This paper presents a novel analytical framework for the design and understanding of class EF inverters under both optimal and non-optimal load conditions. Unlike conventional approaches that rely heavily on numerical simulations, the proposed method provides a fast, visual, and intuitive tool for analyzing inverter operation. Its effectiveness is demonstrated experimentally on a 15 MHz class EF inverter across three distinct load conditions, showing good agreement with theoretical predictions. To highlight the robustness and broad applicability of the approach, a class ${\Phi }_2$ inverter—a lumped-element analog of the class EF inverter—is also implemented and successfully analyzed. By combining theoretical insight, experimental validation, and generalization to alternative topologies, the proposed framework offers an efficient, accessible, and versatile tool for high-frequency resonant inverter design.

This paper presents a systematic analytical approach for designing Class EF inverters that achieve zero-voltage switching (ZVS) over a wide load range with a fixed duty cycle and constant AC output. The method is based on modeling the load’s complex impedance at the switching frequency and deriving explicit design equations, enabling direct and systematic topology synthesis without relying on numerical simulations. An experimental demonstration at 15 MHz and 25 VDC, over loads from 30 $\mathsf{\Omega }$ to 2700 $\mathsf{\Omega }$, confirms the validity and robustness of the approach. The method provides a practical foundation for future designs targeting further reduction of switching losses and electromagnetic interference.

L’intérêt croissant pour la conversion d’énergie à haute fréquence a suscité de nombreux travaux de recherche sur les topologies résonantes fonctionnant dans la gamme de fréquences supérieures au MHz. Bien que ces convertisseurs présentent des avantages notables en termes de miniaturisation, de rendement et de performances dynamiques, leur conception soulève des défis spécifiques qui dépassent les cadres classiques de l’électronique de puissance. Cette thèse examine les aspects conceptuels, méthodologiques et pratiques de la conception de convertisseurs résonants multi-MHz. Elle se concentre sur le développement et l’application de modèles analytiques et de méthodologies de conception adaptées à ce domaine fréquentiel. Un cadre de travail complet est proposé pour accompagner le processus de conception, depuis la modélisation conceptuelle initiale jusqu’aux considération pratiques finales. Le travail adopte une approche exploratoire et intègre une perspective historique afin de replacer les méthodologies proposées dans le contexte plus large de la recherche sur les convertisseurs résonants. Il en résulte un ensemble d’analyses et de méthodes visant à soutenir la conception des convertisseurs multi-MHz résonants de nouvelle génération.

This paper presents an analytical study of the overall behavior of the class EF inverter, both under optimal and non-optimal impedance conditions. The theoretical results are validated through the implementation of a 15 MHz class EF inverter operating with three optimal and non-optimal loads. Experimental results show good agreement with the parameters predicted by the proposed analytical approach. Additionally, a class Φ2 inverter is implemented to further support the findings and demonstrate the applicability of the proposed analysis to lumped transmission-line analogs of the class EF inverter.