Analysis of a Four-level DC/DC Buck Converter

In this paper, a four-level DC/DC buck converter is introduced. The primary application for this converter is to regulate the center capacitor voltage in a four-level inverter system. The steady-state and average-value models for the proposed converter are developed and compared in simulation. The converter was constructed in the laboratory and verified on a four-level motor drive system. It was shown that the four-level DC/DC converter provides capacitor voltage balancing and allows higher output voltage utilization from the inverter

Analysis of a Four-level DC/DC Buck Converter

In this paper, a four-level DC/DC buck power converter is introduced. The primary application for this converter is to regulate the center capacitor voltage in a four-level inverter system. The steady-state and average-value models for the proposed converter are developed and compared in simulation. The converter was constructed in the laboratory and verified on a four-level motor drive system. It was shown that the four-level DC/DC converter provides capacitor voltage balancing and allows higher output voltage utilization from the inverter

A survey on capacitor voltage control in neutral-point-clamped multilevel converters

Neutral-point-clamped multilevel converters are currently a suitable solution for a wide range of applications. It is well known that the capacitor voltage balance is a major issue for this topology. In this paper, a brief summary of the basic topologies, modulations, and features of neutral-point-clamped multilevel converters is presented, prior to a detailed description and analysis of the capacitor voltage balance behavior. Then, the most relevant methods to manage the capacitor voltage balance are presented and discussed, including operation in the overmodulation region, at low frequency-modulation indexes, with different numbers of AC phases, and with different numbers of levels. Both open- and closed-loop methods are discussed. Some methods based on adding external circuitry are also presented and analyzed. Although the focus of the paper is mainly DC–AC conversion, the techniques for capacitor voltage balance in DC–DC conversion are discussed as well. Finally, the paper concludes with some application examples benefiting from the presented techniques.Peer ReviewedPostprint (published version

Перетворювачі частоти на основі резонансних інверторів з часо-імпульсним керуванням

Робота виконана на кафедрі комп’ютеризованих систем управління Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова, м. МиколаївДисертацію присвячено розвитку теорії перетворювачів частоти з проміжною високочастотною резонансною ланкою та часо-імпульсним керуванням. В рамках дисертаційної роботи проведено аналіз існуючих схемотехнічних рішень і способів регулювання вихідних характеристик перетворювачів частоти, обрано структуру резонансного перетворювача, який поєднує переваги імпульсного регулювання та м'якої комутації силових транзисторів, удосконалено математичну модель даного перетворювача в частинах опису електромагнітних процесів і визначення функціоналу високочастотних імпульсів напруги, що дозволило визначити закон часо-імпульсного керування, який дозволяє формувати бажану синусоїдальну форму вихідної напруги заданої частоти з низьким коефіцієнтом гармонік при досить широкому діапазоні зміни навантаження. Також отримано аналітичні залежності, що дозволяють здійснити розрахунок параметрів елементів схеми силової частини перетворювача. Розроблено адаптивну мікропроцесорну систему керування перетворювачем і проведено його імітаційне моделювання та експериментальні дослідження