Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 ,  Decem be r   2020 , p p.   1759 ~ 1766   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 4 . pp 1 759 - 1766           1759       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Improve d dead - ti me elimi nation m ethod fo r three - phase  powe r  inverters       Ra e f Ab oelsa ud 1 ,   Ah me d I brah im 2 ,   Alex an der   G.   G ar ganeev 3  ,   I van  V .  A le ks andr ov 4   1,2   Depa rt me n t   o f  Elec tr ical  Pow er  and   Mac h ine s   Engi n ee ring ,   Zagaz ig   Univer sity ,   Egyp t   1,2,3   Depa rt me n t   of  Elec tr ical Eng ine er ing, Nat ion al   R ese ar ch  To m sk Polyte chn ic   Univer sity, Russ ia     4 Novos ibi rsk state tec hn ical  un iv ersit y,   Novos ibi r sk,  Russ ia n       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Oct   7 , 2 01 8   Re vised  M a r   1 ,  201 9   Accepte d  M a y   10 , 20 20       In  real  inv erters'  oper a ti ons,   it  is   essential  to  insert   d el ay   t im e   i n  the  pulses   provide d   to   th e   inv ert e r  sw itch es  to   pro te c t   th e  DC   l ink  agai nst  th e   short  ci rcu it s.   From  t his  situation,  th e  de ad  ti m e  ph e nome non  is  in tr oduce d  that   ca uses  undesirable   per for ma n c e  and  distor ti o n  of  the   outp ut  signal.   Previously,  rese arc her s   hav e  pro posed  var ious  sc hem es   for  com p ensa ti ng   o r   el iminating   de a d - ti me.   In   th is  pape r,  a   new   d ea d - t im e   el i mi n at ion   (DTE )  sche me  is   propo sed  with   a   guar ant e e  al gori thm  to  e li m inate   dead - ti me  and   over come  the  i ss ues  produc ed   at  the  z ero - cur ren ts - cro ss ing  p oint   ( ZCC).   Thi s  m et hod  do es  not  r equi r e  a ddit ional  h ard wa re  or  f il t ers  to   d et er mi ne   th e   p ola rit y   of   the  o utput  cur r ent ,   an d  i ts  prin ci p le  is   ver y   si mpl e   to  i mpl ement .   The  develope d   DTE  m et hod   co mpl etely   re moves   the  de ad - time   i ss ues  on  the   ma gnit ud e  and  phase   of   the  out put  voltage ,   and   avoi d   th e  probl em s  which   ca n   be   induc ed   aro und  the  ZCC.   The   r esult s   co nfirm  the  eff e ct i vene ss   an d   safe ty  of   th is m e thod.   Ke yw or d s :   Dead - ti me eli minati on    Inver te rs    PI D - re gula tor   PWM   Transi stor swit ch     This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Ra ef Ab oelsau d   Dep a rtme nt of  Ele ct rical  Pow er a nd M ac hine s Enginee rin g,    Zagazig  Unive rsity, Eg ypt     Emai l:  r sah me d@ e ng.z u. e du. eg       1.   INTROD U CTION     The  s witc hing  dev ic es  of  the  i nv e rters  su c h  a s  IG BT   an d  MOSFE T  are  not   ideal   switc hes ,  the y  ha ve   finite   tur n - O N/tur n - OF F  ti me s  wh ic h  ma y  pro vid e  s hoot - th rou gh   on   t he  D C  li nk   [ 1] .  To  ov e rc om e  this  issue ,   the  dea dtime  is   introd uced,  w hich  as sures  th at   the  switc hes   of   one  le g  are  no t  cl os ed   at   the  same   ti me.  Dead - ti me  is  reali ze d  by  delayi ng  the  risi ng  e dg e   of  t he  pulse s  pro vid e d  t o  th e  switc he s  [2] .   Dea d - ti me   cre at es  a   nonlinea r  c onve rter  c har act e risti c  that  ca us e s  a  distor ti on   of  the  outp ut  vo lt age   [3] ,  i.e .,  it   gen e rates  a  low - order  ha rm on i cs  in  the  outp ut  volt age  of   the  in ver te r ,  wh ic h  le ads   to  a dd it io nal  losses  w hich  i ncr ease   sign ific a ntly  w it h  increasi ng  s witc hing  fr e quency  [ 4] .   Var i ou s   m et ho ds  ha ve   bee n  pro po se d  to   el imi nate  the   de ad  ti me   or  to   com pensat e   for  it s   ef fects.  These   meth ods   can   be  cat e gorized   as  fo ll ow s:  a)   meth ods  base d  on  a ver a ge  volt age  c ompe ns at io n,  b)   pulse - base d  c ompen sat ion   meth ods,  c)   meth ods   base d  on  ha r monic  co mp e ns at io n,   d)  D ead  ti me  el im inati on     (D T E) met hods.   In   t he  c ompen sat ion   ba se d  on  a ver a ge  vo lt age,  t he  er r or   vo lt age   bet wee n  the  act ual  ou tpu t  vo lt age   and   i deal  outp ut  volt age,  du e  to  the  Dea d - Time ,  is  ave ra ged   a nd  ad de d  or   s ubtract ed   from  the  refe ren ce  vo lt age   acc ord ing   t o  t he  c urr ent  pola rity   [5 - 8] .  These   met hods  co mp e nsa te   the  ma gnit ud e   er ror  of  outp ut  vo lt age  but t he  correcti on  of phase e rror i s  not consi der e d  [9] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   1759   –   1766   1760   Pu lse - base d  m et hods  co mp e nsa te   the   vo lt ag e  er r or  intr oduc ed   by   dea d  ti me  for   each   pu lse   [ 10,   11 ] .   In   t hese  met hods ,  t he  vo lt age   error  is  detect ed  a nd   t hen  co rr ect ed   in  th e  ne xt  pulse .  T hi s   delay  i n  the  volt ag e   correct ion i s c on si der e d  a s th e main  draw ba ck of  these  met hods   [ 12] .   In  the  meth ods  base d  on  com pensat ing  the  ha rm onic s   induce d  fro m  the  dea d - ti me  inse rtio n,   add it io nal  co nt ro l  lo ops  are  e mp lo ye d  in  th e  inv e rter  co nt ro l  s ys te m  to  f il te r  these  harmo nics  [ 13 - 15] .  T he   dead - ti me  pro duce  e ve n  harm on ic s   an d  main ly  the   sixt h  ord er  harmo nics  i n  t he  s ynch r onou s   ref e ren ce   f rame.   The  sixth   or de r  harmo nic  is   s uppresse d  us i ng  a n  inte gr al   con t ro ll er   in   [ 16]   a nd  a   co m pensat or  based  ne ur al   netw orks  i n  [17] .  T he  rep et it ive  c on t ro l  has   been  use d  an d  embe dd e d  wit h  the   pr opor ti onal   res onant   c on t ro l  sy ste m i n  [18]   and  [ 14] ,  and  use d wit h PI  c ontr oller in  [ 15]   to miti gate the   dead - ti me  harmo nics.    All  the   dea d - ti me  c ompen sat ion  meth ods   a re  us e d  t o  c ompe ns at e  t he  def ect s   pr oduc ed  from   the   dead - ti me  in se rtion.  T hey  don't  gi ve  ide al   s olu ti ons  beca use   the  dea d  ti m e  eff ect s   va r y  with  ma ny  factor s   li ke  the  ci rc uit  des ign ,   de vice  c ha racteri sti cs,  l oad  co ndit ion  [19 ] .  More ov er,  th ere  is  no  on e   co mp e nsa ti on   method  ca n  c ompe ns at e  al l  the  dea d  ti me  e ff ect s  to gethe r,  su c h  as  the  e r ror  in  ma gnit ude  an d  ph a se,  and   t he  delayin g  e ffec t an d har monics .   The   w or k  in   [ 20,  21]   pro po s es  a   D TE   te ch nique  t o  av oid  the   s hort  ci rc u it   on   the   DC   li nk  of  t he  inv e rter   with out  i ns erti ng   de ad - ti me.   T his   te chn i qu e   is   e xe cuted   by  disa bling  t he  PWM   sig nal  pro vid ed   t o  on e   switc h  of  t he  in ve rter  le g  acco rd i ng  to  a ntiparall el   di ode  co nductio n  of  the  othe r  s wi tc h  in  t he  sa m e  le g.  To  detect   the  c onduct ion  of  diodes,   a  hard war e   detect io n  ci rcu it   is  i ntr oduce d,   res ulti ng  in  a ddit iona l  cost,   low  reli abili ty,   an d  no ise   im munit y.   This   method  has   a  high  dep e nden ce  on  the   c urr ent  pola rity   de te ct ion   because   the   w ron g  detect io n  le ads  to   seri ous  distor ti on.   M ore ov e r,   t his   meth od  is  no t  reli able  ar ound  the   zero - cr os si ng  po i nt  of  i nv e rter  c urre nt  wh ic h  ma y  c on ta in   hi gh  ri pp le ,   this  will   be  detai le d  in  t he    nex t  sect ion s .   In  [ 19] , t he  D T E is p e rformed  b y disa blin g  the in ver te r  s witc hes  acco r ding to  t he po la rit y of  t he  duty   cycle  pr ov i ded  by  the  c urre nt   regulat or  with ou t  requiri ng  a dd it io nal  detec ti on   hardware  ci rcu it s.  Aro und  the   zero - cr os si ng   po i nt  of  the  i nverter   cu rr e nt,  a  transiti on  f r om  the  DTE  sc he me  to  t he  co nventio nal  P W M   with   dead - ti me  c ompen sat ion   is  a pp li ed .  T he  propo rtion al   resonan t  c ontrol  is   us e d  to  c omp ensate  the  dea d - ti m e   harmo nics  i n  t his  sit uatio n.  T his  is  a   mi xed - method   that  do es n't  giv e   f ull  el imi nation  of  dead  ti me  beca us e  i n  50%  of   t he  s wi tc hin g  per io d  t he  c onve ntio na l  PWM  is   ap plied.  More over ,  this  meth od  hig hl y  depen ds   on  the   typ e  of c on tr ol  te chn iq ue.   The   w ork   in   [22]   us es   the   inv e rter  c urre nt  f eed bac k,  instea d  of  dut y  c ycle  e sti mati on   [ 19]    or  hard war e   dete ct ion   ci rc uit  [ 20] ,  th rou gh  a  double   sec ond - order   ge ne rali zed  i ntegr at or  locke d  lo op  ( D SOGI - FLL)   to   mit iga te   noise   a nd minimiz e  th e  c urr ent d ist or ti on   a rou nd  the   zer o - cro ssi ng mome nt.  This   gi ves   e rror   betwee n  the  filt ered   feedbac k  sign al   a nd  the   act ual  value   of  cu rr e nt.  Mor eov e r,   t his  met hod  require d  a   d el ay   com pensat ion f or the  filt ered   s ign al .   To  a vo i d  al l  the  D TE  issue s ,  this  pa per   of fer s  a  sim ple  DTE  sc heme  with  act ual  in ver te r  c urre nt  feedbac k  thr ou gh   a  regular  c urre nt  sens or   wi thout  an y  preci se  add it io nal  ha rdwar e  detect ion   ci rc uit  or   filt ers.  A  ne w   guara nt ee  sc heme   is  pro posed   to   pr e ven t   the   ove rlap  betwee n  the   le g  s witc hes   w hich   can   be   pr oduce d  arou nd  the   zer o - c rossin g  of  t he  i nv e rter   cu r ren t.   T he  de ve lop e d  DTE   me thod  is   saf e,  ef fecti ve  a nd  do es  not   dep e nd  on  t he  method  of   c on trol  or  m odula ti on .  T h is  met hod  is  em ploy ed  f or  a  th ree - ph a se  volt age  so urce   inv e rter  (VSI ) c on t ro ll ed  by P ID - co ntr oller  with P W M .         2.   DEA D - TI ME  EFFE CT   The  to polo gy   of   th ree - phase  auto nomous  V SI   with  LC - filt er  is  show n  in  Figure  1  [ 23] .  The  ty pical   con t ro l sc heme  w it h dea d - ti m e insertio n for  on e  leg i nv e rte r  is  dep ic te d i n Fi gure  2.  Dea d - ti me is e xec ut ed  by   app l ying  a  del ay  ti me  i n  the   rising  ed ge  f or  eve ry  P WM  pulse s.  The   dela y  ti me  is  a bout   2 - 5  µs  acc ordi ng  to   the  switc h  cha racteri sti cs.  Fi gure  2  s hows  al so   the  c urre nt  flo w  directi on   t hro ugh  th e  anti - pa rall el   diode s   durin g  the d ea d - ti me, wher e  t he  cu rr e nt  pola rity  is  de fine d  as  posit ive  if  the  cu rr e nt  fl ows  from  the  i nve rter  to  the  loa ds ,  an d  vice  ver sa .  The  volt age  dro ps   of  s witc hing  dev ic es   and  f reewheel ing   diodes ,  pa rasit ic  capaci ta nces a r e b e yond the  s cop e  of t his p a per an d n ot c onside red.   The   switc hing   sig nals   ( S a ,   S’ a )  befor e   a nd  after   the   dea d - ti me  inse rtion  ( T d ),  a nd  t he   e ff ect   of  t he  dead  ti me  on  t he  in ve rter  ou t pu t  volt ages  a r e  dem onstrat e d  in   Fig ure  3.   The  t urn - on  ( T on )  an d  t urn - off  ( T off )  delay  ti mes  of  the in ver te r  s w it ch es are  not s how n bu t a re c on si der e d  i n  th is analysis .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Impr oved de ad - ti me  el imin ation met hod  f or  t hr ee - phase   powe r inverters   ( Raef A bo el s au d )   1761       Figure  1. Th re e - phase a uton omo us   VSI  with  LC - filt er           Figure  2. Ty pi cal  co nt ro l s ch eme with  the  intr oductio n of   the d ea d  ti me  inser ti on  f or   on e inv e rter le g           Figure  3. S witc hing si gn al s a nd the  corre spo nd i ng outp ut  volt age  of one l eg of  the i nv e rt er, bef ore a nd  after  insertin g  a  dea d  ti me,  with   re sp ect   to  the  outpu t c urre nt of t he po la rity in ve rter.       It  can   be   ob se r ved  that  t he  i nverter   ou t pu t  volt age  ( e an )  de pends   on  t he  pola rity  of  the   outp ut  c urren t  ( i a ).   Co mp a rin g  with  t he  idea l  case,  w hen   t he   ou t pu t  c urrent   is  po sit ive,  t he   inv e rter  out put  volt age  is  re du ce d  (volta ge   loss ),  an d  w he n  i a   is  ne gative,   th e  in ver te r   ou t pu t   volt age   is   inc reased   (vo lt age  gai n).   Figure   3   ind ic at es  the   c onduct ions   of  the  tra ns ist ors  ( Qa  a nd  Q’ a )  a nd  their   anti - pa rall el   diodes  ( Da  a nd  D’ a ).   It   can   be   ob s er ved  th at   durin g  the   dae d - ti me   the   diodes   are   c ondu ct ing  an d  al lo w  t he   outp ut  c urren t   to   fl ow.   At   the   neg at ive   pola rity  of  the   ou tp ut   cu rr e nt  i a ,   th e  di ode  D’ a   is   cond ucted   a nd  pr ov i des   a  po sit ive  outp ut   volt age   e an .  At  the  posi ti ve  po la rity  of   the  outp ut  current  i a ,  the  di ode  Da  is  c ondu ct ed  an d  pro vi des  a  ne gative  ou t pu t  vo lt age   e an . In   on e  sw it c hing  per i od  T sw , t he a ver a ge v oltag e erro r  ca n be  expresse d  as   [ 14] :     ,        0 ,       0 d on off dc a sw d on off dc a sw T T T Vi T e T T T Vi T − − +  = +−      (1)     and ass um in g  T on   =  T off  yields ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   1759   –   1766   1762   d dc sw T eV T =       ( 2)     W he re  T sw   is  th e  switc hing  pe rio d  an d  V dc   is  the  instanta neous  DC   volt age.   From  (2),   to   de crease  the   vo lt age   er ror  pro vid e d  by  the   dead - ti me,  ei th er  decr ease   the   dea d - ti me  T d   or   i ncr ea se  the   switc hing  per i od  T sw   (i.e.  decr ease  t he  switc hing   f reque ncy).  T he   inv e rter  wit h  lowe r  switc hi ng   fr e quenc y  r equ i res  a  la r ge r  LC - fil te r  for  filt ering   t he  switc hi ng   fr e quenc y  ha rm on ic s .  O n  the  ot her   hand,   with  a  shorte r  dead   ti me  per i od,  the   conve rter le gs   hav e  r is ks   of s hort - ci rc uiti ng.       3.   THE   PROPOSE D   DTE   ME THOD   Fr om  Fi gure  3,  after  dead - ti m e  insertio n,   it   c an  be   cl early  obser ve d  that  w hen   t he  c urren t   is  posit ive,  the  out pu t  volt age  fo ll ows   th e  sh a pe  of  the   switc hi ng  sig nal  S a .  Wh e n  the  c urren t  is   neg at ive ,  t he  ou t pu t   vo lt age   fo ll ows  the   i nv e rsion   of   the   s witc hi ng   si gn al   S' a .   This   is  due  t o  the   fact   that  du rin g  t he   dea d - t ime  the   two  switc he s  a re  op e n,  the   outpu t  c urre nt  i a   i n  ne gative  pola rity  flo w  t hrough  Da,  gi ving  ou t pu t   volt age   V dc /2 ,   and  when   i a   is   in  t he  posit ive  directi on,   the   di od e   D'a   is   c onnected   a nd  pro v ides   ou t pu t   volt age   - V dc /2.   I t  can   be  co nclu de d  that  wh e n  the   current  is  po sit ive  or   neg at ive,  the  ou t put  vo lt age  f ollo ws  only  one  of   the   switc hing  sig na ls,  and   si nce   this  sign al   in cl ud es  a  dead  ti me,  this  affe ct s  the  ou t put  vo lt age.  Fro m  this   ph e nome non,  the  pr i nciple  of  the meth ods  of eli minati on of  dead ti me is int rod uced.           Figure  4. The  s cheme  of the  prop os ed  DTE       Figure  5. The   pro po se d DTE   al gorithm       The   pro pose d  DTE   sc heme   f or  on e   ph a se  ( i.e.  phase  a )   is   s how n  i n  Fig ur e   4.  D uri ng  the  posit ive   po la rity  of  ou t pu t  c urre nt  ia ,  the  switc hi ng  s ign al   S'a  is  dis abled  (i.e.  t he  switc h  Q'a  is  pe rma nen tl y  op ened),   wh e reas   no  ch ang i ng  is  a ppli ed  t o  t he  oth e r   swit chi ng  si gnal .  A nd  vice   ver sa   durin g  t he   ne gative   pol arit y  of   the  ou t put  c urren t.   T his  al gorithm   is  e xec ut ed  e very   sam pling  per i od  T s.  T he   propose d  DTE   al gorithm   i s   sh ow n  in  Fig ure  5.  I n  this  ca se,  the  ti me  int erv al   betwee n  the  two  switc he s  is  very  lo ng   and   is  a bout  25%  of   the  switc hi ng  per i od,  with ou t  any   disto rtio n  in  the  outp ut  vo lt age .  T her e fore,  t her e  is  no  need   t o  in ser t  dead - ti me, as  s how n i n  Fi gure  6.           Figure  6. S witc hing si gn al s a nd the  corre spo nd i ng outp ut  volt age  of leg a   with the   pr opose d DTE  meth od     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Impr oved de ad - ti me  el imin ation met hod  f or  t hr ee - phase   powe r inverters   ( Raef A bo el s au d )   1763   4.   THE   POTE N TIAL   LIMIT ATIO NS   OF   THE   DTE   AND   ITS   PRO P OSED   S OLU TIONS   As  t he  ou t put  inv e rter  c urre nt   is  not  pure  s inu s oid al   a nd  con ta in s  rip ples  in  hi gh  f requen ci es   an d  amplit udes,   th ere  a re  man y  os ci ll at ion s  i n  the  c urren t   pol arit y  a rou nd  t he  ze r o - c ro s sing  po i nt  as   s how n  in  Figure  7.   T his   may  le a d  to  l os s  of   s witc hi ng   sig nals  in  s om e  inte rv al s  and   sto p  the  di sabling   al gori thm  in  oth e r  inte rv al s.   Tha nks  t o  th e  fr ee wh eel in g  di od es ,  the   ou t put  volt age   is  not  dist or te d  as   rev eal e d  in   Fi g ur e   7.  Howe ver,  in  th is  sit uation,   t he   ti me  interval   betwee n  the  t wo   switc hes  m ay  be   ve ry   sm al l  and   lo wer  than  t he   dead - ti me  t oler ance  a nd  res ulti ng  in   a  s hort  c ircuit   in   the   in ver te r   le g.  This   pa per  offer s   a   gu a ra ntee  al go rithm   to  a vo i d  t his  pro blem.   This   al gorith m  pro po s es  t wo  f ee dforwa rd  decoup li ng   lo ops  with  off - dela y  bl ocks   betwee n  t he   two  s witc hing   s ign al s,   as   s hown  in   Fi gure   8. The   op e n  lo op  t ran s fer  func ti on   of  t he  APS  m odel   with the  curre nt  co nt ro l l oop  c an be  wr it te n  a s:           Figure  7. The  issues  a r ound t he  ze ro - cu rr e nt - cr os sin g p oin t           Figure  8. The   pro po se d g uar a ntee al gorith m         (a)       (b)     Figure  9. The   e ff ect   of the  gua ran te e al gorith m whe n (a)  t int > 5  µs  a nd (b)  t int   <5  µs   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   1759   –   1766   1764   As  t he  ou t put  inv e rter  c urre nt   is  not  pure  s inu s oid al   a nd  con ta in s  rip ples  in  hi gh  f requen ci es   an d  amplit udes,   th ere  a re  man y  os ci ll at ion s  i n  the  c urren t   pol arit y  a rou nd  t he  ze r o - c ro s sing  po i nt  as   s how n  in  Figure  7.   T his   may  le a d  to  l os s  of   s witc hi ng   sig nals  in  s om e  inte rv al s  and   sto p  the  di sabling   al gori thm  in  o the r  inte rv al s.   Tha nks  t o  th e  fr ee wh eel in g  di od es ,  the   ou t put  volt age   is  not  dist or te d  as   rev eal e d  in   Fi gure   7.  Howe ver,  in  th is  sit uation,   t he   ti me  interval   betwee n  the  t wo   switc hes  m ay  be   ve ry   sm al l  and   lo wer  than  t he   dead - ti me  t oler ance  a nd  res ulti ng  in   a  s hort  c ircuit   in   the   in ver te r   le g.  This   pa per  offer s   a   gu a ra ntee  al go rithm   to  a vo i d  t his  pro blem.   This   al gorith m  pro po s es  t wo  f ee dforwa rd  decoup li ng   lo ops  with  off - dela y  bl ocks   betwee n  the  tw o  s witc hing si gnal s,  as  s how n i n  Fig ure  8.   The   pr opos e d  gu a ra n te e  al gorithm   disa bles   the  s witc hing   sign al   pr ov i de d  to   one   s witc h  w he n  the  oth e r  s witc h  of   the   same   le g  is  tu rn e d  on   an d  t his d isa blem ent  is  c onti nue d  for   5  µs   after   the   fall in g  e nd   of  t he   oth e r  s witc hing  si gn al .   T he  eff ect   of  this   gu a ra ntee  al go rithm  a pp ear s  on l y  w hen  the   ti me  inter val   ( t int )  betwee n  t wo  s witc hing  si gn a ls  is  le ss  tha n  5  μs ,   as  s how n  in   Fi gure  9.  Figure  10  s ho ws  t he  ty pical   blo c k  diag ram  of  the   pro posed   sc he me  of  t he  DTE   f or   one  le g  of   the  in ver te r.   T he  pro po se d  guara ntee  al go rithm  i s   plac ed   betwee n  t he   switc h  ga te s  an d  the   pro po s ed   DTE   bloc k.  T he   P WM  is  util iz ed   to   prov i de   the   s witc hing   sign al s  f or   t he  pro po se d  DTE   blo c k.  T he  P I D  c on t ro l  te c hniq ue  is  us e d  t o  regulat e  the  l oad  volt age  [ 24,  25] .  As  s how n  i n  Fi gure  10, t he pr opos e d   DTE  has n o  i nf lue nce  on th e  contr ol  sy ste m a nd P W M   [ 26] .           Figure  10. T op ologica l co ntr ol  sch eme  w it h t he pr opos e d D TE meth od  for on e  in ver te r  le g       5.   SIMULATI O N   RES ULTS   The  pro posed   DTE  is   te ste d  on  a  th ree - pha se  VSI  with  L C  filt er  co nnec te d  to  (a)  resist ive  loa ds   (b)  and   i nductive  loads .  M at hem at ic al   and   sim ulati on   m odel ing   was  ca rr ie d  out  in  M A T LAB  /  SIM U LINK  env i ronme nts. The  par a mete r s u se d  i n  the  s i mu la ti on is s hown in T able  1.         Table  1.   Sy ste m p a ramete rs   Para m eters   Valu es   DC in p u t vo ltag e o f  th e inv erte r   V dc   =  6 4 0  V   Sam p lin g  tim e   T s   =  2 0  µs   Switch in g  f requ en cy   f s   =  5 0 0 0 Hz   DC - lin k  capacitan ce   C dc   =  1 0 0 0  µF   LC f ilte r    L =  2 .5 m H ,  C=   8 0  µF   Res istiv e load s   R a   = R b   =  R c   =  1 5  Ω   Ind u ctiv e load s   R a   = R b   =  R c   =  1 5  Ω   L a   = L b   = L с   = 10  mH       In  the   resist ive   loa d's   case,   th e  s witc hing  sig nals,   the   c orres pondin g  l oa d  volt age   of   the   phase   a  a nd   the D C  li nk v ol ta ge  are   s how n  i n  Fig ure 1 1   ( a )   a nd 1 1   ( b )   with   the   dea d - ti me  in flue nce  an d wit h  the  p r opos e d  DTE,  re sp ect i vely.  With  t he   dea d - ti me   insertio n,  the   load   volt age   is  disto rted,  t he  t otal  ha rm on ic   distor ti on (%T HD)  is  2.8%,  wh il e  this  dist or ti on  is  gr eat l y  re duced   wit h  the   el imi nation  of  the   dea d  ti me,  %TH D=  0.53%.   The   same   te st   is  pe rfo rme d  i n  the  case  of  i nductive  loa ds,  where  the  pe rformance  si gnal s  without  and   with  the  D TE  are  s how n  in  Fig ur e  12   ( a )   an d  12   ( b ) ,  r especti vely .  T he  pr opos e d  de ad - ti me  el imi nation  reduces  the  % THD   of  the  lo ad  volt age  f r om  3.7 7%  to  0. 5%.   In   a dd it io n,   the  pro po se d  DT E  re du ce s  the   vo lt age  r i pp le  i n  the  D C  li nk, whic h  le ad s to   a d ec rease i n  t he req uire d  siz e of the  D C l in k  ca pacit or.   Fr om  the  e nlar ged   ima ge  i n  F igure  11   ( b )   an d  12 ( b )   it   can  be  see n  that  th e  ti me  in te rv al   betwee n  the   two  s witc hing   sign al s  a  the  zero - cu rr e nt - c r os sin g  is  m or e   than  5  μs.  T his  co nf ir ms  t he  ef fecti ven e ss  an d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Impr oved de ad - ti me  el imin ation met hod  f or  t hr ee - phase   powe r inverters   ( Raef A bo el s au d )   1765   safety   of  the   pro posed   DTE .  Fr om   the   re su l ts,  it   ca n  be   ob serv e d  that   the   ri pp le s   of  the   DC - li nk   volt ag e  are   highly  re du ce d wit h  t he   pro posed DTE , r e su l ti ng  in  r e duci ng the  size  of  t he  capacit or  require d.         (a)   (b)     Figure   11. L oa d vo lt age  of  ph ase a, t he  c orre sp on ding s witc hing si gn al s,  a nd volt ages  in  t he DC l in k of  t he  VS I  w it h re sist ive loa ds   (a) w it ho ut t he pr op os e d  D TE,  (b)  with the  pr opose d DTE         (a)   (b)     Figure   12 .   Loa d   voltage   of  ph ase   a, t h e corre spon ding  sw it c h ing  s igna ls,   and   volta ges  in the   DC l in k  of  th e  VS I  wit h  induc ti v e loa ds ( a)  withou t  th e  pr oposed  DTE ,   (b)   with the   proposed  DTE .       6.   CONCL US I O N   This  pa per  pr opos es   a  simp le   dea d - ti me  e li minati on   sch eme  without  a ny  a dd it io nal  hard war e   or   filt ers  for  t he   detect ion  of  th e  outp ut   cu rr e nt  po la rity.   A   new  gu a ra ntee  al gorith m  is   pro posed   to   s ol ve  t he   pro blems  w hich  may   be  i nduc ed  from   the   outp ut  c urren t   ri pp le s .  T his  me thod  is   ap plied   f or  th ree - phas e  V SI  with  LC - filt er.   the  met hod  hi gh l y  re duce d  t he  loa d  volt ag e  disto rtion.  T his  met hod  is  eff ect ive ,  safe ,   can  be  easi ly impleme nted, an d  i ndep end e nt  of the c on t ro l  or m odul at ion  tech niqu e.       REFERE NCE S   [1]   J. - W.  Lim,   H.   Bu,   and  Y.   Cho ,   “Nove l   Dea d - Ti me  Comp ensa ti on  Str at egy   for   Wi d e  Cu rre nt   Range   in  a   Three - Phase  Inve rt er” ,   El e ct ronics ,   vol .   8,   no.   1,   p.   92,   2 019.   [2]   M.  H.  Ant che v   and  H.   M.  Ant c hev,   “De ad   t im e   infl u ence  on   op era t ing  mod es  o f  tra nsistor   reso nant   inve rt er  wi t h   pulse  fre qu enc y  modul ation  (PF M)” ,   Int ernati on al  Journal  of   Po wer  El e ct ronics  and  Dr iv e  Syst e m  (IJ PE DS) ,   vol .   10,   no .   4 ,   p p .  18 15 - 1822 ,   2019 .   [3]   A.  Kha li gh,   J .   R.   Wells,   P.   L.  C hapm an ,   and   P.   T.  Krein ,   “De ad - ti me  d istort ion   in  g ene r al i ze d   s el e ct iv e   har mon i c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   1759   –   1766   1766   cont rol , ”   IEEE  T rans .   Powe r  El e ct ron. ,   vol .   23 ,   n o.   3 ,   pp .   1511 – 1 517,   2008 .   [4]   M.  A.   Herr án,  J.   R.   Fis che r ,   S.   A.   Gonzá l ez ,   M.   G.   Jud ewic z ,   and   D.   O.  Carr ica,  “A dapt iv e  d ea d - time  com pensa ti on   fo r  grid - connect ed   PWM  inv erters  of   single - st age  PV   sys te ms,”  IE EE   Tr ans.   Power   El e ct ron. ,  vol.   28,   no .   6 ,   pp .   28 16 – 2825,   2013 .   [5]   Z.   Zha ng   and   L.  Xu,  “De ad - t ime   com p ensa ti on   o f  inve r te rs  consi der ing  snubber   a nd  par asi ti c   c ap ac i ta nc e,”  I EE E   Tr ans.  Powe r E l ec tron. ,   vo l. 29,  no.   6 ,   pp .   3179 – 3187,   2014 .   [6]   D.  F.  Wa ng ,   B.   W.   Yang ,   C.   Zh u,   C.   W .   Zh ou ,   a nd  J.  Qi,   “A  Fee dbac k - Typ e  Pha se  Volta ge  Co m pensa ti on  Str at e gy   Based  on  Phase   Curre nt  R ec onst ruc ti on   for  ACI M  Drive s,”   IEEE  Tr ans.  Powe r  El e ct ron. ,   vol .   2 9,   no.   9,   pp.   503 1 – 5043,   2014 .   [7]   T.   Mann en  and   H.  Fujit a,   “De ad - ti m e  co mpe n sati on  m et hod  b ase d  on  cur r ent  rippl e   estimati on, ”  I EE E  Tr an s.  Powe r E le c tron. ,   vol. 30, no. 7, p p.   4016 – 4024 ,   2 015.   [8]   A.  Le wick i,   “De ad - ti m e  eff ect  c ompe nsati on  b as ed  on  additional   phase   cur ren t  me asure me nts , ”  IEE E  Tr ans.  Ind .   El e ct ron. ,   vol .   6 2,   no .   7 ,   pp .   407 8 – 4085,   2015 .   [9]   D.  B.   R .   W ee r a koon,   B.   L.  L.  Sandar uwan ,   R.   T.   T.   De   Silva,  S.  G.  Abeyratne ,   and  D .   B.   Rat h naya ke ,   “A  nov e l   dea d - t im e  com p ensa ti on  sch em e   for  PWM  VS I   drive s,”   2016   IEE E  In t.   Conf .   Inf.   Au tom.   Su stain.   Int erope r.   Sustain.   Smar t  S yst.   N ext  Gen er.   ICIAf S  2016 ,   20 17.   [10]   D.  L eggate   and   R.   Kerk ma n ,   “Pulse - base d   de ad - ti me  com pensa t or  for   pwm  vo ltage   inve r te rs, ”   I EE E   Tr ans.  Ind .   El e ct ron. ,   vol .   4 4,   no .   2 ,   pp .   191 – 197,   1997 .   [11]   Jong - Li ck  L in,   “A  new  appr oa c h  of  dea d - ti m e  com pensa ti on  fo r  PWM  volt age  inve rt ers, ”  I EE E   Tr ans.  Circui ts  Syst.   I   Fundam .   Theory  Appl. ,   vo l.   49 ,   no .   4 ,   pp .   4 76 – 483,   2002 .   [12]   D.  B.   Ra thna y ak e,  S.  M .   H .   K.   S am ar asinghe,  C .   I.  Med age dar a,  and  S.   G.   Abeyr at ne ,   “An  enha n ce d   pulse - bas ed  dea d - t im e   co mp ensa ti on   techniq ue  for   PWM - VSI  drive s , ”  9 th  In t .   Conf .   Ind .   In f.  Syst.   ICIIS   2014 ,   vol. 2, 2015.   [13]   I.   Dolgun tseva,  R.   Krishna ,   D .   E.  Soman,  and   M.  L ei jon ,   “Con tour - base d   dea d - ti me  h arm oni c  a nal ysis  in   a   thr e e - le ve l  neu tral - poi nt - clampe d   inv er te r,”  I EE E   Tr ans.  Ind .   E lectron. ,   vol.   62 ,   no .   1 ,   pp .   203 – 210 ,   2015 .   [14]   Y.  Yang ,   K .   Zh ou,   H.   Wa ng ,   an d  F.   Blaabj erg ,   “Ana lysis  and  Miti gation  o f  D ea d - T im e   Har m onic s  in   the  Sin gle - Phase  Full - Brid ge  PWM  Conv e rte r  wi th  R epe t itive  Con trol l ers, ”   IEEE  Tr ans.  In d.   App l. ,   vo l.  54,   no.   5,   pp.   5343 – 5354,   2018 .   [15]   Z.  T ang   and   B .   Akin ,   “Suppre s sion  of   De ad - Time   Distorti on   T hrough  Rev ised   Rep et i ti v e  Con trol ler  in  PM S M   Drive s,”   Conf. Pr oc.   -   IEEE Appl .   Pow er  E le c tron.  Conf .   Ex po .   -   A PE C ,   vol .   32 ,   no .   3 ,   pp .   2730 – 27 37,   2017 .   [16]   S.  H.  Hw ang  a nd  J.  M.   Kim,  “De ad  ti m e  co mpe nsati on   m ethod  for  vol ta g e - fed   PWM  inv er te r,”  I EE E   Tr ans.   Ene rgy  Con ve rs . ,   vol .   25 ,   no .   1 ,   p p.   1 – 10 ,   2010 .   [17]   T.   Qiu ,   X.   W en,  and  F.   Zh ao,  “ Adapti ve - li ne ar - neur on - base d  d e ad - ti m e  eff e ct s  com pensa ti on  sc hem e   for  PM SM   drive s,”   IE EE Tr ans.  Powe r   Ele ctr on. ,   vol .   31 ,   no .   3,   pp.   2530 – 253 8,   2016 .   [18]   Y.  Yang,   K.  Zh ou,   and  H.  Wang,  “Ha r moni cs   Miti gation  of  Dea d  Time  Eff e ct s  in  PWM  Co nver te rs  Us ing  a  Repe titiv e  Contr oll er , ”   2015  I EEE  App l. P ower  E le c tron.  Conf .   E xpo. ,   pp.   1479 – 1 486,   2015 .   [19]   Y.  Wang,  Q .   Ga o,   and   X.   Cai,  “ Mixed  PWM  for   dea d - ti m e  el i minati on   and  com p ensa ti on   in  a  gr i d - ti ed   inve r te r , ”   IEE E   Tr ans.  Ind .   E lectron. ,   vol .   58,   no .   10 ,   pp .   4 797 – 4803,   2011 .   [20]   Li hua   Chen   and   Fang   Zh eng   Pe ng,   “De ad - Ti m e   E li m ina t ion   for   Volt age  Sourc e   Inve r te rs, ”   I E E E  Tr ans.   Powe r   El e ct ron. ,   vol .   2 3,   no .   2 ,   pp .   574 – 580,   2008 .   [21]   Y.  K.   Li n   and   Y.  S.  La i ,   “De a d - ti me   elimi n at i on  me thod  and  cur ren t  po la ri ty  det e ct ion  ci rcu it  for  thre e - ph ase   PWM - cont rolled   inve r te r , ”   2009  IEE E   Ene rg y  Co nve rs .   Congr.   E x po.   ECC E  2009 ,   vo l.   56 ,   no .   6 ,   pp .   83 – 90 ,   2009 .   [22]   Q.  Yan,  R.   Zhao,  X.  Yu an,   W.  Ma,   and   J.  He ,   “A  DS OG I - FLL - Based  Dea d - Time  El imina ti on  PWM  for  Three - Phase  Pow er  Co nver te rs, ”  I EEE  Tr ans.  Powe r E l ec tron. ,   vo l. 34,  no.   3 ,   pp .   2805 – 2818,   2019 .   [23]   R.   Aboels aud,  A.  Ibra h im ,   and   A.  G.   Garg aneev,  “Re v ie w  of   thre e - ph ase   inverter s  con trol  for   unbalanc ed  load  com pensa ti on, ”  Int.   J. P ow er  Ele ct ron.  Dr ive  S yst . ,   vol. 10, no. 1,  pp.   242 – 255 ,   20 19.   [24]   R.   Aboe lsaud,  A .   Ibr ahi m ,   and   A .   G.   Garg aneev,  “Volt ag e  Con tro l  of   Autonomou s  Pow er  Supply   Sys te ms  Based  on  PID   Controll er  Under   Unbal anc ed   and   Nonl ine ar   Lo ad  Con dit ions, ”  2019   I nt.  Youth  Conf .   Radi o  Elec tron.   El e ct r.   Powe r  E ng. ,   pp.   1 – 6,   201 9.   [25]   P.  B.   Prasad,  M.   Padma  L al i tha ,   and  B.   Sarve sh,   “Fra ctional  Or de r  PID   Control l ed   Casca d ed  R e - bo ost  Seven  Le v el   Inve rte r   Fed   Ind uct ion   Motor   Sys te m   with   Enhance d   Response, ”   Int ernati onal   J ournal  of   Pow er  E le c tronic s   and   Dr iv e  Syst em  (I J PE DS) ,   vo l. 9, n o.   4 ,   p .   1784 - 17 91 ,   2018 .   [26]   S.  Pala nidoss  a nd  S.  V.T . ,   “E x per ime ntal  Veri fic a ti on  of  Three  phase   qu asi  Sw it che d  Boost  I nver te r  wi th  an   Improve d   PWM  Control,”   Int ernati onal   Journal   of  Pow er  El e ct r onic s  and   Dr iv e   Syste m  (I JP EDS ) ,   vo l.  10,   no .   3 ,   p p .  1500 - 1509 ,   2019.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.