I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   93 ~ 99   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 1 . p p 9 3 - 99          93       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   No n - i terative  Wi de - m o dula tion - i n dex   Sw itching - a ng le  Ca lcula tion Tech nique s for  15 - l ev el  Bina ry   Ca sca ded    H - b r idg e Multil e v el Inv erte r       J .   A.   So o 1 M .   S.  Chy e 2 Y.   C .   T a n 3 ,   S.  L .   O ng 4 J .   H .   L eo ng 5 ,   T .   Su t i k no 6   1 - 3, 5 CERE /E M A D/P ECO,   S c h o o o f   El e c tri c a S y ste m s E n g in e e rin g ,   Un iv e rsity   M a la y sia   P e rli s,  M a l a y sia   4 S c h o o o f   M icro e lec tro n ic E n g in e e rin g ,   Un iv e rsit y   M a la y sia   P e rli s,  M a lay si a   6 El e c tri c a En g in e e rin g   De p a rtm e n t ,   Un iv e rsit as   A h m a d   Da h lan ,   I n d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec e iv ed   Sep   2 6 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Dec   0 2 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Dec   1 2 ,   2 0 1 6       Ca sc a d e d   H - b rid g e   m u lt il e v e in v e rter  (CHBMI)  is  a b le  t o   g e n e ra te  a   sta irca se   AC  o u tp u v o lt a g e   w it h   lo w   s w it c h in g   lo ss e s.  T h e   s w it c h in g   a n g les   a p p li e d   t o   t h e   CHBMI  h a v e   to   b e   c a lcu late d   a n d   a rra n g e d   p ro p e r ly   in   o rd e to   m in i m ize   th e   to tal  h a r m o n ic  d isto rti o n   (T HD o th e   o u tp u v o lt a g e   w a v e f o r m .   In   th is  p a p e r,   tw o   n o n - it e ra ti v e   sw it c h in g - a n g le  c a lcu latio n   tec h n iq u e a p p li e d   f o a   1 5 - lev e b in a ry   a s y m m e tri c   CHBMI  a r e   p ro p o se d Bo th   tec h n i q u e e m p lo y   a   g e o m e tri c   a p p ro a c h   t o   e stim a te  th e   sw it c h in g   a n g les ,   a n d   th e re f o re ,   th e   g e n e ra t e d   e q u a ti o n c a n   b e   so lv e d   d irec t ly   w it h o u t   it e ra ti o n s,  w h ich   a re   u su a ll y   ti m e - c o n su m in g   a n d   c h a ll e n g i n g   to   b e   im p le m e n ted   in   re a l - ti m e .   A p a rt  f ro m   th is,   b o th   tec h n iq u e a re   a l so   a b le  to   c a lcu late   th e   sw it c h in g   a n g les   fo a   w id e   ra n g e   o f   m o d u latio n   in d e x .   T h e   p ro p o se d   c a lcu lati o n   tec h n iq u e h a v e   b e e n   v a li d a ted   v ia  M AT LAB   sim u latio n   a n d   e x p e rime n t.   K ey w o r d :   As y m m etr ic  m u l tile v el  in v er te r   B in ar y   m u lt ilev e l in v er ter   C ascad ed   H - B r id g e   Mu ltil e v el  i n v er ter   No n - I ter ati v e   Co p y rig h ©   201 7   In s t it 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   All  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J .   A .   So o ,     Sch o o l o f   E lectr ical  S y s te m s   E n g i n ee r i n g ,     Un i v er s it y   Ma la y s ia  P er lis ,     0 2 6 0 0   A r au ,   P er lis ,   Ma la y s ia.   E m ail: so o . ed m u n d @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   C ascad ed   H - b r id g m u ltil e v el   in v er ter   ( C HB MI )   h as  d r a w n   in cr ea s ed   atten tio n   in   r ec en d ec ad es  o w i n g   to   its   m o d u lar it y   an d   lo w   s w itc h in g   lo s s e s   [1 ] - [ 4] .   T h er ar tw o   ca te g o r ies  o f   C HB MI ( a)   s y m m etr ic  an d   ( b )   asy m m etr ic.   I n   s y m m etr ic  C HB MI ,   th D C   s o u r ce   v o ltag e s   in   al HB s   ar id en tical  w h i ls t   as y m m etr ical  C HB MI   h a s   d if f er en ce   D C   s o u r ce   v o lta g le v els.  Fo r   g i v en   n u m b er   o f   HB ,   an   as y m m e tr ic   C HB MI   is   ab le  to   p r o d u ce   s tair ca s AC   o u tp u v o ltag e   w a v e f o r m   w i th   a   h i g h er   n u m b er   o f   v o ltag e   lev e th an   t h at  o f   s y m m etr ic  C H B MI   [ 5 ] - [ 8 ].   Gen er ally ,   s tai r ca s A C   o u tp u t   v o lta g w a v ef o r m   w i th   h ig h er   n u m b er   o f   v o lta g e   le v el   is   e x p ec ted   to   p r o d u ce   lo w er   to tal   h ar m o n ic  d i s to r tio n   ( T HD) .   Ho w e v er ,   t h T HD  o f   th e   s tair ca s A C   o u tp u v o lta g w av e f o r m   ca n   b e co m e   v e r y   h i g h   if   t h s w i tch in g   an g l es  ar n o p r o p e r ly   ar r an g ed   [ 3 ] .   C o n v en t io n all y ,   s et  o f   n o n - li n ea r   tr an s ce n d e n tal  eq u atio n s   i n v o l v i n g   tr i g o n o m etr ic  eq u at io n s   h as  to   b s o lv ed   to   o b tain   th s w i tch i n g   an g les.   I n   [ 9 ] - [ 1 1 ] ,   iter ativ m et h o d s   ar em p l o y ed   to   s o lv e   t h es e   n o n - li n ea r   tr an s ce n d en tal   eq u atio n s .   Ho w e v er ,   s o lv i n g   t h es eq u atio n s   u s in g   i ter ativ e   m e th o d s   ca n   b t i m e - co n s u m i n g   an d   ch al len g i n g   to   b p er f o r m ed   in   r ea l - ti m e.   M o r eo v er ,   if   th in it ial  co n d itio n s   o f   t h s w itc h i n g   an g le s   ar n o t c o r r ec tl y   ch o s e n ,   t h n u m b er   o f   iter atio n   c y cl es  ca n   b v er y   lar g e   a n d   t h al g o r ith m   m a y   f ail   to   co n v er g e,   lead i n g   to   n o   s o lu t io n s .   I n   [ 1 2 ] ,   th au t h o r   p r o p o s ed   t w o   n o n - i ter ativ m et h o d s   to   esti m ate   t h e   s w itc h in g   a n g les   ac co r d in g   to   th s i n f u n ctio n .   Ho w ev er ,   t h m et h o d s   e m p lo y ed   in   [ 1 2 ]   can   o n l y   ca lcu late   th s w it c h i n g   a n g le s   at  s p ec if ic   m o d u latio n   i n d ex ,   an d   th er eb y   ca n n o b ap p lied   d ir e ctl y   in   ap p licatio n s   th at  r eq u ir w id er   m o d u lati o n   in d ex   r an g e I n   t h is   p ap er ,   t w o   n o n - iter at iv s w itc h in g   an g le   ca lc u latio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     93     99   94   tech n iq u es   f o r   15 - le v el  b in a r y   a s y m m etr ic   C HB MI   ar p r o p o s ed .   T h tech n iq u es   ar a b le  to   ca lcu late  t h e   s w itc h in g   an g les   f o r   w id e   r an g e   o f   m o d u latio n   in d e x B o th   tec h n iq u e s   h av e   b ee n   v al id ated   v ia  M A T L A B   s i m u lat io n   an d   e x p er i m e n tal  r esu lt s .       2.   P RO P O SE SW I T CH I N G   ANG L E   C AL C UL A T I O T E CH NI Q U E   I n   [ 6 ] ,   tw o   n on - iter ati v m e th o d s   ar p r esen ted .   T h f ir s m eth o d   ca lcu lates  t h s w itc h i n g   an g les  a t   ea ch   in ter ce p tio n   p o in b et w e en   s in w a v e f o r m   an d   th h al f   h ei g h o f   ea ch   s tep p ed   o u tp u v o ltag le v el,   w h il s t   in   t h s ec o n d   m et h o d   th s w itc h i n g   an g les  ar ca lcu lated   f r o m   h al f   o f   t h s w i tch i n g   a n g les  o b tain ed   u s i n g   th f ir s m e th o d .   Sin ce   b o th   m eth o d s   e m p lo y   g eo m et r y   ap p r o ac h   to   esti m ate  t h s w itc h i n g   an g les,  t h g en er ated   eq u atio n s   ca n   b s o lv ed   d ir ec tl y .   Ho w ev er ,   b o th   m et h o d s   ar o n l y   ab le  to   esti m ate  t h s w itc h i n g   an g le s   at  s p ec if ic   m o d u la t io n   in d ex .   I n   th is   p ap er ,   b o th   m et h o d s   h a v b ee n   ex te n d ed   to   en ab le  th ca lcu latio n   o f   s w itc h i n g   an g le s   o v er   w id m o d u la tio n   i n d ex   r an g ap p lied   to   1 5 - lev el   b in ar y   as y m m etr ic   C HB MI .   T h p r o p o s ed   s w itc h in g - a n g le   ca lc u latio n   tech n iq u es ,   r e f er r ed   as  C T A   a n d   C T B   in   t h is   p ap er ,   ar g iv e n   i n   E q u atio n s   1   an d   2 ,   r esp ec tiv el y .     1 1 s in 56 a M         1 2 3 s in 56 a M         1 3 5 s in 56 a M         1 4 7 s in 56 a M      1 5 9 s in 56 a M         1 6 11 s in 56 a M         1 7 13 s in 56 a M      ( 1 )     1 1 1 s in 2 5 6 a M         1 2 13 s in 2 5 6 a M         1 3 15 s in 2 5 6 a M         1 4 17 s in 2 5 6 a M      1 5 19 s in 2 5 6 a M         1 6 1 1 1 s in 2 5 6 a M         1 7 1 1 3 s in 2 5 6 a M      ( 2 )     w h er θ 1 θ 2 θ 3 θ 4 θ 5 θ 6   a n d   θ 7   ar s w i tch in g   a n g les.  T h m o d u la tio n   in d e x   ( M a )   in   E q u atio n s   1   a n d   2   is   g iv e n   b y     1 DC 28 a V M V   ( 3 )     DC 1 1 2 3 4 5 6 7 4 c os c os c os c os c os c os c os V V     ( 4 )     w h er e   V 1   is   th e   f u n d a m e n tal   v o ltag e   o f   th e   s tair ca s AC   o u tp u t   v o lta g e   w av e f o r m   w h ic h   ca n   b ca lc u lated   u s i n g   E q u atio n   4 ,   an d   V DC   is   t h m a g n it u d o f   ea ch   s tep p ed   o u tp u t v o lta g le v el.       3.   SWI T CH I N G   P A T T E RN  O F   15 - L E VE L   B I N ARY  AS Y M M E T RIC  CASCAD E H - B RIDG E   M UL T I L E VE L   I N VE R T E R   Fig u r 1 ( a)   s h o w s   th e   as y m m etr ic  C HB MI   w i th   t h D C   s o u r ce   v o ltag e   lev e ls   in cr ea s i n   a   b in ar y   f as h io n .   T h to tal  n u m b er   o f   th in v er ter   o u tp u v o lta g lev el  ( m )   is   d ep en d en o n   t h t o tal  n u m b er   ( s )   o f   in d ep en d en t D C   s o u r ce   w h ic h   ca n   b d eter m i n ed   by     1 21 s m    ( 5 )     E ac h   ef f ec ti v o u tp u v o ltag e   lev el  ( V DC - i )   r esp ec tiv to   i - th   s w i tch i n g   an g le  ( θ i at  t h f ir s q u ad r an t   o f   th e   C HB MI   is   g i v e n   b y     DC 14 1 DC i iV V m   ( 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o n - iter a tive  W id e - mo d u la tio n - in d ex   S w itch in g - a n g le  C a lcu la tio n   Tech n i q u es . . . .   ( J.   A .   S o o )   95       ( a)     ( b )     Fig u r 1 .   ( a)   B lo ck   d iag r a m   o f   15 - lev el  b in ar y   a s y m m etr ic  C HB MI   ( b )   Ou tp u t v o lta g w av e f o r m   o f   1 5 - lev el  b i n ar y   as y m m etr ic   C HB MI       T ab le  1 Sw itch in g   P atter n   o f   15 - lev el  B in ar y   A s y m m e tr ic  C HB MI   O u t p u t   L e v e l   (V)   H B   D C   S o u r c e   ( V )   S w i t c h e s   V DC   2 V DC   4 V DC   S1   S2   S3   S4   S5   S6   S7   S8   S9   S 1 0   S 1 1   S 1 2   7 V DC         1   0   0   1   1   0   0   1   1   0   0   1   6 V DC         1   1   0   0   1   0   0   1   1   0   0   1   5 V DC         1   0   0   1   1   1   0   0   1   0   0   1   4 V DC         0   0   1   1   0   0   1   1   1   0   0   1   3 V DC         1   0   0   1   1   0   0   1   1   1   0   0   2 V DC         1   1   0   0   1   0   0   1   1   1   0   0   V DC         1   0   0   1   1   1   0   0   1   1   0   0   0         0   0   1   1   0   0   1   1   0   0   1   1   - V DC         0   1   1   0   0   0   1   1   0   0   1   1   - 2 V DC         0   0   1   1   0   1   1   0   0   0   1   1   - 3 V DC         0   1   1   0   0   1   1   0   0   0   1   1   - 4 V DC         1   1   0   0   1   1   0   0   0   1   1   0   - 5 V DC         0   1   1   0   1   1   0   0   0   1   1   0   - 6 V DC         1   1   0   0   0   1   1   0   0   1   1   0   - 7 V DC         0   1   1   0   0   1   1   0   0   1   1   0         N o t e :   0   i s OF F ,   1   i s ON       T h s w itc h i n g   p atter n   o f   1 5 - lev el  b i n ar y   as y m m etr ic  C HB MI   r esp ec tiv e   to   ea ch   s tep p ed   o u tp u t   v o ltag lev el   is   s h o w n   i n   T ab le  1 .   T h h ig h est  o u tp u t   v o lta g lev el  o f   t h i n v er ter   i s   V DC7   w h ic h   is   th e   s u m   o f   th e   i n d ep en d en D C   s o u r ce s   ( V DC  2 V DC  4 V DC ) .   Sin ce   th o u tp u v o lta g w a v e f o r m   o f   t h i n v er ter   p o s s ess es  t h ch ar ac ter is tic  o f   h al f - w a v s y m m etr y ,   o n l y   s ev e n   s w itc h i n g   a n g les  in   t h f ir s t   q u ad r an ar n ee d ed   to   b ca lcu lated .   E ac h   s w itc h in g   a n g le  co r r esp o n d s   t o   ea ch   ef f ec ti v e   o u tp u v o ltag lev el  a s   s h o w n   i n   Fig u r 1 ( b ) .       4.   SI M UL AT I O A ND  E XP E RIM E NT AL   R E S UL T S   T ab le  2   s h o w s   t h p ar a m eter s   u s ed   in   t h s i m u latio n   an d   ex p er i m e n tal  s et u p   f o r   1 5 - le v el  b in ar y   as y m m etr ic  C HB MI .   T h in v er ter   co n s is t s   o f   t h r ee   HB s   a n d   th DC   s o u r ce s   ar s et   at  1 0 V,   2 0 V,   an d   4 0 V ,   r esp ec tiv el y .   T w el v s w itc h e s   ar u s ed   a n d   s w itc h ed   at  5 0 Hz.   Fig u r 2   s h o w s   t h M A T L A B   s i m u la tio n   r esu lt s   ca lcu la ted   u s i n g   C T A   a n d   C T B .   T h T HD  is   co m p u te d   b y       2 2 1 n n V TH D V   ( 7 )     w h er V n   is   th n - th   h ar m o n i o f   th o u tp u v o lta g w a v e f o r m .   B ased   o n   t h s i m u latio n   r es u lts   s h o w n   i n   Fig u r 2 ,   C T A   an d   C T B   ar a b le  to   ca lcu late  t h s w itc h i n g   an g le s   f o r   w id er   r an g o f   m o d u latio n   i n d ex .   T h h ig h e s m o d u lat io n   in d e x   ac h iev ab le  f o r   C T A   an d   C T B   ar 0 . 8 9   an d   0 . 9 7 ,   r esp ec tiv el y ,   w h ils t   t h lo w e s t   p o s s ib le  m o d u lat io n   i n d ex   f o r   C T A   an d   C T B   ar 0 . 0 3   an d   0 . 1 1 ,   r esp ec tiv el y .   B esid es,  C T A   i s   ab le  to   p r o v id V D C V o u t A C   L o a d S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 1 0 S 1 2 S 1 1 2 V D C 4 V D C t V o u t 1 2 3 4 5 6 7 2 3 2 2 2 DC V 1 DC V 3 DC V 4 DC V 5 DC V 6 DC V 7 DC V 0 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     93     99   96   co n ti n u o u s   s o l u tio n   o v er   a   w id e   m o d u latio n   i n d ex ,   w h i ls t   C T B   is   o n l y   ab le   to   g iv e   s o lu tio n   a ce r tai n   in ter v a ls   o f   m o d u la tio n   i n d ex .   T h er is   n o   s o lu tio n   at  h i g h e r   m o d u latio n   in d e x   f o r   C T A   b ec au s t h d o m ai n   o f   th ar csin f u n ctio n   i s   li m i ted   b etw ee n   - 1 ~1   to   g en er ate  th s w itc h i n g   a n g le s   in   r ea n u m b er .   I f   h ig h er   f u n d a m en ta v o ltag is   r eq u ir ed ,   C T B   ca n   b co n s id er ed   as  it  is   ab le  to   p r o v id s o lu tio n s   at  h i g h er   m o d u latio n   in d e x .       T ab le  2 P ar am eter s   u s ed   in   Si m u latio n   a n d   E x p er i m e n tal  Se tu p   P a r a me t e r s   V a l u e s   N u mb e r   o f   H B   3   H B   D C   so u r c e s   1 0 V ,   2 0 V ,   a n d   4 0 V   O u t p u t   F r e q u e n c y   5 0 H z   M o d u l a t i o n   I n d e x   R e so l u t i o n   0 . 0 0 1           ( a)   T HD  ag ain s m o d u lat io n   i n d ex           ( b )   Fu n d a m e n tal  v o ltag a g ai n s m o d u la tio n   i n d ex           ( c)   S w itc h i n g   a n g les a g ain s m o d u latio n   in d e x     Fig u r 2 .   MA T L A B   s i m u latio n   r esu lts   o f   t h p r o p o s ed   ca lcu latio n   tech n iq u es  f o r   1 5 - lev el  b in ar y   as y m m etr ic  C HB MI         A   1 5 - lev el  b i n ar y   a s y m m etr ic   C HB MI   p r o to ty p h as  b ee n   co n s tr u cted   a s   s h o w n   in   Fi g u r 3 .   T h p r o to ty p is   co n tr o lled   u s in g   Mic r o ch ip   PIC1 8 F4 5 5 0   m i cr o co n tr o ller   an d   tw el v p o w er   MO SF E T   g ate   d r iv er s .   T h HB s   ar p o w e r ed   b y   th r ee   i n d ep en d en D C   p o w er   s u p p lies   i.e .   1 0 V,   2 0 V,   an d   4 0 V,   0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 M o d u l a t i o n   I n d e x ,   m a T o t a l   H a r m o n i c   D i s t o r t i o n ,   T H D   ( % )   C T A 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 M o d u l a t i o n   I n d e x ,   m a T o t a l   H a r m o n i c   D i s t o r t i o n ,   T H D   ( % )   C T B 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M o d u l a t i o n   I n d e x ,   m a F u n d a m e n t a l   V o l t a g e ,   V 1   C T A 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M o d u l a t i o n   I n d e x ,   m a F u n d a m e n t a l   V o l t a g e ,   V 1   C T B 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0     M o d u l a t i o n   I n d e x ,   M a A n g l e s   ( °   ) θ 1   0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90     d a ta 1 d a ta 2 d a ta 3 d a ta 4 d a ta 5 d a ta 6 d a ta 7 θ 7 θ 6 θ 5   θ 4 θ 3   θ 2   0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0     M o d u l a t i o n   I n d e x ,   M a A n g l e s   ( °   ) θ 1   0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90     d a ta 1 d a ta 2 d a ta 3 d a ta 4 d a ta 5 d a ta 6 d a ta 7 θ 7 θ 6 θ 5   θ 4 θ 3   θ 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o n - iter a tive  W id e - mo d u la tio n - in d ex   S w itch in g - a n g le  C a lcu la tio n   Tech n i q u es . . . .   ( J.   A .   S o o )   97   r esp ec tiv el y .   Fig u r es  4   an d   5   s h o w   t h ex p er i m e n tal  r es u lt s   o f   C T A   an d   C T B   f o r   th in v er ter .   A th s a m e   m o d u latio n   in d e x ,   b o th   ca lcu latio n   tec h n iq u es  p r o d u ce   d if f er en w a v e f o r m s   an d   T HD.   T h T HD  o f   th e   o u tp u v o ltag w a v e f o r m   f o r   C T B   is   h ig h er   th a n   t h C T A .   T h is   is   b ec au s th o u tp u v o lt ag w av e f o r m   h a s   n ar r o w er   g ap   b et w ee n   p o s iti v e   h al f   an d   n e g ati v h a lf   c y cl co m p ar ed   to   th at  o f   C T A ,   wh ich   r ese m b les  a   s in e   w a v clo s er .   Fu r t h er m o r e,   th e   n ar r o w er   g ap   o f   th e   o u tp u t   v o lta g e   w av e f o r m   ap p r o ac h in g   a   s q u ar w a v g i v es  h ig h er   f u n d a m en t al  v o ltag b u a th co s o f   h i g h er   T HD.   B esid es  t h at,   t h e   h ig h er   T HD  o f   th e   C T B   is   also   attr ib u ted   to   t h h i g h   t h ir d   h ar m o n ic   at  1 5 0 Hz  in   t h o u tp u t   v o lta g wav ef o r m .   T ab le  3   co m p ar es  th s i m u latio n   a n d   ex p er i m e n tal  d ata  o f   b o t h   ca lc u latio n   tech n iq u e s .   T h s i m u la tio n   a n ex p er i m e n tal  r esu lts   ar in   g o o d   ag r ee m en t.  T h d if f er en ce s   b et w ee n   th C T A   a n d   C T B   ca n   b clea r l y   o b s er v ed   in   T ab le  3   w h er t h e   C T A   h as lo w er   T HD  th an   t h e   C T B   at  th s a m m o d u la tio n   i n d ex .             Fig u r 3 .   ( a)   1 5 - lev el  b in ar y   a s y m m etr ic  C HB MI   ex p er i m en t setu p           ( a)   C T A   at  m a   0 . 4 0       ( b )   C T B   at  m a   0 . 4 0           ( c)   C T A   at  m a   0 . 6 5   ( d )   C T B   at  m a   0 . 6 5   O u t p u t   V o l t a g e ,   V o u t 0 0.0 1 0.0 2 0.0 3 0.0 4 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 T i m e ,   t 0 0.0 1 0.0 2 0.0 3 0.0 4 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 O u t p u t   V o l t a g e ,   V o u t T i m e ,   t 0 0.0 1 0.0 2 0.0 3 0.0 4 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 O u t p u t   V o l t a g e ,   V o u t T i m e ,   t 0 0.0 1 0.0 2 0.0 3 0.0 4 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 O u t p u t   V o l t a g e ,   V o u t T i m e ,   t Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     93     99   98       ( e)   C T A   at  m a   0 . 8 0     ( f )   C T B   at  m a   0 . 8 0     Fig u r 4 .   E x p er i m en tal  r esu lt  o f   o u tp u v o ltag w a v e f o r m   f o r   C T A   an d   C T B   at  m o d u latio n   in d ex   0 . 4 0 ,   0 . 6 5   an d   0 . 8 0           ( a)   C T A   at  m a   0 . 4 0       ( b )   C T B   at  m a   0 . 4 0           ( c)   C T A   at  m a   0 . 6 5       ( d )   C T B   at  m a   0 . 6 5           ( e)   C T A   at  m a   0 . 8 0     ( f )   C T B   at  m a   0 . 8 0     Fig u r 5 .   E x p er i m en tal   r esu lts   o f   T HD  an d   f u n d a m e n tal  v o lt ag f o r   C T A   a n d   C T B   at  m o d u latio n   i n d ex   0 . 4 0 ,   0 . 6 5 ,   an d   0 . 8 0               0 0.0 1 0.0 2 0.0 3 0.0 4 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 O u t p u t   V o l t a g e ,   V o u t T i m e ,   t 0 0.0 1 0.0 2 0.0 3 0.0 4 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 O u t p u t   V o l t a g e ,   V o u t T i m e ,   t Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o n - iter a tive  W id e - mo d u la tio n - in d ex   S w itch in g - a n g le  C a lcu la tio n   Tech n i q u es . . . .   ( J.   A .   S o o )   99   T ab le  3 Sim u latio n   an d   E x p er i m e n tal  Data   o f   1 5 - le v el  B in ar y   A s y m m e tr ic  C HB MI     S i mu l a t i o n   R e su l t s   Ex p e r i me n t a l   R e su l t s     M o d u l a t i o n   I n d e x     ( a m )   F u n d a me n t a l   v o l t a g e     ( 1 r m s V )   T H D   ( % )   F u n d a me n t a l   v o l t a g e     ( 1 r m s V )   T H D   ( % )   C T A   0 . 4 0   2 5 . 2 1   1 2 . 7 5   2 5 . 5 0   1 2 . 8 0   0 . 6 5   4 1 . 0 3   7 . 3 1   4 1 . 1 0   7 . 4 1   0 . 8 0   5 0 . 4 5   5 . 3 4   5 0 . 4 7   5 . 5 4   C T B   0 . 4 0   2 5 . 2 1   1 9 . 6 5   2 5 . 8 0   1 9 . 9 0   0 . 6 5   4 1 . 0 3   1 6 . 1 3   4 1 . 5 6   1 6 . 2 0   0 . 8 0   5 0 . 4 5   1 8 . 8 0   5 1 . 3 1   1 8 . 7 0       5.   CO NCLU SI O N   I n   t h is   p ap er ,   t w o   n o n - iter ati v s w itc h i n g - a n g le  ca lc u latio n   t ec h n iq u es   ( C T A   a n d   C T B )   ap p lied   f o r   15 - lev el  b in ar y   a s y m m etr ic  C HB MI   ar p r o p o s ed   an d   v alid ated   v ia  s i m u latio n   an d   ex p er i m en t.  B o th   tech n iq u es   ar ab le  to   ca lc u l ate  s w itc h i n g   a n g le s   f o r   wid er   r an g o f   m o d u lat io n   i n d ex .   B ased   o n   th e   s i m u lat io n   a n d   ex p er i m e n tal  r esu lt s ,   C T A   h as  o u tp u v o lta g w a v ef o r m   w it h   lo w er   T HD  th a n   C T B   at  th e   s a m e   m o d u latio n   i n d ex .   Ho w e v er ,   C T A   i s   u n ab le   to   ca lcu late   s w i tch i n g   a n g les   at  t h h i g h er   r an g o f   m o d u latio n   in d ex ,   w h il s s w it ch in g   an g le s   at  th at  r an g ca n   b o b tain ed   u s i n g   C T B   tech n iq u e.   Hen ce ,   b o t h   tech n iq u es  ca n   co m p le m e n ea ch   o th er   to   ca lcu late  th s w it ch in g   an g le s   f o r   v er y   w id r an g o f   m o d u latio n   in d ex .   F u r th er m o r e,   th p r o p o s ed   ca lcu latio n   tec h n iq u es  r eq u ir n eit h er   n o n - tr an s ce n d e n tal  eq u atio n s   n o r   iter atio n s   to   o b tain   t h s w i tch in g   a n g les.  He n ce ,   b o th   tec h n iq u es  ca n   b ea s il y   e x te n d ed   f o r   o th er   n u m b er   o f   lev els a n d   C HB MI   to p o lo g ies  w h er w id er   r an g o f   m o d u l atio n   in d e x   is   r eq u ir ed .         ACK NO WL E D G E M E NT S   T h is   r esear ch   w a s   s u p p o r ted   b y   t h Sch o o o f   E lectr ical  S y s te m   E n g i n ee r in g   ( Un iM A P )   an d   th Min i s tr y   o f   E d u ca tio n   Ma la y s ia  th r o u g h   t h Fu n d a m e n tal  R esear c h   Gr an Sch e m e   ( FR GS/2 /2 0 1 4 /T K0 6 /UNI MA P /0 2 /3 ) .       RE F E R E NC E S     [1 ]   S .   Ch a tt e rjee ,   A   M u lt il e v e In v e rter  b a se d   o n   S VP W M   T e c h n iq u e   f o P h o t o v o lt a ic  A p p li c a ti o n ,   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o P o we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   v o l /i ss u e :   3 ( 1 ) ,   p p .   6 2 7 3 ,   2 0 1 3 .   [2 ]   M .   S .   Ku m a r   a n d   R.   Ka n n a n ,   Util izin g   th e   Op ti m iza ti o n   A lg o rit h m   in   Ca s c a d e d   H - Brid g e   M u lt il e v e In v e rter,   T EL KOM NIKA  In d o n e si a n   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g ,   v o l / i ss u e :   13 ( 3 ) ,   p p .   4 5 8 4 6 6 ,   2 0 1 5 .   [3 ]   B.   Oz p in e c i,   e a l . ,   Ha r m o n ic  Op ti m iza ti o n   o f   M u lt il e v e Co n v e rters   u sin g   Ge n e ti c   A l g o rit h m s,”  IEE Po we r   El e c tro n ics   L e tt e rs ,   v o l /i ss u e :   3 ( 3 ) ,   p p .   9 2 9 5 ,   2 0 0 5 .   [4 ]   J.  N.  Ch ias so n ,   e a l. ,   A   Un if ied   A p p ro a c h   to   S o lv i n g   th e   Ha r m o n ic  El im in a ti o n   E q u a ti o n in   M u lt il e v e Co n v e rters ,   IEE T r a n sa c ti o n o n   P o we r E lec tro n ics ,   v o l /i ss u e :   19 ( 2 ) ,   p p .   4 7 8 4 9 0 ,   2 0 0 4 .   [5 ]   J.  S .   L a a n d   F .   Z.   P e n g ,   M u lt i lev e Co n v e rters     A   Ne w   Br e e d   o f   P o w e Co n v e rters ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   In d u stry   Ap p li c a ti o n s ,   v o l /i ss u e :   32 ( 3 ) ,   p p .   5 0 9 5 1 7 ,   1 9 9 6 .   [6 ]   E.   Ba b a e i,   e a l. N o v e S tru c tu re   fo M u lt il e v e Co n v e rte rs ,   in   2 0 0 5   I n tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   E lec tri c a l   M a c h in e s an d   S y ste m s,   v o l.   2 ,   p p .   1 2 7 8 1 2 8 3 2 0 0 5 .   [7 ]   E.   Ba b a e i,   e a l. ,   Re d u c ti o n   o f   DC  V o lt a g e   S o u rc e a n d   S w it c h e in   A s y m m e tri c a M u lt il e v e Co n v e rters   u sin g   a   No v e T o p o lo g y ,   El e c tric P o we r S y ste ms   Res e a rc h ,   v o l /i ss u e :   77 ( 8 ) ,   p p .   1 0 7 3 1 0 8 5 ,   2 0 0 7 .     [8 ]   R.   T a leb ,   e a l . ,   G e n e ti c   A lg o r it h m   A p p li c a ti o n   i n   A s y m m e tri c a 9 - L e v e In v e rter,”  In ter n a ti o n a l   J o u r n a l   o f   Po we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   v o l /i ss u e :   7 ( 2 ) ,   p p .   5 2 1 5 3 0 ,   2 0 1 6 .   [9 ]   L .   M .   T o lb e rt,   e a l. ,   M u lt il e v e Co n v e rter   f o Larg e   El e c tri c   Driv e s,”  IEE T ra n sa c ti o n s   o n   In d u str y   Ap p li c a ti o n s ,   v o l /i ss u e :   35 ( 1 ) ,   p p .   3 6 4 3 ,   1 9 9 9 .   [1 0 ]   Y.  L .   Ka m e s w a ri  a n d   O.  C.   S e k h a r,   F u z z y   L o g ic  Co n tro ll e d   Ha r m o n ic  S u p p re ss o in   Ca sc a d e d   M u lt il e v e l   In v e rter,”  In ter n a ti o n a J o u rn a o Po we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   v o l /i ss u e :   7 ( 2 ) ,   p p .   3 0 3 3 1 0 ,   2 0 1 6 .   [1 1 ]   T .   Cu n n in g h a m ,   Ca s c a d e   M u lt il e v e In v e rter f o Larg e   H y b rid - El e c tri c   V e h icle   A p p li c a ti o n with   V a rian DC   S o u rc e s ,   M . S .   T h e sis,  Un iv e rv sity   T e n n e ss e e ,   Kn o x v il le,  2 0 0 1 .   [1 2 ]   F .   L .   L u o   a n d   H.  Ye ,   A d v a n c e d   DC/A In v e rter s: A p p li c a ti o n s in   Re n e w a b le E n e rg y ,”   T a y lo &   F ra n c is,   2 0 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.