be applied to buck, boost, and buck-boost converters. Based on the closed-form conditions, the effects of various converter parameters including the compensator poles and zeros on the stability can be clearly seen, and these parameters can be consolidated into a few ones. High-order compensators such as type-II and PI compensators are considered. Some new plots are also proposed for design purpose to avoid the instability. The instability is found to be associated with large crossover frequency. A conservative stability condition, agreed with the past research, is derived. The effect of the voltage loop ripple on the instability is also analyzed.; Comment: Subharmonic oscillation conditions of a class of nonlinear systems (triangular wave generator with linear feedback) are obtained. Any current-mode-control DC-DC converter can be modeled by such such a nonlinear system and its subharmonic oscillation condition is obtained. This second version adds Nomenclature...

Discrete-Time Poles and Dynamics of Discontinuous Mode Boost and Buck Converters Under Various Control Schemes

Fang, Chung-Chieh
Fonte: Universidade Cornell Publicador: Universidade Cornell
Tipo: Artigo de Revista Científica
Publicado em 19/11/2012
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26.95%
Nonlinear systems, such as switching DC-DC boost or buck converters, have rich dynamics. A simple one-dimensional discrete-time model is used to analyze the boost or buck converter in discontinuous conduction mode. Seven different control schemes (open-loop power stage, voltage mode control, current mode control, constant power load, constant current load, constant-on-time control, and boundary conduction mode) are analyzed systematically. The linearized dynamics is obtained simply by taking partial derivatives with respect to dynamic variables. In the discrete-time model, there is only a single pole and no zero. The single closed-loop pole is a linear combination of three terms: the open-loop pole, a term due to the control scheme, and a term due to the non-resistive load. Even with a single pole, the phase response of the discrete-time model can go beyond -90 degrees as in the two-pole average models. In the boost converter with a resistive load under current mode control, adding the compensating ramp has no effect on the pole location. Increasing the ramp slope decreases the DC gain of control-to-output transfer function and increases the audio-susceptibility. Similar analysis is applied to the buck converter with a non-resistive load or variable switching frequency. The derived dynamics agrees closely with the exact switching model and the past research results.; Comment: An extension of an IEEE paper (for the DCM buck converter) of the author...

A Comparative study of Analog and digital Controller On DC/DC Buck-Boost Converter Four Switch for Mobile Device Applications

Abdessamad, Benlafkih; Salah-ddine, Krit; Mohamed, Chafik Elidrissi
Fonte: Universidade Cornell Publicador: Universidade Cornell
Tipo: Artigo de Revista Científica
Publicado em 20/06/2013
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46.72%
This paper presents comparative performance between Analog and digital controller on DC/DC buck-boost converter four switch. The design of power electronic converter circuit with the use of closed loop scheme needs modeling and then simulating the converter using the modeled equations. This can easily be done with the help of state equations and MATLAB/SIMULINK as a tool for simulation of those state equations. DC/DC Buckboost converter in this study is operated in buck (step-down) and boost (step-up) modes.; Comment: 6 pages, IJCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol. 10, Issue 1, No 2, January 2013