I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o wer   E ng i neer ing   ( I J AP E )   Vo l.  14 ,   No .   3 Sep tem b er   20 25 ,   p p .   6 7 6 ~ 6 8 7   I SS N:  2252 - 8 7 9 2 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijap e . v 14 . i 3 . pp 676 - 687           676       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : // ija p e. ia esco r e. co m/   Inv estig a tion o D C - AC  conv erte r  c o ntrol tec h niques  with  enha nced M O SF ET  ga te  driv er       E lm o ura bit  B o ua zz a ,   Ak a a bo un e   J a lil,  O ula a ro s s   M o ha m ed,   B encha g ra   M o ha m ed   Te a m   E n g i n e e r i n g   a n d   A p p l i e d   P h y si c s   ( EA P ) ,   S u l t a n   M o u l a y   S l i m a n e   U n i v e r si t y B e n i   M e l l a l ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   6 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Feb   2 0 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J u n   2 3 ,   2 0 2 5       To   p ro m o te  th e   u se   o p h o to v o l taic   (P V)  sy ste m a n d   re d u c e   c o sts,  it   i s   c ru c ial  to   d e v e lo p   in n o v a ti v e   a p p ro a c h e fo g ri d   in teg ra ti o n ,   th e re b y   c o n tri b u ti n g   t o   g lo b a p o we r   g e n e ra ti o n .   T h is  a rti c le  p re se n ts  th e   d e v e lo p m e n o f   a n   i n teg ra ted   p o we c ircu it   u si n g   th e   TOS HIBA - TL P 3 5 0   a s   a   g a te  d ri v e fo r   t h e   imp lem e n t a ti o n   o a   sin g le - p h a se   H - b r id g e   in v e rter,   c o m b in e d   wit h   in d u c t o r c a p a c it o r i n d u c to r   ( LCL )   fi lt e rs.  Th is  c ircu it   wa d e sig n e d   a n d   c o n tro l led   u si n g   a   h ig h - fre q u e n c y   p u lse   wid th   m o d u lati o n   (P WM si g n a g e n e ra ted   b y   a n   ATm e g a 3 2 8 P   m icro c o n tro ll e b o a rd ,   with   a   p re d e fin e d   p ro g ra m ,   to   fa c il it a te  th e   fil trati o n   a n d   re d u c ti o n   o b o th   c u rre n t   a n d   v o lt a g e   h a rm o n ics   p re se n t   a th e   o u tp u o f   th e   fil ters .   Th e   stu d y   p rima ril y   fo c u se o n   a   g rid - c o n n e c ted   m o d e   o f   o p e ra ti o n   b u a ls o   d e m o n stra tes   a d a p tab il i ty   t o   th e   i sla n d e d   m o d e .   Th e   p r o p o se d   a p p l ica ti o n   i n   th is  a rti c le  c a n   b e   a d a p ted   t o   o t h e re n e wa b le  e n e rg y   c o n v e rsi o n   sy ste m s.  Th e   e ffe c ti v e n e ss   o t h is  a c h ie v e m e n is  d e m o n stra ted   t h ro u g h   d e tailed   e x p e rime n tal  re su lt s,   h i g h li g h ti n g   t h e   p o ten ti a l   b e n e fit s   fo r   c o st   re d u c ti o n   a n d   p e rf o rm a n c e   imp ro v e m e n o f   p h o to v o lt a ic sy ste m s.   K ey w o r d s :   A T m eg a3 2 8 P   DC /A C   co n v er ter   PV sy s tem s     PW co n tr o l   T OSHI B A - T L P3 5 0   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   E lm o u r ab it B o u az za   T ea m   E n g in ee r in g   a n d   Ap p lied   Ph y s ics ( E AP) ,   Su ltan   Mo u l ay   Sli m an Un iv er s ity     C am p u s   Mg h illa,  B P 5 2 3 ,   B én i M ellal - 2 3 0 0 0 ,   Mo r o cc o   E m ail:  elm o u r ab it.b za @ g m ail . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Su s tain ab ilit y   is   at  th h ea r t   o f   o u r   tim e   wh en   it  co m es  t o   ex ce s s iv co n s u m p tio n   o f   elec tr icity   wo r ld wid e.   R en ewa b le  en er g y   s o u r ce s ,   s u ch   as  h y d r o p o we r ,   win d ,   a n d   s o lar   ( p h o to v o lta ic)   [ 1 ] ,   a r ess en tial  f o r   th is   tr an s itio n .   So lar   p h o t o v o ltaic  en er g y   is   g r o win g   r ap i d ly   wo r ld wid e,   m ar k e d   b y   s ig n if ican in cr ea s e   in   in s talled   ca p ac ity   co m p ar ed   to   p r ev io u s   y ea r s   [ 2 ] .   Or ig i n a lly   d esig n ed   to   p o wer   r em o te  ar ea s ,   p h o to v o ltaic  tech n o lo g y   h as  b ec o m cr u cial  s o lu tio n   f o r   en e r g y   ch allen g es.  T h ese  s y s tem s   co n v er s o lar   r ad iatio n   d ir ec tly   in to   elec tr icity   th r o u g h   s o lar   ce lls   [ 3 ] M an y   s t u d ies   h a v e   f o c u s e d   o n   p h o t o v o l tai c   e n er g y   c o n v er s io n   an d   th i n t e g r ati o n   o f   t h es s y s te m s   in to   t h p o w er   g r i d ,   e n s u r i n g   c o m p lia n ce   wit h   c u r r en a n d   v o lt ag in j ec t io n   s ta n d a r d s   at   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p li n g   ( PC C ) ,   i n   li n e   wit h   I E E E   5 1 9   an d   I E C   r e g u la ti o n s   [ 4 ] - [ 6 ] .   T h is   wo r k   d is cu s s es  th d esig n   an d   im p lem en tatio n   o f   DC /AC   co n v e r ter ,   f o cu s in g   o n   im p r o v em e n ts   to   its   s witch in g   co n tr o tech n iq u es   [ 7 ] - [1 0 ] .   Par ticu lar   atten tio n   was  g iv e n   to   th s witch in g   co n tr o l   cir cu it  u s in g   t h T OS HI B A - T L P3 5 0 ,   wh ic h   im p r o v es  th p e r f o r m an ce   o f   co n tr o l   m eth o d s   s u ch   as  PI   an d   PR   co n tr o b y   en h a n cin g   s witch in g   ac c u r ac y ,   r e d u ci n g   d elay s ,   an d   e n s u r in g   b ett er   o v e r all  s y s tem   s tab ilit y   an d   ef f icien cy   [1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Var io u s   co n tr o tech n iq u es  f o r   DC /AC   co n v er ter s ,   i n clu d in g   f u ll - wa v e,   s h if t,  an d   p u ls wid th   m o d u lat io n   ( PW M )   co n tr o l,   ar ex p lo r ed ,   with   PW co n tr o b ei n g   t h m o s p r o m in en t   [1 3 ] .   T h r esear ch   aim s   to   in tr o d u ce   n ew  PW co n tr o s tr ateg y   u s in g   an   AT m eg a3 2 8 m icr o co n tr o ller ,   d esig n ed   to   o p tim ize  f ilter in g   an d   r ed u ce   cu r r en t a n d   v o ltag h ar m o n ics at  th f ilter   o u t p u t   [1 4 ] - [1 7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I n ve s tig a tio n   o f D C - A C   co n ve r ter co n tr o l te ch n iq u es w ith   en h a n ce d   MOS F E   ( E lmo u r a b it B o u a z z a )   677   T h wo r k   is   o r g an ized   as  f o ll o ws:   Sectio n   1   p r o v id es  an   o v er v iew  o f   DC - AC   co n v er ter s   an d   r elate d   r esear ch .   Sectio n   2   co v er s   th PV sy s tem   co n n ec ted   to   th g r id ,   in clu d in g   th m o d elin g   an d   s im u latio n   o f   k ey   elem en ts   lik th DC /A C   co n v er ter ,   c o n v er te r   s witch   co n tr o l,  an d   th T OSHI B A - T L P3 5 0   MO SF E T   g ate  d r iv er .   T h m an y   DC /AC   co n v er ter   m an ag em en tech n i q u e s ,   s u ch   as  P W M,   wh ich   p lay   an   ess en tial  r o le  in   co n tr o llin g   t h s witch in g   o f   th DC /A C   co n v er ter ,   allo win g   f o r   p r ec is co n tr o o v er   th o u tp u wav ef o r m .   B y   m o d u latin g   th wid th   o f   t h p u ls es,  PW h elp s   to   m in im ize  h ar m o n ic  d is to r tio n   an d   s m o o th   th e   o u tp u t   cu r r en t,   wh ich   e n h an ce s   th e   ef f ec tiv en ess   o f   th f ilter in g   p r o ce s s .   Sectio n   3   p r esen t s   ex p er im en tal  a n d   s im u latio n   r esu lts ,   s h o wca s in g   MO SF E T   g ate  d r iv er   en h a n ce m en ts ,   th H - b r id g DC /AC   co n v er ter ,   an d   a   d etailed   an aly s is   o f   t h PW co n tr o l   s tr ateg y .   T h f in d in g s   co n f ir m   th e   s tr ateg y ' s   ef f ec tiv en ess   in   h ar m o n ic   r ed u ctio n ,   r ep r esen tin g   s ig n i f ican t im p r o v em en t in   p h o to v o ltaic  en er g y   c o n v e r s io n   s y s tem s .       2.   DE SCR I P T I O O F   T H E   S YST E M   ty p ical  s etu p   o f   a   s o lar   PV  s y s tem   co n n ec ted   t o   th e   el ec tr ical  g r id   is   s h o wn   in   Fig u r 1 .   T h is   co n f ig u r atio n   in clu d es   an   i n d u cto r ca p ac ito r in d u cto r   ( L C L )   f ilter   af ter   a   s tatic  DC /AC   co n v er ter   tr an s f o r m s   th DC   p o wer   f r o m   th e   s o lar   PV  m o d el  in t o   AC   elec tr icity   [ 18 ] .   T wo   MO SF E T   d r iv er s   h av b ee n   d esig n e d   to   m ak it e asier   to   co n tr o th e   in v er ter   s witch es with   m icr o co n tr o ller   A T m eg a3 2 8 P   co n t r o l b o a r d .     2 . 1 .     DC/AC  co nv er t er   T h s in g le - p h ase  in v e r ter   in   Fig u r 2   illu s tr ates  th H - b r id g co n f ig u r atio n   wi th   f o u r   co m p lem en tar y   MO SF E T   s witch es  ( S1 ,   S2 ,   S3 ,   S4 )   [ 19 ] ,   [ 2 0 ] ,   c o n tr o lled   b y   a   T OSHI B A - T L P3 5 0   d r iv e r   an d   a n   AT m e g a3 2 8 m icr o c o n tr o ller .   T h r o u g h   t h e   p r o p e r   m i c r o c o n t r o l l e r   AT m e g a 3 2 8 P   c o o r d i n a t i o n ,   t h e   H - b r i d g e   c o n v e r t s   t h e   DC   f r o m   s i n g l e - p h a s e   s y s t e m s   i n t o   A C ,   w h i c h   i s   e s s e n t ia l   f o r   v a r i o u s   a p p l i c at i o n s   s u c h   a s   r e n e w a b l e   e n e r g y   [2 1 ] .   T a b l e   1   p r e s e n t s   t h e   s wi t c h   co n f i g u r a t i o n s   f o r   t h e   H - b r i d g e   i n v e r t e r   c i r c u i t .   W h e r e   + VC C   i s   t h e   p o s i t i v e   s u p p l y   v o l t a g e   a n d   V C C   i s   t h e   n e g a t i v e   s u p p l y   v o l t a g e .           Fig u r e   1.   T h e   p r o p o s ed   PV   s y s tem ' s   g r id - co n n ec ted   c o m p o n e n t s           Fig u r e   2.   C ir cu it   d iag r am   f o r   t h e   H - b r id g e   in v er ter   with   an   L C L   f i lt e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  14 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   6 7 6 - 687   678   T ab le   1.   Switch   co n f ig u r atio n s   f o r   H - b r i d g e   in v er ter   c i r c u i t   S . L.   S w i t c h   c o n f i g u r a t i o n s   V o l t a g e   Vs   a t   c o n v e r t e r   o u t p u t   1   S 1 , S 2 , S 3 ,   a n d   S 4   a r e   o p e n   V S   = 0   V   2   S 1 , S 4   a r e   c l o se d   a n d   S 2 , S 3   a r e   o p e n   V S   =   + V C C   3   S 2 , S 3   a r e   c l o se d   a n d   S 1 , S 4   a r e   o p e n   V S   = − V C C   4   S 1 , S 3   a r e   c l o se d   a n d   S 2 , S 4   a r e   o p e n   S h o r t - c i r c u i t   l o a d   5   S 2 , S 4   a r e   c l o se d   a n d   S 1 , S 3   a r e   o p e n   S h o r t - c i r c u i t   l o a d       2 . 2   Co nv er t er   s wit ches c o ntr o l st ra t eg y   To   p r e v en s im u ltan eo u s   ac tiv atio n   o f   b o th   MO SF E T s   in   th s am a r m   o f   th co n v er ter ,   co m p lem en tar y   s ig n als  with   tim d elay   a r g en e r ated ,   e n s u r in g   o n s witch   is   o f f   wh ile  th o th er   is   o n .   PW co n tr o s tr ateg y   was   d ev elo p e d   to   ac h iev t h is   [2 2 ] .   T h is   s ec tio n   d etails  th g e n er atio n   o f   in v er ter   s witch   co n tr o s ig n als  u s in g   PW M,   wh ich   cr ea tes  s q u ar e   wav es  with   m o d u lated   d u ty   cy cles  tailo r ed   to   r eg u late  th H - b r id g p o wer   cir cu it.   T h p r in cip le  in v o lv es  co m p ar in g   tr ian g u lar   c ar r ier   wav with   a   s in u s o id al  m o d u latin g   s ig n al,   in co r p o r atin g   a   3   μ s   d ela y   th r o u g h   th " on   d elay b lo ck   in   MA T L AB /S im u lin k   [2 3 ] - [2 5 ] .   Fig u r 3   p r o v id es a   v is u al  r ep r esen tatio n   o f   th is   s tr ateg y .           Fig u r 3 PW co n tr o l sch em with   elab o r ate  d ea d   tim e       2 . 3   P r o po s ed  M O SFE T   g a t driv er   dev elo pm ent   To   ad d r ess   th ch allen g es in   co n tr o llin g   o u r   H - b r id g i n v er t er ,   we  m ad s ig n if ican t im p r o v em en ts   to   th T OSHI B A - T L P3 5 0   in teg r ated   cir cu it  to   b etter   s u it  o u r   s p ec if ic  r eq u ir em e n ts   [2 6 ] .   T h m o d if icatio n s   t o   th cir cu it  in clu d th a d d itio n   o f   0 . 1   µF  ce r am ic   b y p ass   ca p ac ito r   b etwe en   V CC   an d   GND,   wh ich   s tab ilizes  th lin ea r   o p er atio n   o f   t h T OSHI B A - T L P3 5 0   an d   e n h an ce s   its   r eliab ilit y   in   o u r   ap p licatio n .   Ad d itio n ally ,   we  ad j u s ted   th in p u s ig n al  V F ,   g e n er ated   b y   th AT m eg a3 2 8 m icr o c o n tr o ller ,   to   co n tr o th e   o u tp u s tate.   I is   cr u cial  th at  th g r o u n d   o f   th is   s ig n al  is   co n n ec ted   to   th GND  p in   o f   t h co n tr o b o ar d ,   a n d   th g r o u n d   o f   th T OSHI B A - T L P3 5 0   a n d   th e   lo ad   ar r ef er en ce d   to   th p o wer   s u p p ly ' s   g r o u n d ,   as  s h o wn   i n   Fig u r 4 .   T h cu r r e n I F   at  th L E in p u is   ap p r o x im ately   2 0   m A,   w ith   th T OSHI B A - T L P3 5 0   co n tr o lled   b y   5   am p litu d s ig n al  f r o m   t h AT m eg a3 2 8 P,  wh ile  th L E v o ltag is   0 . 8   V.   Acc o r d in g ly ,   we  ad ju s ted   th e   r esis tan ce   1   u s in g   ( 1 ) .     1 = 0 , 8   ( 1 )     T h ese  u p g r ad es  h av e   b ee n   cr u cial  to   g u a r an teein g   th T L P3 5 0 ' s   ac cu r ate  an d   d e p en d a b le  o p er atio n ,   wh ich   h as  in cr ea s ed   o u r   H - b r id g i n v er ter ' s   to tal  ef f icien cy .   T h e   ad ap tatio n s   m ad to   th T L P3 5 0   allo wed   it  to   o p tim ally   m ee t   o u r   s p ec if ic   MO SF E T   tr an s is to r   co n tr o l   n ee d s   wh ile  m in im izin g   e n er g y   lo s s es  an d   e n s u r in g   s y s tem   s af ety   [ 27 ] .           Fig u r e   4.   D e v e l o p e d   d i a g r a m   o f   t h e   M O SF E T   g a t e   d r i v e r   c i r cu i t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I n ve s tig a tio n   o f D C - A C   co n ve r ter co n tr o l te ch n iq u es w ith   en h a n ce d   MOS F E   ( E lmo u r a b it B o u a z z a )   679   3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   3 . 1 .     Sim ula t i o n r esu lt s   I n   th is   s ec tio n ,   we  p r esen th e   s im u latio n   r esu lts   o f   o u r   p r ev io u s ly   d escr ib ed   s y s tem ,   wh ic h   in clu d es   s in g le - p h ase  H - b r id g e   in v er ter   with   an   L C L   f ilter .   T h s y s tem   is   s p ec if ically   d esig n ed   f o r   g r id - c o n n e cted   o p er atio n ,   an d   th l o ad   in   th s im u latio n s   r ep r esen ts   th ele ctr ical  g r id .   I is   im p o r tan to   n o te  th at  r ep lacin g   th lo ad   with   th g r id   d ir ec tly   is   n o f ea s ib le  with o u a d ju s tm en ts   to   th co n tr o s tr ateg y   an d   s y s tem   p ar am eter s .   Fo r   o u r   s im u latio n s   in   MA T L AB /Si m u lin k ,   w r ep lace d   th p h o to v o ltaic  ( PV)   m o d u le  with   DC   v o ltag s o u r ce .   Fig u r es  5   an d   6   h ig h lig h t th m ain   c o m p o n en ts   o f   o u r   s y s tem .   At  th co r o f   th is   s ch em atic,   we  f in d   th e   f o u r   MO SF E T s   o f   th H - b r id g e ,   wh ich   f o r m   DC /A C   co n v er ter .   T h eir   r o le  is   c r u cia f o r   en e r g y   co n v er s io n .   Fu r t h er m o r e ,   b o th   f ig u r es  m ain ly   f o cu s   o n   t h s ig n al   g en er atio n   b lo c k s   f o r   a   f u ll  wav o r   h ig h - f r eq u en c y   PW co n tr o l,   d esig n e d   an d   m o d eled   in   M A T L AB /S i m u l i n k .   I i s   es s en tial  to   n o te  th at  th ese  two   s ch em atics  in   Fig u r e s   5   an d   6   d o   n o ex p licitly   r ep r esen th p r esen ce   o f   two   g ate  d r iv er s ,   o n f o r   ea ch   ar m   o f   th e   H - b r id g e.   T h ese  g ate  d r iv er s   ar ess en tial  co m p o n en ts   o f   o u r   s y s tem ,   p l ay in g   a   k ey   r o le  i n   am p lify in g   p o wer   s ig n als.  T h eir   m ain   f u n ctio n   is   to   en s u r e   th at  th f o u r   MO SF E T s   ( two   f o r   ea ch   ar m   o f   th H - b r i d g e)   o p er ate  in   p er f ec h ar m o n y .   W h en   o n MO SF E T   in   an   a r m   is   ac tiv ated   to   allo cu r r en t   f lo w,   th o th er   M OSFET   in   th s am ar m   is   d ea ctiv ated   to   b lo c k   cu r r en t.  T h is   p r ec is co o r d in at io n   is   v ital f o r   g en er atin g   s tab le  s in u s o id al  alter n atin g   v o lt ag e.   T h g ate   d r iv e r s   ar c o n tr o ll ed   b y   m icr o co n tr o ller   AT m eg a3 2 8 b o a r d ,   w h ich   s er v es  as  th e   in ter f ac b etwe en   th e   s o f t war ( MA T L AB /Si m u lin k )   an d   th e   h a r d war e   p ar t   o f   o u r   s y s tem .   T h is   m icr o co n tr o ller   AT m eg a3 2 8 p   b o ar d   em its   th n ec ess ar y   co n tr o s ig n als  to   ac tiv at o r   d ea ctiv ate  th MO SF E T s   in   s y n ch r o n izatio n   with   th P W s ig n als  g en er ated   b y   th s o f twar p ar t.  B y   co m b in in g   th ese  elem en ts ,   th s y s tem   en s u r es  t h p r ec is o p er atio n   o f   th H - b r id g i n v er ter   an d   g u ar an tees   th p r o d u ctio n   o f   s tab le  an d   r eg u lated   s in u s o id al   elec tr ical  o u tp u t.   T h is   s tu d y   in v o lv ed   s im u latin g   two   H - b r id g in v er ter   co n f i g u r atio n s   with   f o u r   MO SF E T   tr an s is to r s   in   MA T L AB /S im u lin k ,   r eq u i r in g   ad v an ce d   co n tr o s tr u ctu r es  f o r   o p tim al  s witch in g .   W g en er ated   two   co n tr o s ig n als  f o r   th s im u lat io n f u ll - wav co n tr o an d   P W M.   Fu ll - wav co n tr o ac tiv ates  ea ch   ar m   o f   th e   in v er ter   f o r   h alf   th tim e,   wh ile  PW o f f er s   f in er   co n tr o b y   ad ju s tin g   th p u ls wid th .   T h PW s ig n al  is   cr ea ted   b y   c o m p a r in g   tr ia n g u lar   ca r r ier   s ig n al  with   a   s in u s o id al  r ef er e n ce ,   as sh o wn   in   Fig u r 6 .   Fig u r 7   p r esen ts   th r esu lts   o f   o u r   s im u latio n   co n d u cted   u s in g   MA T L AB /Si m u lin k .   T h PW M1   s ig n al  was  g en er ated   u s in g   s in u s o id al - tr ian g u lar   co m p ar is o n   m eth o d .   T o   c o n tr o th o th er   two   s witch es  an d   p r ev en t   s h o r t   cir cu its ,   a   co m p lem en tar y   PW M2   s ig n al   with   d ea d   tim was  in tr o d u ce d .   T h d ea d   tim e   was  p r ec is ely   s et  to   3   m icr o s ec o n d s   ( μ s )   u s in g   Simu lin k o n   d elay   b lo ck .   T h is   co n f i g u r atio n   an d   th ese  p ar am eter s   en s u r p r ec is an d   s ec u r co n tr o o f   th in v er te r   s witch es,  en s u r in g   o p er atio n   in   co m p lian ce   with   tech n ical  an d   s af ety   r eq u ir e m e n ts .           Fig u r e   5.   C ir cu it d iag r am   s h o win g   co m p lem e n tar y   f u ll - wav s ig n als with   d ea d   tim in   M AT L AB /Si m u lin k     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  14 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   6 7 6 - 687   680       Fig u r 6 C ir cu it d iag r am   illu s tr atin g   co m p lem en tar y   PW s ig n als with   d ea d   tim in   MA T L AB /Si m u lin k           Fig u r 7 Simu latio n   r esu lts   in   MA T L AB /Si m u lin k   f o r   co m p lem en tar y   s ig n als an d   d ea d   tim e       Ou r   wo r k ' s   m ain   o b jectiv is   to   ex am in th in v e r ter ' s   o u tp u wav ef o r m   in   b o th   co n f ig u r atio n s   an d   ev alu ate  its   q u ality   b y   ca lcu la tin g   its   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD) .   T h e   T HD  m u s b e   k ep b elo 5 i n   ac co r d an ce   with   I n ter n atio n al  E lectr o tech n ical  C o m m is s io n   ( I E C )   g u id elin es   [ 28 ] .   B y   co m p ar in g   th r esu lts   o f   th ese  two   co n tr o p atter n s ,   we  ca n   b etter   u n d er s tan d   h o th f u ll - wav co n tr o d if f e r s   f r o m   th PW co n tr o in   ter m s   o f   th q u ality   o f   th e   o u tp u o f   th in v er ter   an d   its   ab ilit y   to   m ain tain   T H with in   th lim its   r eq u ir ed   b y   in te r n atio n al   s tan d ar d s .   T h s im u latio n   r esu lts   f o r   b o th   in v e r ter   c o n tr o s tr ate g ies  ar d ep icted   in   Fig u r es  8   a n d   9 .   Fu r th er m o r e,   Fig u r 1 0   p r o v i d es  an   o v er v ie o f   t h T HD  i n   %   f o r   ea c h   c u r r en t   at  th e   o u tp u o f   th L C L   f ilter .     T o   ass es s   th T HD,   a   co m p ar ativ s im u latio n   was  co n d u cted   b etwe en   two   co n tr o m eth o d s   ( f u ll - wav co n tr o an d   PW co n tr o l ) T h is   s im u latio n   d em o n s tr ated   s ig n if ican t   r e d u ctio n   in   T HD   wh en   u s in g   PW M   co n tr o l,   d ec r ea s in g   f r o m   684 . 11%   to   4 . 7 2 %   co m p ar e d   to   f u ll - wav co n tr o l.  T h is   is   d ep icted   in   Fig u r es  10 ( a )   an d   1 0 ( b ) .   I n   ess en ce ,   t h p r o p o s ed   PW co n tr o e n ab les  th g en e r atio n   o f   an   ele ctr ical  s ig n al  with   s u b s tan tially   r ed u ce d   d is to r tio n ,   wh ich   ca n   b a d v an tag e o u s   ac r o s s   v ar io u s   ap p licatio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I n ve s tig a tio n   o f D C - A C   co n ve r ter co n tr o l te ch n iq u es w ith   en h a n ce d   MOS F E   ( E lmo u r a b it B o u a z z a )   681       ( a)   ( b )     Fig u r 8 .   Simu latio n   r esu lts   o f   th f u ll wa v in v er ter :   ( a )   o u t p u t v o ltag e   an d   c u r r e n with o u t f ilter   L C L   an d   ( b )   v o ltag an d   cu r r en with   f i lter   L C L           ( a)   ( b )     Fig u r 9 .   Simu latio n   r esu lts   o f   th PW in v er ter :   ( a)   o u tp u t   v o ltag an d   cu r r en with o u f ilter   L C L   an d     ( b )   v o ltag e   an d   cu r r en with   f i lter   L C L           ( a)   ( b )     Fig u r e   1 0 .   FFT   an aly s is   of   th e   f ilter ed   v o ltag e :   ( a )   f u ll - wav co n tr o l in v er ter   o u t p u t   a n d     ( b )   PW co n tr o l in v er ter   o u t p u t         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  14 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   6 7 6 - 687   682   3 . 2 .     H a rdwa re   im plem ent a t io n r esu lt s   3 . 2 . 1 .   O ptim izing   dea d t im e   in ex perim ent a P WM   co ntr o l     T o   p r e v en r ea l - tim s h o r cir cu its ,   d ea d   tim d ela y   b et wee n   f u ll  MO SF E T   s witch es  m u s b e   in tr o d u ce d   in   th ex p e r im en ta s ettin g   [ 29 ] .   B ased   o n   th lo ca tio n   wh er th two   cu r v es  f r o m   th p r e v io u s   s im u latio n   in ter s ec ted ,   a   p r e - c alcu lated   p r o g r am   was  cr ea ted   u s in g   a   m icr o co n tr o ller   AT m eg a3 2 8 p   to   ad d r ess   th is   is s u e,   as  s h o wn   in   Fig u r 7 .   As  s ee n   g r ap h ically   in   Fig u r 1 1 ,   th is   m eth o d   en ab les  ac c u r ate  m ea s u r em en t   o f   PW M1   s ig n al   d r iv i n g   an d   b lo ck in g   tim in g s .   B y   p r ev en ti n g   u n d esire d   s h o r t   cir cu its   a n d   g u ar an teein g   id ea l   MO SF E T   s wi tch   s y n ch r o n izat io n ,   th is   tech n iq u en h a n ce s   s y s tem   p er f o r m an ce .     3 . 2 . 2 .   E qu ipm ent   ens em ble f o ex perim ent a v a lid a t io n   s et  o f   es s en tial  eq u ip m en was  u tili ze d   f o r   ex p er im en tal  v alid atio n ,   as  d ep icted   in   Fig u r 1 2 .   T h is   en s em b le  in clu d ed   c o m p u ter   f o r   p r o g r am m i n g   th m icr o co n tr o ller   AT m eg a 3 2 8 p   a n d   r u n n in g   MA T L AB /S im u lin k .   T h is   b o ar d   p lay ed   ce n tr al  r o le  i n   s y s tem   co o r d in atio n .   A   p iv o tal  asp ec o f   th is   ex p er im en in v o lv ed   en h an cin g   th T L P3 5 0   in teg r ated   cir c u it,  v ital  co m p o n en f o r   am p lify in g   th co n tr o l   s ig n als  o f   MO SF E T   tr an s is t o r s .   Fu r th er m o r e,   we  e n g in e er ed   DC /AC   co n v er ter   u s i n g   f o u r   MO SF E T   tr an s is to r s   to   en s u r p r ec is el ec tr ic  en er g y   co n v er s io n .   T o   m a i n t a i n   s y s t e m   s t a b il i t y ,   d ed i c a t e d   p o w e r   s u p p l y   w a s   e m p l o y e d ,   d e li v e r i n g   c o n s t a n t   v o lt a g e   a n d   c u r r e n t .   L ast l y ,   a n   o s c il l o s c o p e   m o n i t o r e d   r e a l - t i m e   s i g n a ls ,   p r o v i d i n g   c r u c i a l   d a t a   f o r   p e r f o r m a n c e   a s s e s s m e n t   a n d   c o n f i r m i n g   i t s   e f f ec t i v e n es s   u n d e r   r ea l - w o r l d   c o n d i t i o n s .           Fig u r e   11.   I n ter s ec tio n   p o in ts   o f   th e   two   s i g n a l s           Fig u r e   12.   P W M   H - b r id g e   in v er ter   c o n t r o l   ex p er im en tal   v alid atio n       3 . 2 . 3 .   Desig n o f   T L P 3 5 0   driv er   circ uit  f o H - bridg inv er t er   T h g ate   d r iv e r   co n tr o cir cu i f o r   f o u r   MO SF E T s   was  ca r ef u lly   d esig n e d   to   en h an ce   t h T L P3 5 0   in teg r ated   cir c u it.  Sev er al  s ig n if ican s tep s   wer tak en   in   th is   co m p lex   p r o ce d u r e.   Firstl y ,   th cir cu it  d iag r am   was d esig n ed   with   g r ea t c ar t o   en s u r ac cu r ac y   an d   ap p r o p r iaten ess   f o r   th in ten d ed   ap p li ca tio n .   T h p r in ted   cir cu it b o ar d   ( PC B ) ,   as illu s tr a ted   in   Fig u r 1 3 ( a ) ,   was c ar ef u lly   ar r an g e d   to   o p tim ize  p er f o r m an ce .     T h f o llo win g   s tep s   wer in v o lv ed   in   ass em b lin g   th PC B   f o r   th g ate  d r iv er   co n tr o l   cir cu it:  i p r ep ar in g   a n d   in s p ec tin g   all  c o m p o n en ts ,   ii )   d esig n in g   an d   v er if y in g   th e   PC B   lay o u t,  iii )   p lacin g   c o m p o n en ts   o n to   th PC B ,   iv )   s o ld er in g   co m p o n en ts   s ec u r ely ,   a n d   v )   test in g   th ass em b led   P C B .   T h is   th o r o u g h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I n ve s tig a tio n   o f D C - A C   co n ve r ter co n tr o l te ch n iq u es w ith   en h a n ce d   MOS F E   ( E lmo u r a b it B o u a z z a )   683   p r o ce d u r e,   d etailed   in   Fig u r e   1 3 ( b ) en s u r e d   all  n ec ess ar y   p ar ts   wer in teg r ated   to   ac h i ev p r ec is co n tr o l   o v er   th MO SF E T   tr an s is to r s g ates.  T h ese  ac tio n s   d em o n s tr ate  th d ilig en ef f o r ts   m ad to   im p r o v th e   T L P3 5 0   in teg r ated   c i r c u i t .     3 . 2 . 4 .   Desig n o f   H - bridg inv er t er   Ou r   ex p er im en tal  s in g le - p h ase  H - b r id g in v er te r   is   s h o wn   in   Fig u r 1 4   an d   was  b u ilt  f o ll o win g   th d iag r am   in   Fig u r 2 .   T wo   PW s ig n als,  o u r   ca r ef u d esig n   an d   m an u f ac tu r in g   g u ar a n tee  p r ec is f it  to   o u r   s p ec if icatio n s .   T h e   in v er ter ' s   ess en tial  p o s itio n   in   o u r   s tu d y   is   s tr en g th en e d   u s in g   t h is   g a d g et,   wh ic h   e n ab les  u s   to   o b jectiv ely   ass ess   its   p er f o r m an ce .           ( a)   ( b )     Fig u r e   1 3 .   Desig n   o f   MO SF E T   d r iv er s :   (a )   PC B   f ac e   co m p o n en t   an d   ( b )   r ea l   cir cu it   of   d r i v e r         ( a)     ( b )     Fig u r e   14 .   Sin g le - p h ase   H - b r i d g e   in v er ter   d e s i g n :   ( a )   p r o t o t y p e   a n d   ( b )   e x p e r i m e n t a l   s et u p         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  14 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   6 7 6 - 687   684   3 . 2 . 5 E x perim ent a l f ind ing s   a nd   da t a   a na ly s is   T h co m p lem en tar y   PW s ig n als,  wh ich   a r ess en tial  to   th o p er atio n   o f   o u r   i n v e r ter ,   wer e   o b tain ed   at  th o u tp u o f   th m icr o co n tr o ller   AT m eg a 3 2 8 P   an d   ar d etailed   in   Fig u r 1 5 ( a ) .   T h ese  s ig n als  ar e   p r ec is ely   g en e r ated   t o   co n tr o l   th 4   MO SF E T   tr an s is to r s   o f   th H - b r id g e .   On e   o f   th e   m o s im p o r tan t   asp ec ts   o f   th is   c o n f i g u r atio n   is   th e   p r esen ce   o f   p r ec is ely   ca lcu lat ed   d ea d   tim e   to   av o id   an y   p o ten tial  s h o r cir c u it   b etwe en   M O S F E T s .   Fig u r 1 5 ( b )   p r o v id es  zo o m   o n   cr u cial  s eg m en o f   th e   P W s ig n als  f o r   m o r i n - d e p th   an aly s is   o f   th is   d ea d   tim e.   T h e   p r ec is d u r atio n   o f   t h d ea d   tim e   is   h ig h lig h ted   in   th is   f o cu s ,   co n f ir m in g   its   ad e q u ac y   to   en s u r th co r r ec o p e r atio n   o f   th s y s tem   s af ely   an d   m in im ize  th r is k s   o f   m alf u n ctio n   d u to   s h o r t   cir cu its   b etwe en   th ar m s   o f   th H - b r id g e.   T h ese  s ig n als  ar ess en tial  to   en s u r in g   s tab le  an d   ef f icien t   elec tr ical  co n v er s io n .   As  s ee n   in   F ig u r 1 6 ( a ) ,   MO SF E T   d r iv er s   p r o d u ce   PW M1   an d   PW M2   s ig n als  with   co m p lim en tar y   f o r m s   th at  ar s im ilar   to   th o s p r o d u ce d   b y   th m icr o co n tr o ller .   As  s ee n   in   Fig u r 1 6 ( b ) ,   th ese  s ig n als  u s e   o p tim u m   a m p litu d es  an d   a   p r ed eter m in e d   d ea d   tim t o   r eg u late  th e   MO SF E T   g ates.  T h o s cillo s co p s cr ee n s h o ts   th at  ar ac ce s s ib le  in   th ea r lier   p ictu r es  s er v e   as  an   ex am p le  o f   th ex p e r i m en tal  s etu p   o f   th is   tech n o lo g y .   T h ese  o u tco m es  d em o n s tr ate  t h s u b s tan tial  e x ten o f   o u r   e f f o r ts   to   e n h an ce   th T L P3 5 0   d r iv er s   an d   th p r ec is io n   o f   th co llec ted   d ata.   Fig u r 1 7 ( a )   d is p lay s   s cr e en s h o f r o m   th o s cillo s co p e,   h ig h lig h tin g   th e   ch ar ac ter is tics   o f   th e   v o ltag s ig n al  o b tain ed   e x p er im en tally   at  th o u tp u o f   o u r   in v er ter   d esig n ed   with o u t h u s o f   th L C L   f ilter .   T h is   s ig n al   ap p ea r s   as  a   s q u ar wav e,   d em o n s tr atin g   th p r o p er   o p e r atio n   o f   b o t h   ar m s   o f   o u r   H - b r i d g e,   co n s is tin g   o f   4   MO SF E T   tr a n s is to r s .   I m ain tain s   th am p litu d an d   f r e q u en c y   o f   th PW M1   an d   P W M2   s ig n als  g en er ated   b y   th T L P3 5 0   d r iv er s   d ev elo p e d   in   th p r ev io u s   cir cu it.   C o n v er s ely ,   Fig u r 1 7 ( b )   p r esen ts   an   o s cillo s co p s cr ee n s h o tak en   af ter   ap p ly in g   th L C L   f ilter .   T h is   s cr ee n s h o r ev ea ls   th at  th o u tp u v o ltag e   s ig n al  is   clo s er   to   a   s in u s o id al  wav ef o r m   at  th e   ap p r o p r iate   f r eq u en cy ,   th e r eb y   d em o n s tr atin g   t h e   ef f ec tiv en ess   o f   th f ilter in g   a n d   u n d er s co r in g   th s ig n if ica n ce   o f   PW co n tr o l   o v e r   o t h er   co n t r o m et h o d s   f o r   im p r o v in g   o u tp u t q u ality .           ( a)   ( b )     Fig u r e   15.   Sig n als g e n er ated   b y   th AT m eg a 3 2 8 P   m icr o co n t r o ller ( a)   c o m p lem en ta r y   PW s ig n als   an d     ( b )   c ap t u r ed   d ea d   tim f o r   s af o p er atio n           ( a)   ( b )     Fig u r e   16.   Sig n als g en er ated   b y   th d r i v er s   T L P3 5 0 ( a)   c o m p lem en tar y   PW s ig n als   an d     ( b )   c ap t u r ed   d ea d   tim f o r   s af o p er atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       I n ve s tig a tio n   o f D C - A C   co n ve r ter co n tr o l te ch n iq u es w ith   en h a n ce d   MOS F E   ( E lmo u r a b it B o u a z z a )   685       ( a)   ( b )     Fig u r e   17 .   Oscill o s co p s cr ee n s h o ts   o f   th H - b r id g e   in v er te r   o u tp u t v o ltag e:  ( a)   with o u t   L C L   f ilter   an d   ( b )   af ter   ap p ly i n g   th L C L   f ilt er       4.   CO NCLU SI O N   T h is   ar ticle  in v esti g ates  th e   c o n tr o t ec h n iq u es  with   e n h an ce d   MO SF E T   g ate  d r iv e r .   T h r o u g h   MA T L AB /S im u lin k   s im u latio n s   an d   ex p e r im en tal  v alid ati o n s ,   we  h ig h lig h t h ad v an t ag es  o f   u s in g   p u ls wid th   m o d u latio n   ( PW M)   co n tr o o v er   tr ad itio n al  f u ll - wav co n tr o m eth o d s .   cr itical  asp ec o f   o u r   ap p r o ac h   is   th p r ec is g en er atio n   o f   c o n tr o s ig n als  f ac ilit ated   b y   a n   AT m eg a 3 2 8 m icr o co n tr o ller ,   wh ich   ef f icien tly   b r id g es  th g ap   b etwe en   h ar d war an d   th MA T L AB /S im u lin k   en v ir o n m en f o r   r ea l - tim e   co o r d in atio n .   T h co n tr o o f   MO SF E T   tr an s is to r s   i s   g r ea tly   im p r o v ed   b y   th T OSHI B A - T L P3 5 0   d r iv er s ,   wh ich   lead s   to   m o r e   ef f ec tiv elec tr ical  co n v er s io n .   Ad d itio n ally ,   b y   lo wer i n g   v o ltag h ar m o n ics,  an   L C L   f ilter   s ig n if ican tly   im p r o v es  th o u tp u v o ltag e' s   q u ality .   T o ta h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   was  s ig n if ican tly   r ed u ce d   f r o m   6 8 4 . 1 1 to   4 . 7 2 in   a   co m p ar ativ s im u latio n   b etwe en   f u ll - wav e   a n d   PW co n tr o l,   co n f ir m in g   th s u g g ested   co n t r o l m eth o d ' s   ef f icac y   in   en h a n cin g   o u t p u t sig n al  q u ality .   T h ese  f in d in g s   co n tr i b u te  to   a   d ee p er   u n d er s tan d in g   o f   in v e r ter   co n tr o l,  with   p r o m is in g   i m p licatio n s   f o r   r e n ewa b le  e n er g y   s y s tem s .   L o o k in g   ah ea d ,   f u tu r e   r ese ar ch   co u ld   e x p lo r e   ad v a n ce d   co n tr o l   s tr ateg ies,  s u ch   as  p r e d ictiv c o n tr o l   o r   ar tific ial  in tellig en ce - b ased   tech n iq u es,  t o   o p tim ize  in v er ter   p er f o r m an ce   ev e n   f u r th er .   Ad d itio n ally ,   t h in te g r atio n   o f   en er g y   s to r ag s y s t em s   an d   g r id - tied   co n f ig u r atio n s   will  im p r o v th e   r eliab ilit y   an d   s tab ilit y   o f   p o wer   s y s tem s .   Ov er co m in g   ch allen g es  r elate d   to   s ca lab ilit y   an d   co s t - ef f ec tiv en ess   in   r ea l - wo r ld   a p p licatio n s   will b ess en tial f o r   th wid esp r ea d   ad o p ti o n   o f   th ese  tech n o lo g i es.       F UNDING   I NF O R M A T I O   T h is   r esear ch   was  s elf - f u n d ed   b y   th au th o r s .   No   ex ter n al  f u n d in g   was  r ec eiv ed   f o r   th d e v elo p m en t   o f   th is   wo r k .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T     T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   E lm o u r ab it B o u az za                               Ak aa b o u n e   J alil                               Ou laar o s s   Mo h am ed                               B en ch ag r Mo h a m ed                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.