TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 8, August 201 4, pp. 5709 ~ 5719   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.620 6          5709     Re cei v ed Ma rch 5, 2 013;  Re vised  Ma y 3, 2014; Acce pted May 2 5 , 2014   Analysis of T-Source Inverter with PWM Technique  for High Voltage Gain Application      K.Es w a ri, M s  R.Dh any a   Dep a rtment of Electrical & El e c tronics Eng i n eer i ng, Karp ag am Univ ersit y ,  Coimb a tore, In dia    Corresp on din g  author, e-mai l : eshjasm i ne @ g mail.c o m, dha n y a.el ectrical @gmai l .com       A b st r a ct   T h is pap er de als w i th Analy s is of T - Source inverter w i th  PW M  T e chniq ue for hig h  vol t age ga i n   app licati on. T h e T - source i m ped anc e  netw o rk is new ly i n troduc ed to ov e r come the  pro b le ms of Z - sou r c e   inverter. This T-source inverter is  similar to Z - source inverter except  the us e of hig h  frequ ency low  le aka g e   ind u ctanc e transformer. It ha s low  reactive  compo nents  i n  compar e w i th conve n tio nal Z S I. T h is T - source   inverter h a s an abil i ty to perform dc to ac pow er  convers i on a nd it prov ides  b u ck -boo st operatio n in   a   singl e sta ge. T he tra d itio nal  i n verters  ca nn o t  provid e suc h   feature. Oper at ing princ i p l e of  T - source  i n vert er   is al most sa me  as that of Z S I. All trad ition a l  PW M  meth ods  can b e  us ed t o  contro l T - sou r ce inv e rter. T h e   utili z a ti on of s hoot-thro u g h  sw itchi ng state is enh anc ed in  T - source inve rter w h ich hel ps in the u n iq u e   usag e of b u ck- boost fe ature t o  the i n verter. I t  is reco mme n ded th at to  mai n tain th e co nstant volta ge  in t h e   inp u t side to ge t the appro p riat e output vo ltag e.     Ke y w ords :   Z - source i n verter , T - Source inve rter, voltage  b o o st,  PW M control,  shoot-thro u gh contro l.    Co p y rig h t   ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion    Inverters a r e  the d c  to  a c  co nverte rs.  The in put d c  su pply i s  eit her   in   the    form   of    voltage  or   curre n t  is  converted  in   to vari able   output  ac  voltage [1-4].  The  output   ac     voltage   can    be  cont rolled   by varying  i nput d c    s u p p ly  or   by  v a rying th e gai n of the i n verter   .There  are two types  of tra d itional  i n verters   ba se d    on  in put   so urce   use d   i n   ind u stri es   for  variable    spe ed  d r ive   an d  ma ny  oth e r   a ppli c at ion s ; tho s e  are  a )  Voltag e-sou r ce  inve rter    and      b)Current -so u rce  inve rter.  Tradition all y   in  most   o f   indust r ie s   these volta g e - so urce i n vert er     and   current-sou rce  i n verter  a r e   u s e d   in   a d just able  sp eed    drives.   But t hese tra d itio nal  inverters hav e many   limitations [4].  The ne w imp edan ce  sou r ce power inve rter ha s b een  invented, eli m inates  all problem s  of the traditional V-source  and I-sou r ce inverters  [4]. This imp edan ce net work called a s  Z so urce   inverter. The   impedan ce   netwo rk   con s ist s   of   two  inducto rs  an d  two  capa citors  conne ct ed    to  each  oth e r [4]. In this desi gn, ZSI provide s  a si n g le-stage volt age bu ck-boo st ope ration. I t  is  being u s e d  in  ac/dc  po wer  conve r si on a pplication s . Howeve r in so me appli c atio ns the effici e n cy  of Z-sou r ce i n verter  ca n b e  wo rse tha n   these  of co nventional t w o-stage  bu ck-b oost system s  [3].  Other di sadv antage of Z-sou r ce invert er is its se nsitivity to parasitic  indu ctan ce s of galvanic  con n e c tion s and ca pa cito rs of LC imp edan ce  net work. Th ese indu ctan ce s cause signifi cant  over voltag es duri ng  switch es  com m utati on. Hen c e  ov er  sizi ng  of switch es is typ i cally u s ed  in  Z- sou r ce inve rt ers de sig n .  Applicatio n o f  addition al  clampi ng  (sn ubbe r) ci rcuits in  Z-so urce   inverters is necessary as well.   Another  in co nvenien ce   o f   Z-sou r ce topology   is la ck of  commo n  point  of  groundin g     of  primary so urce, LC net work   and  transi s tor   b r id ge that is imp o rtant  due  to  generated   EMI   disturban ce s.  Finally  an  inco nveni ent i n  som e  appli c ation s  featu r e   of  Z-so urce inverter  i s  the  discontin uou s  inp u t   curre n t  an d   high    value s     of di/ d t that impo se the  ne ce ssi ty of appli c ati o n   of input L C  filter.  The  aim  of pre s e n t pa per i s  to   sho w  the p o ssibil ity of realization of bu ck-bo o st   inver t er   s i milar  to Z-s o ur ce inver t er  but w i th  use of  high freq uen cy (HF )  tran sformer  with small  leakage i ndu ctan ce. Th e  new i m pe dan ce-so u rce  po wer inverte r   has  bee n re cently invent ed,  eliminate s  all probl em s of the ZSI. This impeda nce ne twork called a s  T-sou r ce in verter [3].  The TSI topo logy re quires a very lo w le ak a ge in du ctance tra n sfo r mer  whi c h  sh ould b e   made  with hi gh preci s io n  [3]. In such  a way, the  numbe r of p a ssive elem e n ts is  re du ced   becau se only  the transfo rmer an d the cap a cito r  are  neede d. By  utilizing t he T - so urce inve rter,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  570 9 –  5719   5710 the num ber  of switchin g  comp one nts  and the  total   volume of t he  system  can be  minimi zed.  Thus, the  overall  cost of the sy stem  is minimi zed. T-source  inverter i s  ut ilized to  real ize  inversi on a n d  boo st functio n  in one  sin g l e  stag e.  As with a co nventional ZSI, the  TSI can h and le  sho o t throug h states whe n  both swit ch es in the sa me pha se le g are turn ed  on [5-13]. Th e T- netwo rk is used in stead  of  the  L C -network for  boo sti ng the  out put  voltage by i n se rting  sh o o t  throug h state s  in the PWM. T-Source  Inverter  ope rating prin cipl e same a s  that of conventional   ZSI. TSI ope rate in  Shoot t h rou g h  mod e  and   Non  sh oot throug h  mode. In  sho o t-thro ugh  m ode   of operatio n, the output voltage is b o o s te d [13].      2. Z Source Inv e rter   2.1. General  Description  The n e w imp edan ce -sou rce po we r inve rter  ha s  be e n  re ce ntly in vented, elimi nates all  probl em s of t he tra d itional  V-source  an d I-sou r ce  in verters [4]. It is bei ng  used  in a c /dc po wer  conve r si on a pplication s . Figure 1  sho w s the gene ra l  Z-so urce co nverter  stru cture. The po wer  sou r ce ca n b e  either volta ge so ur ce o r  cur r e n t  so urce [2, 4].      Figure 1. Z-S ource Inverte r  Structu r e     Figure 2. Ne w type T – Source inverte r     ZSI provide s  a single - sta ge voltage  buck- boo st o peratio n. Uni que L C  imp edan ce   netwo rk  sig n i f icantly impro v es the  p e rfo r man c e  of the inverte r . It  allows   sho o t-thro ugh   stat es    of   the   inve rter leg s    du ri ng   boo st   op eration   a s   well  o pen    circuits   of  inve rter leg s    du ri ng     norm a l (bu ck) ope ration. In steady stat e, the  capa ci tor voltage, the d. c.-li n k v o ltage an d the  output a.c. pe ak ph ase voltage of  the ZSI are given by [4]:    Vc  = V in/ (1-Do)                                      (1)    Vi= B .Vin= V in/ (1-2Do)                                    (2)     M.  M . B                                 (3)    Whe r e,  Do =T o/Ts   is the ST duty ratio, To is the ST time per the  switchi ng pe rio d   Ts     B=1/  (1 -2D o )     B= Boost Fa ctor  M= Mod u latio n  Index    From  (3), the   peak   a.c  o u tput  pha se   vo ltage  ca n  be  co ntrolle d  both by  a d justin g    the  mo dulati on  in dex  o r    ST time, and  it can  be   larger th an th e i nput  d c   V o ltage   by  adj u s t    the ST Time. This is th e main Advantag e of the ZSI [4].    2.2. Dra w b a c ks of ZSI Ne tw o r k    The u n ique  o peratio n p r in ciple  ma ke s the o s ses eva l uation of the  ZSI is compl e x and   different from  that of the  V S I, and different ST b o o s t  control   meth ods have  a  great influe nce  on     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Analysis of T - Source Invert er with PWM Tech ni qu e for High Voltage  Gain Applica t ion (K.Eswa r i)  5711 the losses ev aluation [3]. Whe n  The Z S I is oper atin g in buck mo de, it operate s  like a VSI  and   the losse s  of the IGBTs  a nd  the  free whe e ling   dio des  (FWDs)  are  calcul ate d   in  the  same   way  as  the  VSI. Going into the boo st  mode, the S T  states  are  requi re d to b oost the in put  voltage.   Duri ng  th e   ST  state   all   six  IGBT s (f or  simple, m a ximum and  consta nt maxi mum ST   boo st control method s) o r   two  IGBTs (for modi fied  space vector  modulatio n  ST  boost  co ntrol    method ) are   con d u c ting  si multaneo usly    and the d.c.-link is  sho r t ci rcuite d.  Above  features  en su re robu st ne ss  o f   the  in verter  durin g  inco rrect  turn on  of    transi s to rs  o r   durin g app eara n ce of  external   EMI   disturb a n c e s . Moreover Z - so urce inve rter  cha r a c teri ze s attenuating o f  common  mo de and  differe ntial distu r ba nce s  on  DC side (d epe ndin g   on co upling  o f  inductors wit h in the imped ance network).   Ho wever in  some a pplications th e effici ency of Z - so urce inve rter can  be  wo rse tha n   these  of conv entional two-stage  bu ck-b oost  system s. Other di sa dvant age  of Z-source inve rter is  its sen s itivity to parasiti c  in ducta nces of  galv ani c con nectio n s  an d cap a cito rs  of LC  im ped an ce   netwo rk.  The s e in du ctan ces  cau s e  si gnifica nt ov e r  voltage s d u ring  switche s   comm utation.  Hen c e ove r  sizi ng of swit che s  is typically used  in  Z-source inv e rters de sign . Application  of  addition al cla m ping (sn ubb er)  circuits in  Z- source inve rters is ne ce ssary a s  well.    Another  in co nvenien ce  of   Z-so urce  to pology  is l a ck of  common  point  of  gro undin g     of   primary  sou r ce, LC   netwo rk  a n d   transi s tor b r idge that  is  importa nt  due to  generated     EMI  disturba nce s .   Finally an in conve n ient i n  som e  ap p lication s  feat ure of Z - so urce inverte r  is the     discontin uou s  in put   cu rre n t  a nd  high   values of  di /dt that impo se   the  ne ce ssity of  a ppli c ati on    of  inp u t  L C    filter.  The  ai m of p r e s ent  pape r  i s    to  show the   po ssibility  of   re alizatio n of   b u ck- boo st inverte r   simil a r to   Z-source i n verter  but   wit h   use of hig h  frequ en cy (HF) t r an sformer  with sm all leaka ge ind u ct ance. For mi nimizatio n  of the negative i m pact of tran sform e r lea k age   indu ctan ce o n  the inverter performan ce  two clam pin g  circuit s  are  prop osed: a n  active sn ub ber  and a pa ssive snu bbe r [3].       3. T-  SOUR CE N e t w ork    3.1. General  Description  The  New type T -  so urce  inverter  (TSI ) over co me t he limitation  of traditional   voltage   sou r ce inve rt er a nd  cu rren t sou r ce inve rter [3].  With  u s e  of TSI, the  inversion  an d al so th e b o o st  function i s  a c compli sh ed in  a singl e stag e. TSI has fe wer  com pon e n ts. Due to th ese  rea s o n , the   efficien cy ap pre c iably i n crease. Unlike  the tradi tio nal  inverte r , TSI utilize s   a u n i que im ped an ce  netwo rk that l i nks the inverter main ci rcu i t with  the DC source. The  TSI topology requi re s a ver y   low le akage i ndu ctan ce tra n sformer whi c h  sho u ld  b e  made  with hi gh p r e c isio n.  In su ch a  way,  the numb e r  o f  passive ele m ents i s  redu ced  be ca u s e  only the tra n sformer and  th e ca pa citor  are  need ed [1, 3].  The  DC  voltage  is  fed  as  input  to  th e  impedan ce   network  of  TSI which  he lps  to   achi eve  volt age   bu ck   an d   boo st   pro pertie s . Th en   the  outp u t o f   the   imp e d ance   network   is    applie d  to   t he  i n verte r    main   ci rcuit   whi c h  con s ists  of   fou r    switch es.  The    voltage   bo o s t    capability  of TSI   is  facilitated by  tu rning   ON  both  the switches in the same phase l eg  simultan eou sl y. Voltage  boost  capa bility  of  TSI   is   due  the ene rgy tran sfer  f r om  capa cito rs  to indu ctors, durin g  the  shoot   thro ugh   state. Since ,  the cap a cito rs m a y be ch arge d to hig h e r  voltages th an  the so urce v o ltage, the di ode ‘ D ’  preve n ts di schargi ng of  capa cit o rs thro ugh t h e   s o urce [13].  The features  of T – Source  inverter are as follo ws:   a)  Low rea c tive comp one nts i n  comp are  wi th conventio n a l Z-source in verter.   b)  Use of a com m on voltage  sou r ce  of the passive arra n gement.   c)  Minimize the numbe r of switching d e vice s.  d)  No ne ed s of dead time.   e)  Inducto r de creases the in rush  curre n t and harmoni cs in the inrush curre n t.    3.2. Principle of Oper ati on  As with a  convention a l ZSI, the TSI c an h andl e  sho o t throu gh state s   when bot h  swit che s  in th e sam e  pha se leg are turn ed on. T he T - netwo rk i s  u s ed inste ad of  the LC-net wo rk   for  b o o s ting the  outp u t  voltage by  in serting sh oot   throug h  state s  in  the P W M. T –  Sou r ce  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  570 9 –  5719   5712 Inverter op erating prin cipl e same a s  th at of  conventi onal ZSI [2].  The T-netwo rk is u s ed in st ead  of the LC-n etwork  fo r  b o o sting  th e  o u tput  voltage   b y   in se r t in g  s h oo t th r oug h  s t a t es   in   th e     PWM. TSI operate in two  mode s: a) Sh oot throug h, b) No n sh oot throug h mod e   a) Shoot thro ugh mod e :  Figure 3  sho w s th e eq uivalent ci rcuit  of T  – Sou r ce Inverter i n   Shoot thro ug h mode   operation. Th is sh oot thro u gh ze ro   state  prohibite d in  traditional vo ltage so urce i n verter. It  can   be  obtain ed   in  three  different   ways  such  a s   sho o t  throug h  via  any  one   phase  leg   or    combi nation   of  two   pha se leg.  Du rin g    this  mo de,     Diod e  i s   reverse   bia s e d ,   se pa rating    DC    link   from  the AC line.   A desi r ed vol t age can b e   maintaine d  at  the output b y  controlling t h e interval  of sho o t  through state. Thus  the T  – Source   inverter  highly   improves  t he   reliability  of  the  inverter     sin c e   sh ort   circuit a c ross any ph ase le g  is   a llo wed   and it  ca nn ot dest r oy th e switch es in  the  inverter [13, 14].          Figure 3. Shoot through M ode   Figur e 4. Non  Shoot throug h Mode       b) No n – sh o o t through m ode:   Fig 4  sh ows   the  equivale nt circuit of TSI  in Non – shoot thro ugh  mode  op erat ion. In    this  mo de,  the  invert er   bridg e   op era t e in one  of  traditional   acti ve  states,  th us  a c ting   as  a  curre n t sou r ce whe n  viewe d  from T –  so urce ci rcui t. During   active   state, the voltage imp r e s sed   across lo ad.  The dio de  co ndu ct and  ca rry current  dif f eren ce b e tween the i ndu ctor  cu rre nt a nd  input  DC  cu rre nt. Note  that  both the i ndu ctors hav e an ide n tical  curre n t beca u se  of   coupl e d     indu ctors.    3.3. Design  of T – Sourc e In v e rter   Duri ng the d e s ign of TSI the most challe nging i s   the e s timation of value s  of the reactive   comp one nts  of the imp e d ance n e two r k. The  co mp onent val u es sh ould  be  e v aluated fo r  the  minimum in p u t voltage of the co nverte r, where the  b oost fa ctor a nd the curren t stresse s  of  the  comp one nts become  maxi mal.   Calculati on of the average current  o f  an inducto r  [13, 14].    L DC P I V                                                                 (1)    The   maximu m   cu rre nt  th roug h   the   in duc to r  occu rs wh en  the  ma ximum shoot -throug h     happ en s, whi c h    cau s e s     maximum   ri p p le   current.    In  o u r de sig n ,   60%   p e a k -to-pea k    cu rren t    ripple  thro u gh  the Z-so urce  indu ctor du ri ng  m a ximum  power o peratio n  was  ch o s en.  Therefore,   th e   allo wed    ri pple cu rrent   i s    ∆ I L , and   th e  m a ximum    curre n t  th rou gh   the   in ductor    is   I Lm a x :      max LL L II I                            mi n LL L II I                                                                        ma x m i n LL L II I                                      (2)    The boo st factor of the inpu t voltage is:    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Analysis of T - Source Invert er with PWM Tech ni qu e for High Voltage  Gain Applica t ion (K.Eswa r i)  5713 1 12 Z B D                                                        (3)    Whe r e  D 0   i s  the sh oot-th r o ugh duty cycl e:      1 2 z B D B                                                         (4)    Cal c ulation of  requi red in du ctan ce of Z-source ind u cto r s:       . OC L TV L I                                                          (5)    Whe r e,  T 0   - is the shoot -through p e rio d  p e r switchi ng cycle.  Cal c ulation of  requi red  cap a citan c e of Z-sou r ce ca pa citors:     . L z C I T C V                                                            (6)      4. Pulse Width Modula t io n Techniqu e   With  the  introdu ction  and   wide  accep t ance   of  TSI  as an altern ative  for traditional  voltage sou r ce and cu rrent  source inve rters  (VSI/CSI ), the  modified  switchi ng  scheme s   fro m     the  tra d ition a l   scheme s   has  rea c he d   the  poi nt  where  the fu rt her i m prove m ents i n  firi n g  the   swit che s   and   in se rting   th e   sho o t  th ro ugh   state s  b r ing  cru c ial  b enefits [1 4]. In ad dition to   the   six a c tive switching  state s  for the  VSI, ZSI  ha s se ven shoot-th r ough  ze ro  st ates,  whe n  the   positive a nd  negative  swit che s  of a  sa me pha se  l e g  are  simulta n eou sly switch ed on. Thi s   shoot- throug h  state  is  harmful i n  VSI/CSI and  can  re su l t  sho r t ci rcui ting an d da maging  of e n tire   appli c ation.   Due to the  ca pability  of buck-bo ost a nd  wide  ra n ge of  operating poi nts, TSI  is  suitable    for  th e  a ppli c ation s    with    un stable   p o w er supply   such  a s   fu el  cell, win d  p o wer, ph otovolta ic   etc. Same p u lse  width m odulatio n (P WM) l ogi cs  a nd metho d s  of VSIs can  be ad apted t o  a   swit ch a  TSI with a  slight  modificatio n s.  The  di stri but ion of the  sh oot-t hroug h i n  the  swit chi ng  waveforms of  the traditional PWM con c ept   is  the key factor to control the TSI. The DC link  voltage boo st (diag onal  cap a citor volta g e ) , cont rollabl e   range  of    ac  outp u t  voltage, voltage     stre ss  across the switchi n g device s   an d  harmoni c   profile  of  the  ac   output  param eters  are  purely ba se d [14].    4.1. T y pes of PWM Techn i ques   There a r e n u m ber  of control metho d s  h a ve bee n p r e s ente d  in  re cent years that  inclu d e   sinu soi dal pul se that incl ud e [16]:  a)  Sinusoi dal Pu lse Wi dth Mo dulation (SP W M) T e chniq ues  b)  Modified Spac e Vec t or Modulation (MSVPWM) Tec h niques .    The vario u s  PWM co ntrol  algorith m s a r e:   a)  Simple Boost  Control  (SBC)  b)  Maximum Boost Control (MBC)  c)  Maximum Co nstant Boo s t Control (M CB C)    d)  Traditional  Space  Ve ctor Modulation  (T SVPWM)   e)  Modified Spac e Vec t or Modulation (MSVPWM) [16]       5. Exitsting  Method              In this perfo rmance analy s is a nd si mul a tion  of maximum co nsta nt boost  cont rol with     third harmoni c  injection  method s  for  the  Z-s ource  inverter,   whi c h  can  obtain  maximum     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  570 9 –  5719   5714 voltage  boo st for a fixed modulatio n in dex [4]. The  Z-source i n ve rter i s   very ad vantageo us o v er  traditional inv e rters an d it can b e  empl oyed in  all ac and dc p o wer conversio n  application s . All  traditional P W M meth od s can  be u s e d  to cont rol Z - sou r ce inve rter. Maximum  con s tant   bo ost    control metho d s elimin ates  the low-freq uen cy rippl e s   in   the inductor  cu rrent  and  capa cit o r  voltage  by   maintainin g  the  shoot  through  dut y  cycle  con s tan t, and minimize  the  voltage     st re s s e s   of   swit chin g  de v i ces  at   t he   same   tim e . The  Maximu m  boo st  co ntrol  meth od   is    suitabl e  for  relatively high  output  frequ ency onl y, bu t  in  the  maximum co nsta nt boost control  method the  Z-source  net work d e si gn i s  ind epe nde nt of the out put frequ en cy and dete r m i ned  only by the switchi ng freq uen cy [4].     5.1. Maximum Constant  Boos t PWM  w i th  Third Harmonic in Control Me tho d     The   maximu m  con s tant   boo st   control   a c hieve s  th e  maxim u m   voltage   gai n   while     alway s   kee p i ng  the  sho o t-thro ugh  dut y ratio  con s tant [4]. Maximum  Con s ta nt  boost  co n t rol    with  third  ha rmoni c  inj e ct ion  meth od   is  devi s ed   to  produ ce  t he  maximu m  con s tant b o o s t  while mini mizing the voltag e stre ss. Shoot-thro ugh  p u l se s are g ene rated a s  sh o w n in Figu re  5.  These shoot-throug h pul ses can b e  g enerated by   usin g trian g u l ar waveform  gene rator  a n d   comp arator. Shoot-throug h time is  de cide d by the two referen c e level s  call ed sh oot-th r o ugh   level.   When    trian gula r    carri er   wave    excee d s  a b o v e  up pe r  sh oot-throug h  l e vel  o r    bel o w   lowe r  sho o t-t h rou gh  level  a  shoot-th r o ugh  pul se  is  generate d  [4].        Figure 5.  Shoot-throug h Pulse s  [4]  Figur e 6. Maximum co nsta nt boost control   with third ha rmonic inj e ctio n-PWM  waveform [4]      Figure 5 sh ows third h a r moni c inje ct ed PWM  with sho o t-thro ugh an d the  control    method   i s    re ferre d   as  m a ximum  con s tant  bo ost     control    with  t h ird   h a rm oni c   inje ction.    The  third and  hig her ha rmo n ic comp onent  can b e  inje cted into fund amental to redu ce ha rmo n ic  distortio n  in the output  wa veform. The t h ird h a rm onic comp one nt with 16.6% of  the fundame n tal  comp one nt is injected into  the modulatin g sign als [10,  11].  As  sho w n   in   Figu re  6,  at   an   an gle   of    π /3   of  m o d u lating   si gna l  the thi r d   ha rmoni c    comp one nt  crosse s  zero  and  then  in crea se s towards  ne gative  pea k [4].  Therefo r e  at   π /3   Va  reache s  its  peak value  ( √ 3/2 ) M  while Vb  is   at  its  minimum  value -( √ 3 / 2 ) M .   I n  t h i s     method  only   two  strai g h t   lines  are   need ed  to   control  the   shoot-th r ou gh   time  with  the     third  harm oni c  injectio n [4, 11].  The  com pon ent value s  o f  Z-source  in verter  dep en ds  on  swit ch ing fre que ncy only.  These comp onent value s  are L1  = L2  = 4mH  and  C1 =  C2  = 1000 uF. The  purp o se of the   system i s  to  p r odu ce  23 0Vrms lin e to lin e  voltage.   Fo r  PWM   gen e r ation th e   ca rrie r   frequ en c y     is  set  to  1 0   KHz  an d   modulating   refere nce  signal  freq ue ncy  is  set  to  50Hz.  The    modulatio n in dex  is  0.8  and  the  input  DC  voltage  is  188V [4].    5.2. Results and Output  Wav e forms   Input dc voltage applie d to Z-source inve rter is 1 88V [4].  The  capacitor  voltag e  is  the    averag e d c  li nk voltag e re mains almo st  con s tant   ab out  337V   a s    sho w n  i n    Figure 8   Th us     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Analysis of T - Source Invert er with PWM Tech ni qu e for High Voltage  Gain Applica t ion (K.Eswa r i)  5715 the  input  voltage (18 8 V)   is  booste d  (337V )  and   applie d  as  dc  link  volta ge.  The pea k  value of this dc lin k voltag e appe ars as  input  voltage  across the m a in inverte r  ci rcuit.                            Figure 7. Input DC Voltag e = 188V [4]   Fi gure 8. Cap a citor Volta g e  = 337V [4]                                                        The  output   dc  link  vol t age  acro ss  Inverter  Bridge  app ea rs as   sho w n   in  the     Figure  9  Th e  pea k  d c   link  voltage   remain s  almo st co nsta nt a bout 48 0V. It  is ob se rved t hat  durin g  sho o t-throug h  state  dc lin k volta ge b e come s  zero  sin c e  all  devices in  m a in inve rter a r e  swit che d  on simultaneo usly , short ci rcuiting the dc lin k.     Figure 10  sh ows  the  simulation  an d  exper imen tal  results  o f   diode  voltage  and    indu ctor  cu rrent.  The  diode  is  reverse bi ased by capa citor volta ge duri ng sho o t-thro ugh  wh en  all the  six   switche s    are  tu rned    on,   blo cki ng   the   r e v e r s e   f l o w    o f  c u r r e n t .   A l s o ,   w e    c a n    s e e     that  durin g  the  sh oot-th r ough p e ri od,   the  cap a cito r  voltage  becomes    equ al  to  the  indu ctor    voltage.  The   cap a cito r   ch arge s  th e  in ducto r   so  th at  the indu ct or   curre n t  in cre a ses  du ri ng     this  time  and  relea s e s   its ene rgy du ri ng active stat e [4].            Figure 9. Peak dc Li nk Volt age a c ro ss Inverter  Bridge  = 480 V [4]  Figure 10. Di ode Voltage  and Indu ctor  Curre n t  [4]                                    6. Proposed  Metho d   In  this  pa pe r    pe rform a n c e   an alysis    and     simul a tion   of  Simpl e   Boo s t  Con t rol  m e thod     for  the  T-so urce  inverte r  [14].  The T-sou r ce   invert er  is very  a d vantage ou s  over  Z-sou r ce    inverter    an d  it  can   b e   empl oyed   in  a ll   ac a nd d c  p o wer   conve r sion    appli c ation s .  All    traditional  P W M  meth od s  can  b e    use d   to  co ntrol  T - source  inve rter.  The  simple  b oost  control metho d  is simpl e  to control T-sou r ce im ped an ce netwo rk.     6.1. Simple  Boos t Co ntr o l  In sim p le   bo ost   control,   t he   shoot-th r ough  pe riod s  are  fabri c ate d  by two  straig ht  line s   whi c h are eq ual or g r eate r  than the (m aximum and  minimum )  pe ak value s  of the  modulati o n     referen c e  si nusoidal  si g nal. Figure 1 1  sho w s  the compl e te imp l ementation b l ock diag ram  of  the SBC tech nique. S hoot  throug h  switching  pul se s a r e  gen erate d   by co mpa r ing  the  dc si gna l  (with e qual  o r  greater tha n  the pe ak  o f  tri angula r   si gnal)  with th e high f r equ ency  tri angu lar    c a rrier s i gnal.               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  570 9 –  5719   5716     Figure 11. Block Dia g ra m of Simple Boost Co ntrol       Major exp r e s sion s of SBC method a r e o u tlined he re,                  Modulation index:     Vca r ref V M                     Shoot through duty  ratio:    M 1 O D                     Gain fac t or:     O 2D 1 M G      Boos t  fac t or:    M G B     In orde r to  prod uce the  output voltag e t hat req u ires a hi gh v o ltage gai n, a small  modulatio n in dex ha s to  b e  u s ed.  Ho wever,  sma ll  m odulatio n in d e xes  re sult i n  greater volta g e   stre ss on th e  device s .  Usi ng this control metho d , t he  voltage   st ress   acro ss   the switche s  is  quite hi gh,  which  will  restri ct  th e   obtai nable   vo ltag e   gain   b e ca use  of th e lim itation of d e vice   voltage  ratin g . [14]          Figure 12. Simple Boo s t Control Meth od  Waveform s [16]  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Analysis of T - Source Invert er with PWM Tech ni qu e for High Voltage  Gain Applica t ion (K.Eswa r i)  5717 This meth od,  use s  two  straight line s  eq ual to or  gre a ter  than  th e  peak  valu e of  th e   three ph ase referen c e s  to  control the ST duty  ratio   in  a  tradition al  sinu soid al  PWM,as  sho w n  in Figure 12 Whe n  the  triangul ar wave form  is  grea ter  than  the  upper lin e, Vp, or lowe r  than    the  bottom line Vn, the  circuit  turn s  into  ST  state. Otherwi se it operat e s  just as tradition al  carrie r ba se d  PWM. Thi s   method i s  ve ry strai ght  forward ho weve r, the re sultin g voltage  stress  across the  switche s  is rel a tively high becaus e som e  traditional  zero  states a r e no t utilized   [16].    6.2. Simulation Diagram         Figure 13. Simulation Di ag ram of Prop o s ed System       7. Experimental Re sults           Figure14. Inp u t and Output  Waveform   Figure15. Inp u t Pulses of T S I  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  570 9 –  5719   5718 Simulation m odel for si ngl e pha se T-so urce inverte r  wa s de signe d by using M A TLAB/  SIMULINK. F i gure  14  sho w s the  output  voltage  and   cu rre n t waveform  of T-so urce i n verte r   wi th   simple  b oost   control te ch ni que.  He re, th e inp u t voltag e is 1 00V. Th e outp u t volt age i s  boo ste d   up to 220V b y  shoot throu gh duty ratio.          Figure 16. Motor Outp ut      Figure 16 shows the mot o r output and it  consist of  auxiliary current,  main windi ng   curre n t, torqu e  and spee d variation.        8. Conclusio n   This the s is d eals  with the Analysis of T- source inv e rter  with PWM techniqu e for hig h   voltage gai n  appli c ation. T he  T - source   inverte r    ov ercome s  th e   pro b lem s  of   the  Z - sou r ce    inverter   and   p r ovide s  b u ck-b oo st o p e ration  in  a  singl e  stage.  The  T-so ur ce inve rter sy stem    can    pro d u c e   a n    output    voltage   g r e a ter   than   th e   dc  in put    voltage   by   controlling   t he    sho o t-throug h  duty  ratio, which  is  impossibl e   for  the  traditional  voltage -so u rce  inve rter    and  cu rrent-sou rce invert er. The T-so urce invert e r  has lo w re active compon e n ts in com p a r e   with ZSI. All  tradition al PWM method s can be u s ed to  control T-source inve rte r . In  this  paper    Simple  boo st  control  me thod is u s ed  to contro l  the  T-so urce  i n verter. Th e output of the T- sou r ce inve rt er i s  give n to  the ind u ctio n  motor.   The  o u tput voltage   can  be  varie d  by varying  the   DC in put voltage.        Referen ces   [1]  W e i Qian, F a n g  Z hen g Pe ng , Honn yo n g  C ha. T r ans-   Z - Source Inv e rters.  IEEE Transactions o n   Power Electronics . 2011; 2 6 (1 2).  [2]  Fang Zhen g  Peng, Se nior  Mem ber, IEEE. Z-Source Inverter.  IEEE T r ansaction s on Industry   Appl icatio ns . 2 003; 39( 2).   [3]  R y sz ard Strzel ecki, Marek Ad amo w icz, N a tal i a Strzeleck a .  New  T y pe T - Source Inverter .   Procee din g s   on Com patib ilit y a nd Po w e r El ectronics 6th In ter natio nal C o n f erence-W o rks hop. 20 09; 19 1 - 195.   [4]  Amol R  Sutar,  Sat y a w a n   R  Jagtap, J a kirh usen T a mb o li.  Performanc e A nal ysis  of Z - so urce Inv e rter   F ed Inductio n  Motor Drive.  Internati o n a l Jo urna l of Sci ent ific & Engine er ing Res earc h . 201 2; 3(5).  ISSN 2229- 55 18   [5]  Cursin o Br an d ao J a co bin a , A n toni o Marc us  Nog ueir a   Lima.  Curr ent C ontr o l for  Ind u ction  Motor  Drive s   Using R a n dom  PW M.  IEEE Transacti ons o n  Industri a l Electr onics . 19 98; 45 (5): 704-7 12.   [6]  Fizatul Aini Pat a kor, Marizan  Sula iman, Zulk ifilie  Ibra him. C o mparis on Perf ormanc e of Induction Moto r   Using SVPW M and H y ster esis Curr ent  Contro ller.  Jo u r nal of T h e o re tical an d Ap pli ed Infor m ati o n   T e chno logy . 2 011; 30( 1): 10- 17.   [7]  Marian P K a z m ierko w sk i, L u igi M a les a n i . Current C ont rol T e chniq u e s  for  T h ree-Phase V o ltag e- Source PW M  Conv erters: A Surve y .  IEEE Transactio n s o n  Industri a l El ectronics . 1 9 9 8 ; 45(5): 6 91- 701.   [8]  Omar Ell abb a n , Joer i V an  Mierlo,  Phi lip p e  L a tair e.  Co mp ariso n  betw een   Differe nt PW M  Contro l   Methods  for  Different Z  S ource I n verter  T opol og ies.  Proceedings  on IEEE Conference  Rec ent   Photovo l taic sp ec., 2008.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.