A Carrier-Rotation Strategy for Voltage Balancing of Flying Capacitors in Flying Capacitor Multi-level Inverter

This paper proposes a Carrier-Rotation (CR) PWM technique that is a new solution for the voltage unbalancing problem of flying capacitors in the Flying Capacitor Multi-level Inverter (FCMI). The proposed technique equalizes the utilization of phase leg voltage redundancies corresponding to the charging and the discharging state of individual flying capacitors during each switching period of all the switches. Therefore, the charging and the discharging quantity of flying capacitors are equal, which makes the average variation of flying capacitor voltages become zero and keeps their voltage stable during minimum specified period. It also has the reduced harmonic contents of output voltage and the same switch utilization since all the carrier signals are in phase and the switching frequency of each switch is identical. The proposed technique is analyzed precisely in flying capacitor 3-level inverter and then it has expanded to the FCMI (N-level, N>3). Experimental results on the laboratory prototype flying capacitor 3-level inverter confirm the validity of the proposed technique.

플라잉 커패시터 멀티-레벨 인버터의 플라잉 커패시터 전압 균형을 위한 캐리어 로테이션 기법

본 논문은 플라잉 커패시터 멀티-레벨 인버터의 가장 큰 문제점인 플라잉 커패시터 전압 불균형의 새로운 해결방법으로 캐리어 로테이션(Carrier-Rotation) PWM 기법을 제안한다. 제안된 기법은 모든 스위치가 한번의 스위칭동작을 하는 동안 플라잉 커패시터의 충전과 방전에 관계된 레그 전압 리던던시(redundancy)를 같은 비율로 사용하여 플라잉 커패시터 전압을 일정하게 유지하며, 전압의 변동폭이 최소가 되도록 제어한다 이 방법은 각 캐리어의 배치가 모두 통상이므로 출력 전압의 고조파 성분이 저감되며, 또한 모든 스위치의 스위칭 주파수가 같으므로 스위치 이용률이 개선되는 특성을 갖는다. 제안된 기법을 플라잉 커패시터 3-레벨 인버터에 적용하여 상세히 분석하고, 3-레벨 이상에 적용할 수 있도록 일반화한다. 제안된 기법의 타당성은 실험 결과로 검증된다.