I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.   6 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   28 ~ 35   I SS N:  2 089 - 4 864 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j r es . v6 . i1 . p p 28 - 35          28       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S /in d ex   FP G Ba sed  I m p le m e ntatio n of  Sy mm e trical  Reduc ed Sw itch  M ultilevel Inv ert er       K.   Venk a t a ra m a na n 1 ,   B .   Sh a nthi 2 ,   T .   S.   Siv a k u m a ra n 3   1 De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   E n g in e e rin g ,   A ru n a i   En g in e e rin g   Co ll e g e ,   In d ia    2 Ce n tralise d   In str u m e n tatio n   a n d   S e rv ice   Lab o ra to ry ,   A n n a m a l a Un iv e rsity ,   In d ia    3 De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   E n g in e e rin g ,   A ru n a Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   1 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Feb   2 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Feb   7 ,   2 0 1 7       M u lt il e v e in v e rter  h a b e c o m e   m o re   p o p u lar  a n d   a tt ra c ti v e   f o d riv e   a p p li c a ti o n s.  Am o n g   th e   v a rio u m o d u latio n   tec h n iq u e s,  Ca rrier  b a se d   tec h n iq u e h a b e e n   c o m m o n ly   u se d   b e c a u se   o f   th e ir  sim p li c it y   a n d   f le x ib il it y .   T h is  p a p e p re se n ts  th e   c o m p a riso n o f   b ip o lar  m u lt ica rrier  p u lse   w id th   m o d u latio n   f o th e   n e w   s y m m e tri c a m u lt il e v e in v e rter.  T h e   p e rf o r m a n c e   p a ra m e ter o f   n e w   m u lt il e v e in v e rter  w e re   a n a l y z e d   th r o u g h   v a rio u sw it c h in g   stra teg i e s.  T h e   d e tai led   stu d y   h a b e e n   c a rried   o u b y   M AT LAB/S IM UL INK .   T h e   re a l   ti m e   i m p le m e n tatio n   w a c a rrie d   o u u sin g   F P GA .   T h e   re su lt s o f   b o th   sim u latio n   a n d   e x p e rime n tatio n   w e re   c o m p a re d .   K ey w o r d s :   C FD    FP GA   ML I   P W   T HD     Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   K. Ven k atar a m a n a n ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E n g i n ee r i n g ,     A r u n ai  E n g in ee r i n g   C o lle g e,   I n d ia.   E m ail: r ac er a m a n a @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   A   m u l tilev e in v er ter   is   p o w er   elec tr o n ic  s y s te m   th at  s y n th e s izes  d esire d   o u tp u v o ltag f r o m   s ev er al  lev e ls   o f   DC   v o ltag a s   in p u t s .   Mu lti lev el  I n v er ter   ( ML I )   is   n o o n l y   ac h ie v es  h i g h   p o w er   r atin g s   b u t   also   en ab les  t h u s o f   r e n e wab le  en er g y   s o u r ce s ,   d u to   th is ,   in d u s tr ies  ar m o s tl y   p r ef e r r ed   th is   co n v er ter s .   T h co n v en tio n al  i n v er ter s   p r o v id o n l y   t w o   le v el  v o lta g b u w g et  s ev er al  le v el  f r o m   ML I   w h ich   r es u lt s   in   h ig h   p o w er   q u alit y ,   less er   h ar m o n ic  co m p o n e n ts ,   i m p r o v ed   elec tr o m a g n etic  co m p a tib ilit y   a n d   lo w er   s w itc h in g   lo s s es.  T h m ai n   o b j ec tiv o f   m u ltil e v el  to p o lo g ies  is   t h in cr ea s o f   p o w er ,   th f a ll  in   v o lta g e   s tr ess   o n   t h s w itc h es   an d   t h g e n er atio n   o f   e x ce lle n ce   o u tp u t   v o lta g es   an d   s in u s o id al  cu r r en t s .   Di f f er en t   to p o lo g ies  ar p r o p o s ed   n a m el y   DC M L I ,   FC M L I   an d   C HB ML I .   T h ese  to p o lo g ie s   ar d if f er i n g   b y   t h e   o p er atin g   m ec h a n is m .   Ma n y   m o d u lat io n s   tec h n iq u es   h av b ee n   d ev e lo p ed   lik f u n d am e n tal  s w itc h i n g   m et h o d ,   p u ls w id t h   m o d u latio n ,   s elec ti v h ar m o n i eli m i n atio n   a n d   s p ac v ec to r   m o d u latio n   etc.   O u o f   t h ese   tech n iq u es,  P W tech n iq u es  h av b ee n   w id el y   u s ed   b ec au s o f   t h eir   ea s an d   lith en e s s .   C ar r ar et  al  d is cu s s ed   co n tr o f r ee d o m   d eg r ee s   co m b in a tio n   a n d   th ei r   an al y s is   f o r   P W m et h o d s .   Mo h an   et  al  d is c u s s ed   th s i n g le  tr ian g le  P W m et h o d   an d   its   v ar ian t s   ar ef f ec ti v f o r   co n tr o llin g   th i n v er ter s .   A g e lid is   an d   C ala is   p r o p o s ed   ca r r ie r   b ase d   m u ltil e v el  P W m et h o d   w h i ch   ef f ec ti v el y   co n tr o th d io d clam p ed   in v er ter .   Ma r tin C alais  et  al  an al y s e   th m u l ticar r ier   s ch e m e s   b y   ap p lied   in   ca s ca d ed   m u ltil e v el  in v er ter .   A ziz  d e s cr ib ed   th d ig ital   s i m u latio n   s tu d y   f o r   m o d u lar   s tr u ct u r ed   m u ltil e v el  in v er ter .   Kr ein   et  al  in tr o d u ce d   m o d i f ied   ca r r ier   ap p r o ac h   an d   it  ca n   b m i n i m izi n g   h ar m o n ic s .   J a n et   al   p r ese n ted   s w i tch in g   p atter n   f o r   ca s ca d ed   ML I   b as ed   o n   s p ac v ec to r   m o d u latio n   tec h n iq u e.   Me k h i lef   et   al   d is c u s s ed   t h s y m m etr ical  d ig ital   p u l s w id t h   m o d u latio n   tech n iq u e.   Dah id ah   a n d   A g el id is   s u g g e s t ed   th at  th s elec ti v h ar m o n i eli m i n atio n   p u ls w id t h   m o d u latio n   i s   s u itab le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       F P GA   B a s ed   I mp leme n ta tio n   o f S ymm etri ca l R ed u ce d   S w itch   Mu ltil ev el  I n ve r ter ( K . V en ka ta r a ma n a n )   29   f o r   h ig h   p o w er   ap p licatio n s .   Hai w en   et  al  co m p ar ed   th f u n d a m en tal  s w itc h i n g   m et h o d   w ith   p u ls w id th   m o d u latio n   m et h o d   b y   ap p l y i n g   i n   ca s ca d ed   m u ltil e v el   in v er ter .   R o o zb eh   Nad er a n d   A b d o lr ez R a h m ati   d ev elo p ed   p h ase  s h if ted   ca r r ier   P W tech n iq u f o r   ca s ca d ed   in v er ter s .   Kr i s h n d escr ib e d   th co n v en t io n al   m u ltil e v el  i n v er ter   to   p r o d u ce   s m al v o lta g s tep s   a n d   s er ies  ca p ac ito r   also   u s ed   f o r   v o ltag e   b alan ce .   Naj af et   al  p r o p o s ed   th r ev er s in g   v o ltag to p o lo g y   f o r   m u lti lev el   in v er ter .   B ab ae p r o p o s ed   c ascad ed   m u lti lev el   in v er ter   to p o lo g ies  w it h   les s   p o w er   s e m ico n d u cto r   d ev ices .   E r s o y   B eser y   et  al  d ev elo p ed   n e w   s y m m etr ica l   m u ltil e v el  i n v er ter   w it h   r ed u ce d   s w i tch e s .   W h en e v er   w ar p r o v id in g   eq u al  D C   v o lta g s o u r ce s   as  i n p u t   th en   t h is   t y p e   o f   i n v er ter   i s   m en tio n ed   a s   s y m m etr ical   m u ltil e v el   in v er ter   w h er ea s   u n e q u al  s o u r ce s   m ea n s   as y m m etr i ca m u l tile v el  in v er t er .   I n   th i s   p ap er   n e w   t y p o f   s y m m etr ical  m u ltil e v el  i n v er ter   h as  b ee n   a n al y ze d   b ased   o n   p er f o r m an c e   p ar am eter s   th r o u g h   v ar io u s   P W tech n iq u es  a n d   th s i m u latio n   r es u lt s   w er v alid at ed   w it h   th h elp   o f   p r o to ty p m o d el.       2.   NE SYM M E T RICA L   M U L T I L E V E L   I NVE RT E R   Mo r n u m b er   o f   s w i tch e s   r eq u ir ed   f o r   tr ad itio n al  m u l tile v el  in v er ter s ,   d u to   th i s   cir cu it  co s t,   in s ta llatio n   ar ea   an d   s w itc h i n g   lo s s es  b ec o m es  h i g h   an d   co n tr o cir cu i also   co m p licated .   T o   o v er co m t h i s   p r o b lem   n e w   to p o lo g y   i n tr o d u ce d   in   Fig u r 1 . T h is   to p o lo g y   co n s i s ts   o f   3   au x iliar y   s w i tch e s ,   4   m ai n   s w itc h es,  3   d io d es  an d   th r ee   DC   s o u r ce s   to   f o r m   s ev e n   le v el.   T h is   n e w   to p o lo g y   ac h ie v es  r ed u ctio n   in   t h e   n u m b er   o f   m ai n   p o w er   s w itc h es  b y   4 2 % T h n ex h i g h er   lev el  ca n   b o b tain ed   b y   ad d in g   s in g le  s w itc h ,   a   d io d an d   DC   s o u r ce .       V DC V DC V DC S1 S2 S3 D2 S4 S5 S6 S7 L O A D     Fig u r 1 .   S y m m e tr ical  m u lti le v el  in v er ter       I n   o r d er   to   o b tain   3 V DC   at   t h o u tp u t,   th e   s w i tch e s   S1 ,   S2 ,   S3 ,   S4   an d   S5   w er ON.   T h lo ad   is   co n n ec ted   b et w ee n   S4   a n d   S5 .   I n   th is   m o d e,   all  th t h r ee   s o u r ce s   w er co n n ec ted   i n   s er i es  w h ic h   p r o d u ce s   3V DC   at  th o u tp u t.   W h e n   S2 ,   S3 ,   S4   an d   S5   w er ON  a n d   d io d D1   c o n d u cts,  o n l y   t w o   s o u r ce s   w er in   s er ies  an d   g en er ate  2 V DC  . T o   g et  V DC  at  th o u tp u t,  s w itc h   S3 ,   S4   an d   S5   is   ON  a n d   d io d D2   an d   D1   co n d u cts.   T h o u tp u v o lta g le v el s   at   th n e g ati v h al f   c y cle  w er ac h iev ed   b y   co n n ec ti n g   t h lo ad   b et w ee n   S6   an d   S7   in s tead   o f   S4   an d   S 5.       3.     M O DULAT I O S T RA T E G Y   B ip o lar   m u lticar r ier   b ased   P W s tr ateg ie s   w er u s ed   to   s w itc h   t h p o w er   d ev ices  t o   p r o d u ce   s ev er al  le v els  a th o u tp u v o ltag e.   T h P W b ased   s tr at eg ies  ar m o s p o p u lar   b ec au s o f   ca r r ier ,   w h ic h   co n tr o ls   in v er ter   o u tp u v o lta g th u s   o b tai n ed   b y   ad j u s tin g   th co n d u ct in g   p er io d s   o f   p o w er   s e m ico n d u cto r   s w itc h es.  C ar r ier   b ased   s tr ate g ies  c lass if ied   a s   s in g le  ca r r i er   an d   m u lticar r ier   s tr ateg ie s .   Mu lticar r ier   P W s tr ateg ie s   s u ch   a s ,   P h ase  d i s p o s itio n   P W M,   A lter n ate  p h ase  o p p o s itio n   d is p o s itio n   P W an d   C ar r ier   o v er lap p in g   P W w er i m p l e m en in   t h is   p ap er .   C ar r ier   b ased   m eth o d   o p er ate  b ased   o n   th co m p ar is o n   o f   m o d u lati n g   s ig n al  w i th   ca r r ier   s ig n al s   w h er ca r r ier   s i g n al   ca n   b tr ia n g u lar ,   s a w to o th   a n d   an y   o t h er   s h ap e   b ased   o n   co n tr o l f r ee d o m   d eg r ee   in cl u d in g   a m p li tu d e,   f r eq u e n c y   a n d   o f f s et s   b et w ee n   ca r r ie r s .   Fo r   g ettin g   m   lev els,  m - 1   ca r r ier s   ar n ee d e d ,   f o r   b ip o lar   P W Stra teg ies.  T h ca r r ier s   co n s is t   o f   s a m f r eq u e n c y   f c   a n d   s a m p ea k   to   p ea k   a m p lit u d A c .   T h m o d u la tin g   s ig n al  h a s   a m p lit u d A m   an d   f r eq u en c y   f an d   is   p lace d   at  th m id d le  o f   t h ca r r ier   s et.   T h f r eq u en c y   r atio   m f   is   d ef i n ed .   I n   t h i s   p ap e r ,   th m o d u la tin g   f r eq u en c y   m f   i s   tak en   a s   2 0 ,   m o d u lati n g   i n d ex   m v ar ied   f r o m   0 . 7   to   1 . 0 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   Vo l.  6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 7   :   28     35   30   m f = f c   / f m   T h am p lit u d m o d u latio n   i n d ex   m a   i s   d ef i n ed   as   m a = A r   /A c     3 . 1 .   P ha s Dis po s it io Str a t eg y   I n   th i s   s tr ate g y   s ix   tr ia n g u lar   ca r r ier   w ith   t h id en t ical  f r eq u en c y   f c   an d   p ea k - to - p ea k   a m p litu d A c   w h ic h   ar d is p o s ed   s o   th at  th b an d s   th e y   o cc u p y   ar co n ti g u o u s .   T h ca r r ier   s et  is   p lace d   ab o v an d   b el o w   th ze r o   r ef er e n ce .   T h ca r r ier   ar r an g e m e n f o r   s e v en   lev e i n v er ter   u s in g   P DP W is   s h o w n   i n   Fig u r 2 .   f o r   m a = 0 . 8   an d   m f = 20.           Fig u r 2 .   Mu lticar r ier   A r r a n g e m en t f o r   P DP W Stra teg y       3 . 2 .   Alt er na t P ha s O pp o s it io Dis po s it io n St ra t eg y   T h s ix   ca r r ier s   ar p h ase  d is p lace d   f r o m   ea ch   o t h er   b y   1 8 0   d eg r ee s   alter n atel y   w it h   id en tical   f r eq u en c y   an d   p ea k   to   p ea k   a m p lit u d e.   Fig u r 3   Sh o w s   m u lticar r ier   a r r an g e m en f o r   A P OD  m et h o d   f o r   m a = 0 . 8   an d   m f = 20.           Fig u r 3 .   Mu lticar r ier   A r r a n g e m en t f o r   A P ODP W Stra teg y       3 . 1   Ca rr ier  O v er la pp ing   Str a t eg y   T h C OP W M   s tr ateg y   u ti liz es  th co n tr o f r ee d o m   d e g r ee   o f   er ec o f f s et s   a m o n g   ca r r ier s .   T h p r in cip le  o f   C OP W is   to   u s n u m b er   o f   o v er lap p in g   ca r r ier s   w i th   m o d u lati n g   s i g n al.   T h s ix   ca r r ier s   d is p o s ed   s u ch   t h at  t h b an d s   t h e y   i n h ab it  o v er lap   ea ch   o th e r .   T h o v er lap p in g   m ag n it u d a m o n g   all  ca r r ier s   is   A /2   in   t h is   w o r k .   Fi g u r e   4   s h o w s   t h m u lt icar r ier   ar r an g e m e n f o r   C OP W Stra teg y   f o r   m a = 0 . 8   an d   m f = 20.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       F P GA   B a s ed   I mp leme n ta tio n   o f S ymm etri ca l R ed u ce d   S w itch   Mu ltil ev el  I n ve r ter ( K . V en ka ta r a ma n a n )   31       Fig u r e   4 .   Mu lticar r ier   ar r an g e m en t f o r   C OP W s tr ateg y       4.   SI M UL AT I O R E S UL T S   T h ab o v s y m m etr ical   m u lt il ev el  i n v er ter   is   m o d eled   i n   SI MU L I NK   u s i n g   p o w er   s y s te m   b lo ck   s et.   T h g atin g   s i g n a ls   ar o b tain ed   b y   v ar io u s   P W Stra teg y .   S i m u latio n s   ar ca r r ied   o u f o r   d if f er en t   m o d u latio n   in d ices  r a n g i n g   f r o m   0 . 7   to   1 .   T h p er f o r m an ce   p ar a m eter s   lik T HD,   V RMS .   F ig u r e s   5 - 1 0   d is p la y   th s i m u lated   o u tp u t   v o lta g e   an d   th eir   F FT   p lo w ith   ab o v s tr ateg ies  b u f o r   o n l y   o n s a m p le  v al u o f   ma = 0 . 8 .   Fig u r 1 0   &   1 1   ex p licites   th g r ap h ical  co m p ar s io n   o f   all  s tr ateg ie s . Fi g u r 5   s h o w s   t h s ev e n   lev e o u tp u v o lta g g e n er ated   b y   P DP W s tr ateg y   a n d   its   FF T   p lo is   s h o w n   in   Fi g u r 6 .   Fro m   Fi g u r 6 ,   it  i s   o b s er v ed   th at  th P DP W M   s tr ateg y   p r o d u ce s   s i g n if ica n 6 th ,8 th , 1 4 th   an d   2 0 th   h ar m o n ic  e n er g y .   Fi g u r 7   s h o w s   th o u tp u v o ltag g e n er ated   b y   A P ODP W s tr ate g y   a n d   its   FF T   p lo is   s h o w n   in   Fi g u r 8 .   Fro m   Fig u r 8   it   is   o b s er v ed   t h at  t h A P ODP W s tr ateg y   p r o d u ce s   s i g n i f i ca n 1 1 th , 1 3 th , 1 5 th , 1 7 th   an d   1 9 th   h ar m o n ic  e n er g y .   Fig u r 9   s h o w s   t h s e v en   le v el  o u tp u v o ltag g e n er ated   b y   C OP W s tr ate g y   a n d   its   F FT   p lo i s   s h o w n   i n   Fig u r 1 0 . Fro m   Fi g u r 1 0   it  i s   o b s er v ed   th at  th C OP W s tr ateg y   p r o d u ce s   s ig n i f ica n 5 th   , 1 1 th   , 1 3 th   , 1 5 th   17 th   an d   1 9 th   h ar m o n ic  e n er g y . T ab le  2   in d icate s   th a %   d is to r tio n   f ac to r   is   lo w   co m p ar ed   w i th   o th e r   s tr ateg ie s .   T h s u b s eq u e n p ar a m eter   v al u es  ar tak en   f o r   s i m u latio n Vd c = 1 0 0 V,   R esis ti v lo ad     1 0 o h m s ,   f m = 5 0   Hz,   f c = 1 0 0 0 Hz.             Fig u r 5 .   Si m u lated   Ou tp u t V o ltag Gen er ated   b y   P DP W M     Fig u r 6 .   FF T   Sp ec tr u m   f o r   P DP W M             Fig u r 7 .   s i m u lated   o u tp u t v o l tag g e n er ated   b y   A P ODP W     Fig u r 8 .   FF T   s p ec tr u m   f o r   AP ODP W M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   Vo l.  6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 7   :   28     35   32           Fig u r 9 .   Si m u lated   o u tp u t v o l tag g e n er ated   b y   C OP W M     Fig u r 10 .   FF T   s p ec tr u m   f o r   C OP W M         T ab le  1 .   T HD  f o r   Dif f er e n Mo d u latio n   I n d ices   m a   PD   A P O D   CO   1 . 0   1 7 . 9 2   1 8 . 5 0   1 7 . 5 4   0 . 9 5   2 0 . 3 9   2 1 . 2 3   1 9 . 8 6   0 . 9   2 2 . 6 3   2 2 . 6 3   2 2 . 1 5   0 . 8 5   2 3 . 7 9   2 2 . 5 6   2 4 . 3 1   0 . 8   2 4 . 3 4   2 2 . 4 4   2 5 . 4 6   0 . 7 5   2 4 . 1 3   2 2 . 6 2   2 5 . 2 6   0 . 7   2 4 . 9 5   2 2 . 5 6   2 6 . 8 4     T ab le  2 .   % Dist o r tio n   Facto r   f o r   Dif f er e n Mo d u latio n   I n d ices   m a   PD   A P O D   CO   1   0 . 6 2 9   0 . 0 8 1   0 . 4 1 7   0 . 9 5   0 . 5 2 5 6   0 . 0 6 7 2   0 . 3 5 4 6   0 . 9   0 . 4 0 8 9   0 . 0 7 4 2   0 . 2 8 2 6   0 . 8 5   0 . 2 4 2 4   0 . 0 7 7 7   0 . 1 3 6   0 . 8   0 . 1 7 5 4   0 . 0 6 8 1   0 . 1 4 9 1   0 . 7 5   0 . 2 2 5 3   0 . 0 8 2 6   0 . 2 8 4 6   0 . 7   0 . 1 4 6 2   0 . 0 6 5 5   0 . 4 5 2 5         T ab le  3 .   V RMS   f o r   Dif f er e n t M o d u latio n   I n d ices   m a   PD   A P O D   CO   1 . 0   2 1 1 . 8   2 1 1 . 8   2 2 1 . 6   0 . 9 5   2 0 1 . 1   2 0 1 . 1   2 1 3 . 9   0 . 9   1 9 0 . 2   1 9 0 . 3   2 0 5 . 9   0 . 8 5   1 7 9 . 8   1 7 9 . 6   1 9 6 . 4   0 . 8   1 6 8 . 9   1 6 8 . 8   1 8 5 . 7   0 . 7 5   1 5 8 . 3   1 5 8 . 2   1 7 5 . 9   0 . 7   1 4 7 . 4   1 4 7 . 4   1 6 8 . 8         T ab le  4 .   C r est Facto r   f o r   d if f e r en m o d u la tio n   in d ices   m a   PD   A P O D   CO   1   1 . 4 1 4   1 . 4 1 4   1 . 4 1 8   0 . 9 5   1 . 4 1 4   1 . 4 1 4   1 . 4 1 7   0 . 9   1 . 4 1 4   1 . 4 1 4   1 . 4 1 5   0 . 8 5   1 . 4 1 4   1 . 4 1 4   1 . 4 1 8   0 . 8   1 . 4 1 4   1 . 4 1 4   1 . 4 2 7   0 . 7 5   1 . 5 0 8   1 . 4 1 4   1 . 4 2 4   0 . 7   1 . 4 1 4   1 . 4 1 4   1 . 3 9 2                   Fig u r 1 1 .   %T HD  co m p ar is o n   o f   v ar io u s   m o d u lat io n   in d ices     Fig u r 1 2 .   VR MS  C o m p ar i s o n   o f   Var io u s   Mo d u latio n   I n d ices       5.   H ARDWA R E   RE SUL T S   T h is   s ectio n   p r esen ts   th ex p er im en tal  wo r k   u s in g   Xilin x   S p ar t a n - 3 E   XC 3 S1 0 0 E   F PGA   s y s tem   f o r   s y m m etr ical  s e v en   lev el  in v er te r .   R eal  tim r eali zatio n   o f   t h ese   s tr ateg ies  u s in g   Sp ar tan     3   r eq u ir es  less   tim e.  T h e   ex p er im en tal  s tu d ies  ar car r ie d   o u t o   ap p r aise  th p er f o r m an ce  o f   th i n v er ter .   T o   v e r if y   th p er f o r m an ce  o f   t h in v er ter   d esig n   o n   Har d war e,  th VHDL   co d ( B it  f ile)   i s   d o wn lo ad ed   i n to   th d e s ir ed   F P G d ev ice  ( Sp ar tan   3   f am il y   XC 3 S1 0 0 ) .   T h r eal  tim s etu p   is   s h o wn   i n   F ig u r e   1 4 .   T h r esu lts   ar tak en   f r o m   Dig ital  Sto r ag e   Oscill o s co p e   ( DSO)   an d   an aly s ed   th r o u g h   p o wer   q u ality   an al y s er .   Af ter   s u ita b l y   th s calin g   d o wn   t h s im u latio n   v alu es,   d u to   lab o r ato r y   co n s tr ain ts   in p u v o ltag s et  as  4 5 V,  each   DC   s o u r ce  car r ies  1 5 an d   p eak   to   p eak   o u tp u t   v o ltag e e x p er im en tall y   is   9 0 V.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       F P GA   B a s ed   I mp leme n ta tio n   o f S ymm etri ca l R ed u ce d   S w itch   Mu ltil ev el  I n ve r ter ( K . V en ka ta r a ma n a n )   33         Fig u r 1 4 .   Har d w ar Set u p   o f   S y m m etr ical  Mu ltil e v el  I n v er ter     F i g u r e 1 5   Har d war e   Ou tp u v o lt ag e o f   g en er ated   b y   PDPW M             Fig u r 1 6 .   FF T   s p ec tr u m   f o r   P DP W M     Fig u r 1 7 .   Har d w ar o u tp u t v o ltag g e n er ated   b y   A P ODP W M             Fig u r 1 8 .   FF T   s p ec tr u m   f o r   A P ODP W M     Fig u r 1 9 .   Har d w ar o u tp u t v o ltag g e n er ated   b y   C OP W M           Fig u r 2 0 .   FF T   s p ec tr u m   f o r   C OP W M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   Vo l.  6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 7   :   28     35   34   T ab le  5 .   T HD  f o r   d if f er en m o d u latio n   in d ice s   m a   PD   A P O D   CO   1 . 0   1 4 . 7   1 5 . 5   6 . 0   0 . 9 5   1 7 . 1   1 5 . 8   6 . 0   0 . 9   1 9 . 1   1 8 . 6   6 . 1   0 . 8 5   2 0 . 1   1 9 . 7   6 . 2   0 . 8   1 9 . 4   1 9 . 7   6 . 5   0 . 7 5   1 9 . 5   2 1 . 3   6 . 6   0 . 7   1 9 . 1   2 1 . 0   6 . 8     T ab le  6 .   % Dist o r tio n   Facto r   f o r   d if f er en m o d u latio n   in d ices   m a   PD   A P O D   CO   1   1 4 . 6   1 5 . 4   6 . 5   0 . 9 5   1 7 . 1   1 7 . 9   6 . 7   0 . 9   1 8 . 7   1 9 . 4   6 . 3   0 . 8 5   1 9 . 9   1 9 . 9   6 . 6   0 . 8   1 9 . 4   1 9 . 7   6 . 4   0 . 7 5   1 9 . 8   2 1 . 4   7 . 2   0 . 7   20   1 8 . 1   6 . 9         T ab le  7 .   V RMS   f o r   d if f er en m o d u latio n   i n d ices   m a   PD   A P O D   CO   1 . 0   3 1 . 8   3 1 . 7   3 3 . 5   0 . 9 5   3 0 . 3   3 0 . 2   3 2 . 3   0 . 9   2 8 . 6   2 8 . 6   3 0 . 7   0 . 8 5   2 5 . 5   2 7 . 0   2 9 . 6   0 . 8   2 3 . 5   2 4 . 9   2 8 . 0   0 . 7 5   2 2 . 4   2 3 . 8   2 6 . 7   0 . 7   2 2 . 1   2 2 . 4   2 5 . 0         T ab le  8 .   C r est Facto r   f o r   d if f e r en m o d u la tio n   in d ices   m a   PD   A P O D   CO   1   1 . 4 1   1 . 4   1 . 3 1   0 . 9 5   1 . 4 8   1 . 4 9   1 . 3 6   0 . 9   1 . 5 6   1 . 5 6   1 . 4   0 . 8 5   1 . 6 4   1 . 6 4   1 . 4 5   0 . 8   1 . 7 5   1 . 7 4   1 . 5 2   0 . 7 5   1 . 8 6   1 . 8 6   1 . 5 8   0 . 7   1 . 9 4   1 . 7 8   1 . 6 5                   Fig u r 2 1 .   %T HD  co m p ar is o n   o f   v ar io u s   m o d u lat io n   in d ices     Fig u r 2 2 .   V RMS   co m p ar is o n   o f   v ar io u s   m o d u latio n   in d ices       6.   CO NCLU SI O N   I n   t h is   p ap er ,   th v ar io u s   m o d u latio n   s tr ateg ie s   f o r   r ed u ce d   s w itc h   s e v e n   le v el   S y m m etr ic al  I n v er ter   h av b ee n   d is c u s s ed .   T h v ar io u s   p er f o r m a n ce   p ar a m eter s   lik %T HD  , V RM S   , Di s to r tio n   Facto r   an d   C r est   Facto r   h a v b ee n   a n al y s ed   a n d   ev al u ated .   I i s   o b s er v e d   th at  th e   C ar r ier   O v er lap p in g   P W p r o v id es  least   %T HD  an d   Dis to r tio n   f ac to r   f o r   all  m a   a n d   p r o v id es  m a x i m u m   R MS  v o ltag e s   w h en   co m p ar ed   to   o th er   t w o   s tr ateg ie s .   A t   t h s a m e   ti m e   A P OD  s tr ate g y   p r o v id es  n o m i n al  cr es f ac to r .   T h s i m u latio n   r es u lt s   w er clo s e l y   m atc h ed   w i th   e x p er i m en tal  r es u lts .           RE F E R E NC E S   [1 ]   Ag e li d is  V . G ,   Ca lais,  M ,   A p p li c a ti o n   S p e c if ic  Ha r m o n ic  P e rf o r m a n c e   E v a lu a ti o n   o f   M u l ti c a rrier  P W M   T e c h n iq u e s” ,   IEE P ES C ,   p p . 1 7 2 - 1 7 8 ,   1 9 9 8 .   [2 ]   A z i z   J. A ,   S a la m   Z,   n e w   p u lse   w id th   m o d u latio n   ( P W M sc h e m e   f o m o d u lar  stru c tu re d   m u lt il e v e v o lt a g e   so u rc e   in v e rter” ,   In t. J o u rn a o E l e c tro n ics ,   v o l. 9 1 , N o . 4 , p p 2 1 1 - 2 2 6 ,   2 0 0 4 .     [3 ]   Ba b a e E,   A   c a sc a d e   m u lt il e v e c o n v e rter  to p o lo g y   w it h   re d u c e d   n u m b e o f   s w it c h e s” ,   IEE T ra n s.   Po w e r   El e c tro n . , v o l . 2 3 ,   n o . 6 ,   p p . 2 6 5 7 2 6 6 4 ,   2 0 0 8 .   [4 ]   Ca rra ra . G ,   G a rd e ll a . S ,   M a rc h e s o n i. M ,   S a lu tari. R ,   S c iu tt o . G ,   n e w   m u lt il e v e l   P W M   m e th o d a   th e o re ti c a l   a n a ly sis” ,   IEE T ra n s . Po we r E le c tro n ics ,   v o l. 7 ,   p p .   4 9 7 5 0 5 ,   1 9 9 2 .   [5 ]   Da h id a h   M . S . A ,   A g e li d is  V . G ,   S e lec ti v e   h a r m o n ic  e li m in a ti o n   P W M   c o n tr o f o c a sc a d e d   m u lt il e v e v o lt a g e   so u rc e   c o n v e rters A   g e n e ra li z e d   f o r m u la” ,   IEE T ra n s.  P o we r E lec tro n , v o l. 2 3 , n o . 4 ,   p p . 1 6 2 0 1 6 3 0 ,   2 0 0 8 .   [6 ]   Erso y   Be s e r y , Biro A ri f o g lu , S a b ri  Ca m u r, Esra   Ka n d e m ir  Be se r,   De sig n   a n d   A p p li c a ti o n   o f   a   S in g le  P h a se   M u lt il e v e In v e rter  S u i tab le  f o u sin g   a a   V o lt a g e   Ha r m o n ic  S o u rc e ,   J o u r n a o P o we El e c tro n ics ,   v o 1 0 ,   No . 2 , p p   1 3 8 - 1 4 5 ,   2 0 1 0 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       F P GA   B a s ed   I mp leme n ta tio n   o f S ymm etri ca l R ed u ce d   S w itch   Mu ltil ev el  I n ve r ter ( K . V en ka ta r a ma n a n )   35   [7 ]   Ha iwe n ,   L ,   T o lb e rt,   L . M ,   Oz p in e c i,   B,   Zh o n g ,   D,  Co m p a riso n   o f   f u n d a m e n tal  f re q u e n c y   a n d   P W M   m e th o d s   a p p li e d   o n   a   h y b rid   c a sc a d e d   M u lt il e v e in v e rter” ,   3 4 th   IEE Co n f e re n c e   o n   In d u stri a e lec tro n ics .   Pro c . p p .   3 2 3 3 - 3 2 3 7 ,   2 0 0 8 .   [8 ]   Ja n a   K.C,   Biswa S . K,  T h a k u ra   P ,   A   S i m p le  a n d   Ge n e ra li z e d   S p a c e   V e c to P W M   Co n tro o f   Ca s c a d e d   H - Brid g e   M u lt il e v e In v e rters ,   IEE I n ter n a t i o n a C o n fer e n c e   o n   In d u stri a l   T e c h n o lo g y . Pro c , . p p 1 2 8 1 - 1 2 8 6 ,   2 0 0 6 .   [9 ]   Kre in   P . T ,   Ne e   B. M ,   W e ll R,   Ha r m o n ic  e li m in a ti o n   sw it c h in g   th ro u g h   m o d u latio n ,   IEE E   W o rk sh o p   o n   Co mp u ter s i n   P o we r E lec tro n ics .   Pro c . p p . 1 2 3 1 2 6 ,   2 0 0 4 .   [1 0 ]   Krish n a   S ,   Ha rm o n ic  El im in a ti o n   b y   S e lec ti o n   o f   S w it c h in g   A n g le  a n d   DC  Vo lt a g e in   Ca sc a d e d   M u lt il e v e In v e rters , 1 5 th   N a ti o n a p o we r sy ste m co n fer e n c e   ( NPS C) .   P r o c .   p p . 1 1 9 - 1 2 4 ,   2 0 0 8 .     [1 1 ]   M a rti n a   Ca lais,  La w re n c e   J.Bo rle,  V a ss il io G .   Ag e li d is. ,   A n a l y sis  o f   m u lt ic a rrier   P W M   m e th o d f o a   sin g le  p h a se   f iv e   le v e in v e rter” ,   IEE Co n f.   Rec . 0 - 7 8 0 3 - 7 0 6 7 - 8 / 0 1 ,   p p . 1 3 5 1 - 1 3 5 6 ,   2 0 0 1 .   [1 2 ]   M e k h il e f   S ,   Om a A . M ,   Ra h im   N.A ,   M o d e ll in g   o f   th re e - p h a se   u n if o rm   s y m m e tri c a sa m p li n g   d ig it a P W M   f o r   p o w e c o n v e rter” ,   IEE T ra n s.  I n d .   El e c tro n . , v o l .   5 4 ,   n o .   1 ,   p p . 4 2 7 - 4 3 2 ,   2 0 0 7 .   [1 3 ]   M o h a n . N,  Un d e lan d   T . M   a n d   Ro b b i n W . P ,   P o w e El e c tro n ics Co n v e rters , A p p li c a ti o n s,  a n d   De sig n ,   2 n d   e d .   Ne w   Yo rk Jo h n   W il e y   &   S o n s,  1 9 9 5 .     [1 4 ]   Na ja f i, E. ;Ya ti m , A . ;S a m o sir, A . S ,   n e w   to p o l o g y   Re v e rsin g   V o lt a g e   (RV ) - f o r   m u lt lev e in v e rt e rs” ,   IEE 2 n d   In ter n a t io n a Po we r a n d   En e rg y   Co n fer e n c e .   Pro c .   p p . 6 0 4     6 0 8 ,   2 0 0 8 .   [1 5 ]   Ro o z b e h   Na d e ri. ,   A b d o lrez a   Ra h m a ti ,   P h a se   sh if ted   c a rrier  P W M   tec h n iq u e   f o g e n e ra c a sc a d e d   in v e rters ,   IEE T ra n s.o n   P o we r E lec tro n ics , v o l . , No . 1 3 , p p 1 9 - 1 4 ,   2 0 0 8 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS        K.V e n k a tara m a n a n   w a b o rn   in   1 9 7 5   in   P a n r u ti .   He   h a o b tain e d   B. (El e c tri c a a n d   El e c tro n ics a n d   M . ( P o w e El e c rto n ics   a n d   Driv e s)  d e g r e e in   2 0 0 2   a n d   2 0 0 9   re sp e c ti v e l y   f ro m   A n n a m lai   Un iv e rsit y ,   Ch id a m b a ra m ,   In d ia  a n d   A n n a   Un iv e rsity ,   Ch e n n a i,   In d ia.  He   h a b e e n   w o rk in g   in   th e   tea c h in g   f i e ld   f o a b o u 1 1   y e a rs.  Hi a re a o f   in tere st  in c lu d e   in v e rter,  c o n v e rter  a n d   d riv e s.  He   h a 8   p u b li c a ti o n i n   i n tern a ti o n a j o u rn a ls.   He   h a p re se n t e d   1 0   tec h n ica p a p e rs  in   v a rio u n a ti o n a i n tern a ti o n a c o n f e re n c e s.   Cu rre n tl y ,   h e   is  w o rk in g   a s   A s sista n P r o f e ss o in   th e   De p a rtm e n o EE E,   A ru n a En g in e e rin g   Co ll e g e ,   T iru v a n n a m a lai,   In d ia.  He   is  a   li f e   m e m b e o f   I n d ian   S o c iety   f o T e c h n ica Ed u c a ti o n .   C o n tac n u m b e r -   + 9 1 - 9 4 4 3 5 8 1 1 2 5 .   E - m a il :ra c e ra m a n a @g m a il . c o m .         B. S h a n t h w a s b o rn   in   1 9 7 0   in   Ch id a m b a ra m .   S h e   h a s o b tai n e d   B. E   (El e c tro n ics   a n d   In stru m e n tatio n a n d   M . T e c h   (In s tru m e n T e c h n o lo g y f ro m   A n n a m a lai  Un iv e rsit y   a n d   In d ia n   In stit u te  o f   S c ien c e ,   Ba n g a lo re   in   1 9 9 1   a n d   1 9 9 8   re sp e c ti v e ly .   S h e   o b tai n e d   h e P h . D   in   P o w e r   El e c tro n ics   f ro m   A n n a m a lai  Un iv e rsit y   in   2 0 0 9 . S h e   is  p re se n tl y   a   P ro f e ss o in   Ce n tral   In stru m e n tatio n   S e rv ice   L a b o ra to ry   o f   A n n a m a lai  Un iv e rsit y , Ch id a m b a ra m , In d ia.  S h e   h a p u i n   a   to tal  se rv ice   o f   2 1   y e a rs  sin c e   1 9 9 2 . He re se a rc h   p a p e rs  (1 1 h a v e   b e e n   p re se n ted   in   v a rio u /   IEE i n tern a ti o n a / n a ti o n a c o n f e re n c e s.  S h e   h a 4   p u b li c a ti o n in   n a ti o n a j o u r n a a n d   5 0   in   in tern a ti o n a jo u rn a ls.   He a re a o f   in tere st  a re m o d e li n g ,   si m u latio n   a n d   in telli g e n c o n tr o f o in v e rters .   Co n tac n u m b e r -   + 9 1 -   9 4 4 3 1 8 5 2 1 1 .   Em a il sh a n c isl@g m a il . c o m .         T . S . S iv a k u m a ra n   w a b o rn   i n   P a n ru ti ,   In d ia,  o n   De c e m b e 1 8 ,   1 9 6 9 .   He   h a o b tain e d   B. E   (El e c tri c a a n d   El e c tro n ics a n d   M . T e c h   (P o w e El e c tro n ics in   1 9 9 8   a n d   2 0 0 2   re sp e c ti v e l y   f ro m   A n n a m a lai  Un iv e rsit y   a n d   V IT   Un iv e rsit y ,   V e ll o re   a n d   th e n   P h . D.  in   P o w e El e c tro n ics   f ro m   A n n a m a lai  Un iv e rsit y ,   Ch id a m b a ra m   in   2 0 0 9 .   He   is  c u rre n t ly   De a n   ( P G   stu d ies i n   De p a rtm e n t   o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   E n g i n e e rin g ,   A ru n a Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   T iru v a n n a m a lai,   In d ia.  His  re se a rc h   p a p e rs  (3 5 )   h a v e   b e e n   p re se n ted   a IEE In tern a ti o n a / n a ti o n a Co n f e re n c e s.   He   h a tw o   a n d   ten   p u b li c a ti o n in   Na ti o n a a n d   In tern a ti o n a j o u r n a ls.   His  a re a   o f   in tere st  a re   :   c o n v e rters ,   c o n tro ll e rs  a n d   d riv e s.  He   is  a   li f e   m e m b e o f   In stit u ti o n   o f   En g in e e rs  (In d ia),  In d ian   S o c iety   f o T e c h n ica Ed u c a ti o n   a n d   IE EE   m e m b e r.   Co n tac n u m b e -   + 9 1   9 4 4 3 7 8 9 9 8 7   Em a il :siv a k u m a r a n 1 9 6 9 @g m a il . c o m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.