A single-phase step-up five-level inverter topology with a new phase-shifted pulse width modulation (PS-PWM) strategy is proposed in this paper. When compared with conventional single-phase five-level inverter topologies, the proposed topology can realize multilevel inversion with a double step-up ratio, a reduced number of switching devices and self-balanced capacitor voltages. When compared with the conventional PS-PWM strategy, the new PS-PWM strategy can be implemented with one carrier reduced, which makes it much easier to implement in a digital signal processor (DSP) system. Experimental results have been presented to verify the effectiveness of the proposed inverter and the PS-PWM strategy.
The conventional 60(Hz) power supply for driving magnetron in microwave oven has disadvantages of heavy weight and low efficiency due to 60(Hz) High Voltage Transformer(HVT), capacitor and the phase control of thyristors with open-loop controller. To alleviate these disadvantages, this paper proposes a 20(kHz) phase-shifted(PS) Full-Bridge(FB) Zero- voltage-Switched(ZVS) PWM converter to drive a 600(W) magnetron in an 1(kW) microwave oven and to control the average anode current.
Arslan, Ali Osman;Kurtoglu, Mehmet;Eroglu, Fatih;Vural, Ahmet Mete
Journal of Power Electronics
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v.19
no.4
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pp.922-933
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2019
The arm inductance (AI) of a modular multilevel converter (MMC) affects both the fault and circulating current magnitudes. In addition, it has an impact on the inverter efficiency and harmonic content. In this study, the AI of a three-phase MMC is optimized in a novel way in terms of DC voltage utilization, harmonics and efficiency. This MMC has 10 submodules (SM) per arm and the power circuit topology of the SM is a half-bridge. The optimum AI is adopted and verified in an MMC that has 100 SMs per arm. Then the phase shift (PS) and phase disposition (PD) pulse width modulation (PWM) methods are investigated for better DC voltage utilization, efficiency and harmonics. It is found that similar performances are obtained for both modulation techniques in terms of DC voltage utilization. However, the total harmonic distortion (THD) of the PS-PWM is found to be 0.02%, which is slightly lower than the THD of the PD-PWM at 0.16%. In efficiency calculations, the switching and conduction losses for all of the semiconductor are considered separately and the minimum efficiency of the 100-SM based MMC is found to be 99.62% for the PS-PWM and 99.64% for the PD-PWM with the optimal value of the AI. Simulation results are verified with an experimental prototype of a 6-SM based MMC.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.20
no.4
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pp.21-28
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2006
In this paper, the proposed full-bridge high frequency isolated zoo voltage and zero current switching phase shifted pulse width modulation(ZVZCS PS-PWM)DC-DC converter among fuel cell generation system consist of 1.2[kW] fuel cell of Nexa Power Module, full-bridge DC-DC converter to boost the fuel cell low voltage($28{\sim}43[%]$) to 380[VDC] and a single phase full-bridge inverter is implemented to produce AC output(220[VAC], 60[Hz]). A tapped inductor filter with freewheeling diode is newly implemented in the output filter of the proposed full-bridge high frequency isolated ZVZCS PS-PWM DC-DC converter to suppress circulating current under the wide output voltage regulation range, thus to eliminate the switching and transformer turn-on/off over-short voltage or transient phenomena. Besides the efficiency of $93{\sim}97[%]$ is obtained over the wide output voltage regulation ranges and load variations.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.5
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pp.718-725
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2015
This paper proposes a novel level-shifted PWM (LS-PWM) strategy for fault tolerant cascaded multilevel inverter. Most proposed fault-tolerant operation methods in many of studies are based on a phase-shifted PWM (PS-PWM) method. To apply these methods to multilevel inverter systems using LS-PWM, two additional steps will be implemented. During the occurrence of a single-inverter-cell fault, the carrier bands scheme is reconfigured and modulation levels of inverter cells are reassigned in this proposed fault-tolerant operation. The proposed strategy performs balanced three-phase line-to-line voltages and line currents when a switching device fault occurs in a cascaded multilevel inverter using LS-PWM. Simulation and experimental results are included in the paper to verify the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.6
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pp.938-948
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2001
In this paper, we present an exoskeletal haptic device named SKK Hand Master. This device is directly driven linkages actuated with small ultrasonic motors. By adopting ultrasonic motors that have advantageous features useful for cybernetic actuators, a compact haptic device containing whole driving packages can be established without additional power transmissions such as tendons. Methods for measuring joint postures and joint torques are developed and a new control strategy called PWM/PS is proposed to overcome intrinsic disadvantages such as hysteresis. Issues regarding design and construction of the device are addressed and several results of experiments for the evaluations of performance are included.
Multilevel active neutral-point-clamped (ANPC) converter combines the advantages of three-level ANPC converter and multilevel flying capacitor (FC) converter. However, multilevel ANPC converter often suffers from capacitor voltage balancing problems. In order to solve the capacitor voltage balancing problems for five-level ANPC converter, phase-shifted pulse width modulation (PS-PWM) is used, which generally provides natural voltage balancing ability. However, the natural voltage balancing ability depends on the load conditions and converter parameters. In order to eliminate voltage deviations under steady-state and dynamic conditions, the active voltage-balancing control (AVBC) methods of floating capacitors and dc-link capacitors based on PS-PWM are proposed. First, the neutral-point current is regulated to balance the neutral-point voltage by injecting zero-sequence voltage. After that, the duty cycles of the redundant switch combinations are adjusted to balance the floating-capacitor voltages by introducing moderating variables for each of the phases. Finally, the effectiveness of the proposed AVBC methods is verified by experimental results.
Quasi Z-Source Multilevel Inverter (QZMLI) topology has attracted grid connected Photovoltaic (PV) systems in recent days. So there is a remarkable research thrust in switching techniques and control strategies of QZMLI. This paper presents the mathematical analysis of Phase shift- Pulse Width Amplitude Modulation (PS-PWAM) for QZMLI and emphasizes on the advantages of the technique. The proposed technique uses the maximum and minimum envelopes of the reference waves for generation of pulses and proportion of it to generate shoot-through pulses. Hence, it results in maximum utilization of input voltage, lesser switching loss, reduced Total Harmonic Distortion (THD) of the output voltage, reduced inductor current ripple and capacitor voltage ripple. Due to these qualities, the QZMLI with PS-PWAM emerges to be the best suitable for PV based grid connected applications compared to Phase shift-Pulse Width Modulation (PS-PWM). The detailed math analysis of the proposed technique has been disclosed. Simulation has been performed for the proposed technique using MATLAB/Simulink. A prototype has been built to validate the results for which the pulses were generated using FPGA /SPARTAN 3E.
Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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2005.11a
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pp.371-376
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2005
In this paper, a new a new full-bridge soft-switching phase shift PWM DC-DC Converter has been proposed, which is suitable for fuel cell based power generation system. The proposed converter has outstanding advantage over the conventional DC-DC converter with respect to high efficiency, high power density, and hish component utilization. In special. the proposed converter has predominant high boosting output voltage and high efficiency characteristics under the inherently severs low output voltage of the fuel cell through the overall load conditions. Moreover, the developed converter has been experimentally tested with the help of a fuel cell simulator, and can generate the V-I characteristics of proton exchange membrane(PEM) fuel cell, so that the performance of the proposed converter could be effectively examined and the validity of the converter could be verified.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.24
no.1
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pp.152-159
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2010
High power density and power conversion efficiency have been required in the power converters according to the rapid growth of industry. In this context, the next generation High Speed Train(HST) requires power converter which has high-efficiency, high-performance and high-density. In this paper, the new control technique for battery charger used for the next generation HST is proposed. The phase shift ZVZCS converter is classified according to a resonant circuit which is located in the primary or secondary side. In this paper, The PWM switching technique using all-pass filter is proposed to control ZVZCS converter which has resonant circuit in the secondary side. ATmega_128 micro controller based in all-pass filter in substitute for phase shift IC is presented to have digital control. To verify the proposed topology, the simulation and experiment are performed by using PSIM software and 1[kW] experimental set-up.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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