• Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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• v.2 no.3
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• pp.321-329
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• 2013

A multilevel inverter employing a cascade transformer is proposed for a silent-discharge-tube ozone generating system. The proposed inverter consists of four full-bridge inverters and fourteen transformers which have a series-connected secondary. It can accurately control the amplitude of the output voltage; hereby, it improves a linear characteristic of the rate of ozone yielding. The power regulation characteristics and operational principle of the proposed system are explained from a practical point of view. High precision ozone generating performance of the proposed multilevel inverter is verified by computer-aided simulations and experiment results.

• Journal of Power Electronics
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• v.16 no.2
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• pp.490-497
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• 2016

The analysis of the switch status of each unit module of a cascaded multi-level inverter reveals that the working condition of the switch of a chopper arm causes unnecessary switching under the conventional unipolar sinusoidal pulse width modulation (SPWM). With an increase in the number of cascaded multilevel inverters, the superposition of unnecessary switching gradually occurs. In this work, we propose an improved SPWM strategy to reduce switching in cascaded multilevel inverters. Specifically, we analyze the switch state of the switch tube of a chopper arm of an H-bridge unit. The redundant switch is then removed, thereby reducing the switching frequency. Unlike the conventional unipolar SPWM technique, the improved SPWM method greatly reduces switching without altering the output quality of inverters. The conventional unipolar SPWM technique and the proposed method are applied to a five-level inverter. Simulation results show the superiority of the proposed strategy. Finally, a prototype is built in the laboratory. Experimental results verify the correctness of the proposed modulation strategy.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• v.13 no.4
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• pp.1528-1538
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• 2018

In this paper, configuration of $1-{\phi}$ seven-level boost DC-link cascade based reversing voltage multilevel inverter (BDCLCRV MLI) is proposed for uninterrupted power supply (UPS) applications. It consists of three level boost converter, level generation unit and full bridge circuit for polarity generation. When compared with conventional boost cascaded H-bridge MLI configurations, the proposed system results in reduction of DC sources, reduced power switches and gate drive requirements. Inverter switching is accomplished by providing appropriate switching angles that is generated by any optimization switching angle techniques. Here, round modulation control (RMC) method is taken as the optimization method and switching angles are derived and the same is compared with various switching angles methods i.e., equal-phase (EP) method, and half-equal-phase (HEP) method which results in improved quality of obtained AC power with lowest total harmonic distortion (THD). Reduction in DC sources and switch count makes the system more cost effective. A simulation and prototype model of $1-{\phi}$ seven-level BDCLCRV MLI system is developed and its performance is analyzed for various operating conditions.

• Journal of Power Electronics
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• v.17 no.1
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• pp.56-66
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• 2017

Fast and accurate fault detection is the primary step and one of the most important tasks in fault tolerant converters. In this paper, a fast and simple method is proposed to detect and diagnosis the faulty cell in a cascaded H-bridge multilevel inverter under a short circuit fault. In this method, the reference voltage is calculated using switching control pulses and DC-Link voltages. The comparison result of the output voltage and the reference voltage is used in conjunction with active cell pulses to detect the faulty cell. To achieve this goal, the cell which is active when the Fault signal turns to "0" is detected as the faulty cell. Furthermore, consideration of generating the active cell pulses is completely described. Since the main advantage of this method is its simplicity, it can be easily implemented in a programmable digital device. Experimental results obtained with an 11-level inverter prototype confirm the effectiveness of the proposed fault detection technique. In addition, they show that the diagnosis method is unaffected by variations of the modulation index.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2013.07a
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• pp.45-46
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• 2013

멀티레벨 고압인버터 토폴로지 중 저압 Power Cell를 이용하여 고압을 출력하는 Cascaded 방식이 산업계에서는 널리 사용되고 이다. 최근 제품화된 Cascaded 방식은 크게 두 가지 형태로 구분할 수 있다. 저압 Power Cell에 단상 H-Bridge를 이용한 Cascaded H-Bridge 멀티레벨 인버터와 단상 NPC(Neutral Point Clamped) 토폴로지를 적용한 Cascaded NPC 멀티레벨 인버터이다. 이 중 Cascaded NPC 멀티레벨 인버터의 경우 적은 수의 셀을 사용하여 CHB와 동일한 출력 레벨을 생성할 수 있으며, NPC 방식의 고압 인버터 고유의 장점을 모두 구현할 수 있다. 반대로 CHB Type과 NPC type의 단점인 복잡한 구조의 Phase Shift Transformer와 DC_Link 중성점 전압이 변동하는 단점 또한 나타나게 된다. 본 논문에서는 Cascaded NPC 멀티레벨 인버터의 이러한 단점을 극복하기 위한 새로운 방식의 Phase Shift Transformer와 NPC Power Cell의 중성점 전압 변동을 줄일 수 있는 기법에 대해 설명하고 이 기법에 대한 타당성을 모의시험을 통해 검증하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2012.07a
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• pp.59-60
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• 2012

Cascaded H-bridge 멀티레벨인버터의 스위칭 패턴을 기본파 생성을 위한 저주파 동작과 파형 개선 목적의 고주파 PWM 스위칭 패턴으로 구분하여 스위칭 손실을 감소시킬 수 있지만 입력단의 DC 독립전압원은 각 H-bridge 모듈이 담당하는 출력전압의 레벨에 따라 용량의 차이가 발생한다. 이는 각 H-Bridge 모듈 스위치의 전류 스트레스 차이를 의미하며, 이로 인해 H-bridge 모듈별 수명 차이를 발생시킨다. 본 논문에서는 용량 창이에 따른 모듈 특성 개선과 인버터 수명 문제를 해결하기 위하여 기존의 다중 반송파 정현 펄스폭 변조방식에 스와핑 스위칭 방법을 적용하여 Cascaded H-bridge 멀티레벨인버터에 적용함으로써 스위칭 손실 개선과 함께 각 H-bridge 별 담당 부하 전력을 동일하게 하여 동일 전류 정격 스위치의 사용을 가능하게 한다. 제안된 스와핑 스위칭 패턴을 PD, POD, APOD방식으로 구현하고 이론적 분석과 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.07a
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• pp.320-321
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• 2011

This paper proposes a practical design and development for CHBM inverter based on Power Electronics Building Blocks (PEBB). It is shown that the expansion and modularization characteristics of the CHBM inverter are improved since the individual inverter modules operate more independently, when using the PEBB concept. The proposed design and control methods are described in detail and the validity of the proposed system is verified experimentally in various industrial fields.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.07a
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• pp.453-454
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• 2011

본 논문에서는 벅-부스트와 포워드 컨버터의 기능을 갖는 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 Cascaded H-bridge 멀티레벨인버터와 같이 다수의 독립된 전원을 요구하는 회로 구조를 단일 입력 전원단으로 구성할 수 있는 특징을 가진다. 벅-부스트 컨버터의 입력 인덕터는 변압기로 대체되며 컨버터 스위치의 ON 동작시 포워드 동작에 의해 변압기 2차측으로 전력전달이 이루어지며, 스위치 OFF시 변압기 1차측 자화인덕턴스에 저장된 에너지가 비절연된 벅-부스트 컨버터의 출력 커패시터로 전달된다. 제안된 컨버터의 동작 모드에 따른 이론적 분석을 시행하고 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.07a
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• pp.455-456
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• 2011

본 논문에서는 Boost 컨버터와 Forward 컨버터를 조합한 컨버터를 제안한다. 제안하는 컨버터는 시스템 구성상 다수의 독립된 전원을 요구하는 Cascaded H-bridge 멀티레벨인버터와 같은 회로구조에 있어 다수의 독립전원의 확보가 곤란한 경우 단일 입력 전원단으로 시스템을 구성할 수 있는 특징을 가진다. Boost 컨버터의 입력 인덕터는 변압기로 대체되며 컨버터 스위치의 ON 동작시 변압기 일차측 자화인덕턴스에 저장된 에너지가 변압기 이차측과 비절연된 Boost 컨버터의 출력 커패시터로 전달된다. 제안된 컨버터의 동작 모드에 따른 이론적 분석을 시행하고 시뮬레이션을 통해 타당성을 검증한다.

• Journal of Power Electronics
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• v.16 no.2
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• pp.399-413
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• 2016

This paper presents a topology for a modular power electronic transformer (PET) and a control scheme. The proposed PET consists of a cascaded H-Bridge rectifier on the primary side, a high-frequency DC/DC conversion cell in the center, and a cascaded H-Bridge inverter on the secondary side. It is practical to use PETs in power systems to reduce the cost, weight and size. A detailed analysis of the structure is carried out by using equivalent circuit. An algorithm to control the voltages of each capacitor and to maintain the power flow in the PET is established. The merits are analyzed and verified in theory, including the bi-directional power flow, variable voltage/frequency and high power factor on the primary side. The experimental results validated the propose structure and algorithm.