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 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.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.27
no.6
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pp.526-534
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2022
The modular multilevel converter (MMC) has been widely applied to various industrial areas because of its various advantages and structural characteristics. Therefore, many methods for synthesizing the output voltage of MMC have been studied. Among these methods, phase-shifted pulse width modulation (PSPWM) is frequently used in MMC systems because it has diverse merits, such as excellent output qualities even with a small number of cells and uniform power distribution among cells. In this study, the total harmonic distortion (THD) of the output voltage is analyzed in accordance with the number of cells in one arm of a single-delta bridge cell MMC in order to compare PSPWM methods in terms of the THD of the output voltage. The physical characteristics of the triangle and sawtooth carrier waves used for the PSPWM and the mathematical modeling of output voltage are introduced. Then, the obtained results are verified through real-time simulation of a 1 MW single-delta bridge cell MMC system.
The full-bridge inverter, widely used for single-phase photovoltaic grid-connected applications, presents a leakage current issue. Therefore, an AC bypass branch is introduced to overcome this challenge. Nevertheless, existing modulation strategies entail drawbacks that should be addressed. One is the zero-crossing distortion (ZCD) of the AC current caused by neglecting the AC filter inductor voltage. Another is that the system cannot deliver reactive power because the AC bypass branch switches at the power frequency. To address these problems, this work proposes an optimized hybrid modulation strategy. To reduce ZCD, the phase angle of the inverter output voltage reference is shifted, thereby compensating for the neglected leading angle. To generate the reactive power, the interval of the negative power output is calculated using the power factor. In addition, the freewheeling switch is kept on when power is flowing into the grid and commutates at a high frequency when power is fed back to the DC side. In this manner, the dead-time insertion in the high-frequency switching area is minimized. Finally, the performances of the proposed modulation strategy and traditional strategies are compared on a universal prototype inverter. Experimental results validate the theoretical analysis.
Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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1991.06a
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pp.102-108
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1991
Utilizing self-phase modulation effects of a dispersion-shifted fiber and delay-line characteristics of two gratings, mode-locked 80 ps pulses at 1.319${\mu}{\textrm}{m}$ wavelength from a Nd: YAG laser are compressed down to 2.1 ps. These pulses are further compressed down to 340 fs using higher order soliton effects in a common single mode fiber.
The cascaded multilevel converter is widely adopted to medium/high voltage and high power electronic applications due to the small harmonic components of the output voltage and the facilitation of modularity. In this paper, the operation principle of a T-type H-bridge topology is investigated in detail, and a carrier phase shifted pulse width modulation (CPS-PWM) based control method is proposed for this topology. Taking a virtual five-level waveform achieved by a unipolar double frequency CPS-PWM as the output object, PWM signals of the T-type H-bridge can be obtained by reverse derivation according to its switching modes. In addition, a control method for the T-type H-bridge based cascaded multilevel converter is introduced. Then a single-phase T-type H-bridge cascaded multilevel static var generator (SVG) prototype is built, and a repetitive controller based compound current control strategy is designed with the DC-link voltage balancing control scheme analyzed. Finally, simulation and experimental results validate the correctness and feasibility of the proposed modulation method and control strategy for T-type H-bridge based cascaded multilevel converters.
A major problem in conventional multilevel inverter is that an increase in power semiconductor switches causes an increase in cost and switching losses of the inverter. The multicarrier strategy adopted for the multilevel inverters has become more popular due to reduced cost, lower harmonic distortion, and higher voltage capability than the conventional switching strategy applied to inverters. Various topologies and modulation strategies have been reported for utility and drive applications. Level shifted based pulse width modulation techniques are proposed to investigate the performance of the multilevel inverter. The proposed work focuses on reducing the utilized switches so that the cost and the switching losses of the inverter do not go up and the consistent efficiency could be achieved. This paper presents the detailed analysis of these topologies. The analysis is based on the number of switches, DC sources, output level, maximum voltage, and the efficiency. As an illustration, single phase cascaded multilevel inverter topologies are simulated using MATLAB/SIMULINK and the experimental results demonstrate the viability of these inverters.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.12
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pp.2963-2967
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2015
The pump-probe scheme is used to analyze the cross-phase modulation penalty of a single-mode fiber in a WDM system. The pump signal is assumed to be a periodically modulated input like a raised sinusoidal. The periodic signal models an alternating bit sequence, and leads to an analytical expression of CPM penalty which is measured by EOP. The derived expression shows good agreement with numerical results in conventional single-mode fiber systems over a wide range of channel spacing, ${\Delta}f$. In dispersion-shifted fiber systems when ${\Delta}f$ < 100GHz, the derived expression shows increased discrepancy with the numerical results due to the increased FWM. This is not a surprising because the pump-probe scheme is used to analyze system performance degradation due to CPM.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.26
no.2
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pp.141-149
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2021
In the field of electric vehicles and AGVs, wireless power transfer (WPT) charging systems have been developed recently because of its convenience, reliability, and positive environmental impact due to cable and cord elimination. In this study, we propose a WPT charging system using a single stage AC-DC converter that can be reduced in size and weight and thus can ensure convenience. The proposed single-stage AC-DC converter can control a wide output voltage (36-54 VDC) within coupling ranges by using the variable link voltage applied to the WPT resonant circuit through phase-shifted modulation at a fixed switching frequency. Moreover, the input power factor and total harmonic distortion can be improved by using the proposed converter. A 1 kW prototype that can operate with an air gap range of 40-50 mm is fabricated and validated through experimental results and analysis.
Kim, Min-Ji;Yoo, Sang-Jae;Yoo, Kyung-Jong;Woo, Jung-Won;Kim, Eun-Soo;Hwang, In-Gab
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.1
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pp.44-53
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2020
A bridgeless single-stage AC-DC converter for wireless power charging systems is proposed. This converter is composed of a PFC stage and a three-level hybrid DC-DC stage. The proposed converter can control the wide output voltage (200-450 VDC) by the variable link voltage and the pulse-width voltage applied to the primary resonant circuit due to the phase-shifted modulation at a fixed switching frequency. Moreover, the input power factor and the total harmonic distortion can be improved by using the proposed converter. A 1 kW prototype was fabricated and validated through experimental results and analysis.
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