I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 ,   p p .   1231 ~ 1 2 4 2   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 7 . i 2 . p p 1 2 3 1 - 1 2 4 2           1231       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Desig n of 7 - lev el   ca sca de as y mm etric  multi lev el inve rter   for  renewab le  energy  appli ca tions   usin g  F P G A       Af a rulra zi  Abu B a k a r 1 ,   H a z wa j   M hd   P o a d 2 ,   B enj a m in H o   H a o   Xia n 1 ,   T ha rnis ha   Si t ha na ntha n 1 Wa hy u M uly o   Ut o m o 1 ,   T riy a nto   P a ng a ribo wo 3   1 F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   Tu n   H u sse i n   O n n   M a l a y s i a ,   B a t u   P a h a t M a l a y s i a   2 F a c u l t y   o f   Te c h n i c a l   a n d   V o c a t i o n a l   Ed u c a t i o n ,   U n i v e r s i t i   T u n   H u ssei n   O n n   M a l a y s i a ,   B a t u   P a h a t M a l a y si a   3 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t a M e r c u   B u a n a ,   Ja k a r t a ,   I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   7 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ma r   6 ,   2 0 0 2   Acc ep ted   Ap r   2 3 ,   2 0 2 6       Th e   i n c re a sin g   f o c u o n   re n e wa b le  e n e rg y   h a s   d ri v e n   th e   n e e d   f o r   e fficie n t   a n d   re li a b le  p o we c o n v e rters .   M u l ti lev e in v e rters   o ffe l o w   h a rm o n ic  d isto rti o n   a n d   h i g h - q u a li ty   o u tp u b u o f ten   su ffe fro m   d e si g n   c o m p lex it y   a n d   e x c e ss iv e   c o m p o n e n c o u n t.   T h is   st u d y   p re se n ts  th e   d e sig n   a n d   imp lem e n tatio n   o a   7 - lev e c a sc a d e d   a sy m m e tri c   m u lt il e v e in v e rter   o p ti m ize d   fo re n e wa b le  e n e rg y   a p p li c a ti o n s.  T h e   p ro p o se d   t o p o l o g y   u ti li z e a   c a sc a d e   stru c tu re   with   a sy m m e tri c   DC  v o lt a g e   so u rc e to   g e n e r a te  se v e n   v o lt a g e   lev e ls,  p ro v i d in g   a   p ra c ti c a b a lan c e   b e twe e n   p e rfo rm a n c e   a n d   sim p li c it y .   Th e   d e sig n   wa fir st  v a li d a ted   th r o u g h   M ATLAB /S imu li n k   so ftwa re   to   a n a l y z e   c ircu it   o p e ra ti o n   a n d   e v a l u a te  th e   t o tal   h a rm o n ic   d isto rti o n   (THD)   p e rfo rm a n c e .   E x p e rime n tal  e v a lu a ti o n   wa s   th e n   c o n d u c ted   u sin g   a   h a rd wa re   p r o t o ty p e   to   v e rify   sim u lati o n   re su lt s.  W it h o u t   a   fil ter,  t h e   THD  fro m   th e   sim u latio n   wa 2 1 . 3 1 % ,   wh il e   t h e   e x p e rime n tal  se tu p   re c o rd e d   a   sli g h tl y   h i g h e r   v a lu e   o 2 1 . 6 1 % ,   in d ica ti n g   a   m a rg i n a l   d iffere n c e   o 0 . 2 1 % .   W it h   a   fi lt e r,   th e   sim u latio n   a c h ie v e d   a   THD  o 3 . 8 1 % ,   wh e re a th e   e x p e rime n tal  se tu p   o u t p e rfo rm e d   with   a   THD  o 1 . 5 % ,   s h o win g   a   n o tab le  re d u c ti o n   o f   2 . 3 1 % .   Th e s e   fin d i n g s   c o n f irm  th e   p r o p o se d   in v e rter’s   c a p a b il it y   to   d e li v e su p e rio r   p o we q u a li ty   a n d   o p e ra ti o n a e fficie n c y .   Th e   c o m b i n a ti o n   o sim u latio n   a n d   e x p e rime n tal  v a li d a ti o n   d e m o n s trate th e   p ra c ti c a li ty   a n d   re li a b i li ty   o th e   7 - lev e c a sc a d e   a sy m m e tri c   m u lt il e v e l   in v e rter f o re n e wa b le en e rg y   a p p li c a ti o n s.   K ey w o r d s :   Asy m m etr ic  to p o lo g ies    C ascad m u ltil ev e l in v er ter   FP GA  co n tr o l   R en ewa b le  en er g y   i n teg r atio n   T o tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   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 :   Haz waj  Mh d   Po ad   Facu lty   o f   T ec h n ical  an d   V o c atio n al  E d u ca tio n ,   Un iv er s iti  T u n   Hu s s ein   On n   Ma lay s ia   8 6 4 0 0   Par it R aja,   B atu   Pah at,   J o h o r ,   Ma lay s ia   E m ail:  h az waj@ u th m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   d e m a n d   f o r   e l e c t r i c i t y   h a s   c o n t i n u o u s l y   i n c r e a s e d   i n   t h e   e r a   o f   g l o b a l i z a t i o n   a n d   t h e   r a p i d   g r o w t h   o f   t h e   i n d u s t r y .   H o w e v e r ,   i s s u e s   s u c h   a s   e n v i r o n m e n t a l   p o l l u t i o n ,   r e s o u r c e   d e p l e t i o n ,   a n d   g r e e n h o u s e   g a s   e m i s s i o n s   h a v e   b e e n   r i s i n g ,   w h i c h   h a v e   c o n t r i b u t e d   t o   c l i m a t e   c h a n g e   b e c a u s e   o f   t h e   d e p e n d e n c e   o n   f o s s i l   e n e r g y   s o u r c e s   s u c h   a s   c o a l ,   n a t u r a l   g a s ,   a n d   o i l .   R e n e w a b l e   e n e r g y   s u p p l i e s   s u c h   a s   s o l a r   a n d   w i n d   h a v e   b e c o m e   p o p u l a r   t o   r e d u c e   t h e   n e g a t i v e   i m p a c t s   o n   t h e   e n v i r o n m e n t   a n d   e n s u r e   a   c o n t i n u o u s ,   s u s t a i n a b l e   e n e r g y   s u p p l y .   T h e   g r o w i n g   d e m a n d   f o r   e n e r g y - e f f i c i e n t   a n d   h i g h - p e r f o r m a n c e   p o w e r   e l e ct r o n i c   s y s t e m s   d r i v e s   t h c o n t i n u o u s   e v o l u t i o n   o f   a d v a n c e d   m u l t il e v e l   i n v e r t e r   ( M L I )   t o p o l o g i e s   [ 1 ] - [ 3 ] .   C o n v e n t i o n a l   2 - l e v e i n v e r t e r s   o f t e n   g e n e r a t e   w a v e f o r m s   t h a t   c a n   l e a d   t o   h i g h   h a r m o n i c   d i s to r t i o n ,   r e s u lt i n g   in   e l e v a te d   h a r m o n i c   c o n t e n ts   t h at  c a u s e   h i g h   p o w e r   l o s s es   a n d   i n t e r f e r e n c e   i n   s e n s it i v e   el e ct r o n i c   e q u i p m e n t   [ 4 ] .   Va r i o u s   c o n f i g u r a t i o n s   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 2 3 1 - 1242   1232   M u l t i le v e l   i n v e r t e r s   h a v e   b e e n   i n t r o d u c e d   t o   o v e r c o m t h h ig h   t o t a l   h a r m o n ic   d is t o r t i o n   ( T H D )   b y   p r o d u c i n g   a n   AC   wa v e f o r m   t h a is   cl o s t o   a   s i n u s o i d a l   w a v e f o r m   [ 4 ] - [ 9 ] .   T h e   n u m b e r   o f   l e v el s   i n   t h e   m u l t il e v e i n v e r t e r   s i g n i f i c a n t l y   a f f e c ts   t h e   T H b y   g e n e r a t i n g   o u t p u t   w a v e f o r m s   t h a t   f u r t h e r   c l o s e l y   a p p r o x i m a t e   a   p u r e   s i n e   w a v e .   T h e   m o s t   w i d e l y   u s e d   t o p o l o g y   i n   m u l ti l e v e i n v e r te r s   is   t h e   c as c a d e d   H - b r i d g e   m u l t i l e v el   i n v e r t e r   ( C HB - M L I )   [ 5 ] ,   [ 1 0 ] - [ 1 4 ] ,   w h i c h   o f f e r s   s e v e r al   a d v a n t ag e s ,   s u c h   a s   e as ie r   c o n t r o l ,   r e d u c e d   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y ,   m u l t i - s o u r c e   c a p a b i l i t y ,   m o d u l a r   s t r u c t u r e ,   a n d   d o e s   n o t   r e q u i r e   a d d it i o n a l   b ala n c i n g   c o m p o n e n t s .   T h i s   c o n f i g u r a ti o n   is   es p e c ia l l y   f a v o r e d   i n   r e n e w a b l en e r g y   a p p l i c a t i o n s   [ 6 ] ,   [ 1 5 ] ,   w h e r e   m o d u l a r it y ,   s c a l a b i l it y ,   a n d   i m p r o v e d   p o w e r   q u a l i t y   a r e   es s e n ti a l   f o r   i n te g r a t i n g   s o u r c es   l i k e   s o l a r   a n d   win d   i n t o   t h e   g r i d .      T h e   7 - l e v e l   a s y m m e t r i c   c as ca d e   H - b r i d g e   M L I   s t a n d s   o u t   d u e   t o   i t s   c a p a b il i t y   t o   d e li v e r   l o w e r   t o t al  h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   ( T H D ) ,   i m p r o v e d   p o w e r   q u a l i t y ,   m i n i m i z e d   s w i t c h i n g   l o s s e s ,   a n d   e n h a n c e d   v o l t a g e   o u t p u c h a r a c t e r is t i cs .   D es p i t e   t h es b e n e f i t s ,   t h e   d e s i g n   a n d   i m p l e m e n t a t i o n   o f   a s y m m e t r ic   c a s c a d e   m u l t il e v el  i n v e r t e r s   ( AC ML I s )   r e m ai n   c h a l l e n g i n g .   K e y   c o n c e r n s   i n c l u d e   o p t i m i z i n g   t o p o l o g i es   t o   m i n i m i z e   t h e   n u m b e r   o f   r e q u i r e d   s w i t c h e s   [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] ,   s i m p li f y i n g   c o n t r o a l g o r i t h m s   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] ,   a n d   e f f e c t i v el y   m a n a g i n g   u n e q u a v o l t a g e   s o u r c es .   F i e l d - p r o g r a m m a b l e   g a t e   a r r ay s   ( F P GA s )   e m e r g e   as   a   c o m p e l l i n g   s o l u ti o n   f o r   a d d r e s s i n g   t h e s c h a l l e n g e s   w it h   t h e i r   a d v a n ta g e s ,   s u c h   a s   r e c o n f i g u r a b l e   a r ch i t e c t u r e ,   p a r al l e li s m   p r o c e s s in g   c a p a b i l i ti e s ,   a n d   d e t e r m i n i s t i c   p e r f o r m a n c e   wi th   h i g h - s p e e d   o p e r a t i o n ,   m a k i n g   t h e m   s u i t a b le   f o r   c o m p l e x   in v e r t e r   c o n t r o l   a n d   m a n a g e m e n t   t a s k s .   P r e v i o u s   r e s e a r c h   h a s   s h o w n   t h at   F PGA s   h a v e   t h e   a b i l it y   t o   c o n t r o l   a n d   o p t i m i z e   t h e   s w it c h i n g   b e h a v i o r   o f   p o w e r   e l e c t r o n i c   c o n v e r t e r s ,   a s   i n   AC - DC   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] ,   D C - D C   [ 2 2 ] - [ 2 4 ] ,   D C - A C   [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ] ,   a n d   A C - A C   [ 2 7 ] .   H o w e v e r ,   e v e n   w i t h   b a s i c   H - b r i d g e   s tr u c t u r e s ,   h i g h   T H D   r e m a i n s   a n   i s s u e ,   n e c ess i t at i n g   l a r g e r   f i l te r s   t o   m e e t h e   I E E E   5 1 9   s t a n d a r d   f o r   l o w - v o lt a g e   a p p l i c a t i o n s ,   w h ic h   l i m i ts   T HD   t o   5 % .   E x c e s s i v T H D   d i m i n is h es   p o w e r   q u a l i t y   a n d   r i s k s   d a m a g i n g   s e n s i t i v e   el e c t r o n i c   d e v i c es .   B y   a d o p t i n g   a   7 - l e v e l   c as c ad e   a s y m m e t r i c   ML I ,   t h i s   w o r k   a i m s   t o   o v e r c o m e   t h e s e   li m i t a ti o n s .   C o m p a r e d   t o   5 - l e v e l d e s i g n s ,   th e   p r o p o s e d   i n v e r t e r   a c h i e v es   h i g h e r   v o l t a g e   o u t p u t q u a l it y ,   im p r o v e d   e f f i c i e n c y ,   a n d   r e d u c e d   v o l t a g e   s t r es s   o n   co m p o n e n t s .   T h e   i n cl u s i o n   o f   tw o   u n e q u a l   v o l t a g s o u r c es   e n h a n c e s   t h i n v e r t e r s   c a p a b i l i t y   t o   p r o d u c e   a   r e f i n ed   o u t p u t   w i t h   a   s m a l le r   f i lt e r ,   t h u s   l o w e r i n g   t h T H p e r c en t a g e .   E n s u r i n g   t h T H D   r e m ai n s   w i t h i n   t h e   a cc ep t a b l e   r a n g e   is   c r i t i ca l   f o r   p r o t e c t i n g   el e c t r i c a l   d e v i c es   a n d   m a i n t a i n i n g   r el i a b l o p e r a t i o n .   T h i s   s t u d y   p r e s e n ts   a n   o p t i m i z e d   d e s i g n   f o r   a   7 - l e v e l   a s y m m e t r ic   c a s c a d e   M L I ,   d e m o n s t r a t i n g   i ts   p o t e n t i a l   t o   a d d r es s   t h e   k e y   c h al l e n g e s   i n   t h e   f i e l d   w h i l e   d el i v er i n g   s u p e r i o r   p e r f o r m a n c e .         2.   P RO P O SE SYS T E M   CO N F I G URAT I O N   Fig u r 1   il lu s tr at e s   th co m p l ete  b lo c k   d i ag r am   o f   th p r o p o s e d   s y s tem ,   wh ich   in teg r at es  an   ML I   p o wer ed   b y   two   a s y m m et r i D C   s o u r c e s ,   s p e cif ic al ly   2   V dc   an d   V dc .   T h i s   p r o p o s ed   c o n f ig u r a ti o n ,   wi th   th e   ap p r o p r ia te   co n tr o l le d   s w i tc h in g   s eq u en ce   o f   s wi tch e s ,   g en e r a te s   th e   7 - lev el   v o l t ag wav ef o r m   b y   s t r a teg ica l ly   m er g in g   th o u t p u lev e l s .   T h a s y m m etr ic   d es ig n   i s   s e le ct ed   t o   o p t im iz p o wer   q u a li ty   wh i le   r ed u c in g   f il te r   d e s ig n   co m p le x ity   co m p ar ed   to   co n v en t io n a s y m m e tr ic   co n f ig u r at io n s .           Fig u r e   1 .   Pro p o s ed   c o m p lete  s y s tem   co n f ig u r atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Desig n   o f 7 - leve l c a s ca d e   a s y mme tr ic  mu ltil ev e l in ve r ter fo r   r en ewa b le  en erg y     ( A fa r u lr a z i A b u   B a ka r )   1233   T h co n tr o lo g ic  f o r   th in v er t er   i s   im p l em e n t ed   u s in g   an   I n te A l ter DE 2 - 1 1 5   d e v elo p m en t   b o ar d ,   wh ich   i s   b a s ed   o n   th C y c lo n e   I I   E P2 C 7 0   FP G A .   T h e   F P GA s   r e co n f ig u r ab l ar ch i te ctu r an d   p ar a ll el  p r o ce s s in g   ca p ab i li t ie s   en ab l th p r ec i s g o v er n in g   o f   th s w it ch i n g   p at te r n s .   T h F PG A 's  o u tp u t   s i g n a ls ,   i n i ti al ly   at  3 . 3   V,   ar e   b o o s ted   to   1 5   th r o u g h   g ate   d r iv er   ci r cu it.   T h i s   en s u r th s wi tch es   ar e   f u lly   tu r n ed   o n   to   p er m it   th cu r r en t   to   f lo f r o m   t h d r ain   to   th s o u r ce   t er m in a u n d er   v a r y in g   lo ad   co n d i tio n s .   L C   f i lt er s   s u p p r e s s   h ig h - f r eq u e n cy   n o i s e   an d   h a r m o n i cs   to   r ef in th o u tp u wav ef o r m ,   r e s u lt in g   in   a   s m o o th er   A C   s ig n a l.    Af t er   f il tr ati o n ,   t h o u t p u t   is   p ass ed   t h r o u g h   a   s t e p - u p   tr a n s f o r m e r   t o   r aise   t h v o lt a g e   t o   2 4 0   V ac m a k i n g   it  co m p a ti b le  wit h   s t a n d a r d   g r i d - c o n n ec t e d   o r   s t a n d alo n AC   l o a d s .   T h e   7 - l ev el  in v e r t er   co n f i g u r ati o n   is   d esi g n e d   t o   cl o s e ly   a p p r o x im a te  a n   i d e al  s in wa v e ,   ac h ie v ed   t h r o u g h   c ar ef u l   m o d u l ati o n   o f   s wi t c h i n g   s eq u e n ce s .   T h is   a p p r o a c h   r e d u c es  T HD ,   m in im i ze s   t h s iz o f   r eq u i r e d   f ilt er s ,   a n d   e n h an ce s   t h e   s y s te m ' s   ef f ic ie n c y .   T h e   p r o p o s ed   co n f i g u r ati o n   r e p r es en ts   co m p ac t   a n d   ef f i ci en s o l u ti o n   f o r   r e n ew ab le   e n e r g y   s y s te m s ,   d e li v e r i n g   i m p r o v e d   p e r f o r m a n c w h i le   m ai n ta in in g   s im p li cit y   i n   d es ig n   a n d   im p l em e n t ati o n .       3.   O P E RAT I O P RINC I P L E S O F   T H E   P RO P O SE CO NVER T E R   Fig u r 2   s h o ws  7 - lev el   ca s ca d asy m m etr ic   ML I   cir c u it  c o n f ig u r atio n .   Me an wh ile,   Fig u r 3   s h o ws   th o u tp u v o ltag wav ef o r m   with   co r r esp o n d i n g   s witch in g   s tates.  E ac h   lev el  co r r esp o n d s   to   s p ec if ic  co m b in atio n s   o f   s witch es  b ein g   tu r n ed   o n   o r   o f f .   T h e   s witch es  ar c o n tr o lled   b ased   o n   th d esire d   o u tp u t   v o ltag lev el.   T ab le   1   d is p lay s   th s witch in g   s eq u e n ce   f o r   th 7 - le v el,   8 - s witch   m u ltil ev e in v er ter .   I s h o ws  th s witch in g   s eq u en ce   f r o m   +1 8   to   - 18   V;  f o r   2   V dc =1 2   V   an d   V dc   = 6   V .             Fig u r 2 .   T h 7 - le v el  ca s ca d asy m m etr ic  ML I   co n f ig u r atio n     Fig u r 3 .   Switch in g   s tates a n d   co r r esp o n d in g   o u tp u t v o ltag e   ( V out o f   7 - le v el  ca s ca d asy m m etr ic   ML I       T ab le  1.   Switch in g   s eq u en ce   f o r   7 - l e v el  8   s witch   ML I   M o d e   S 1   S 2   S 3   S 4   S 5   S 6   S 7   S 8   V dc   M o d e   1   1   0   0   1   1   0   0   1   + 18   M o d e   2   1   0   0   1   0   0   1   1   + 12   M o d e   3   0   0   1   1   1   0   0   1   + 6   M o d e   4   0   0   1   1   0   0   1   1   0   M o d e   5   0   0   1   1   0   1   1   0   - 6   M o d e   6   0   1   1   0   0   0   1   1   - 12   M o d e   7   0   1   1   0   0   1   1   0   - 18   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 2 3 1 - 1242   1234   4.   O P E RAT I O P RINC I P L E S   T h p r o p o s ed   o p er atin g   m o d e   at  s tead y   s tate  is   d iv id ed   in to   s ev en   s u b - m o d es,  an d   th eq u iv alen t   cir cu its   f o r   th e   co r r esp o n d in g   m o d o f   o p er atio n   a r p r e s en ted   in   Fig u r e   4 ,   wh ich   c an   b e   ex p lain ed   as  f o llo ws :   i)   Mo d 1   ( 1 8   V ) : A ctiv s witch es,  S 1 , S 4 ,   S 5 an d   S 8.   C u r r en t f lo ws th r o u g h   th s witch es S 1   a n d   S 4   in   th to p   in v er ter   an d   S 5   an d   S 6   in   th b o tto m   in v er ter ,   c o m b in in g   th v o ltag es  f r o m   b o th   s o u r ce s .   T h is   m o d e   r ep r esen ts   th p ea k   p o s itiv l ev el  o f   th i n v er ter s   o p er ati o n   an d   co r r esp o n d s   to   t h s tep   in   th 7 - lev el  o u tp u t w av e f o r m .        = 2    +  = 3      ( 1 )     ii)   Mo d 2   ( 1 2   V ) Activ s witc h es:  S 1 ,   S 4 ,   S 7 ,   an d   S 8 .   C u r r en f lo ws  th r o u g h   S 1   an d   S 2   an d   b y p ass es  th b o tto m   s o u r ce ,   r esu ltin g   in   a n   o u tp u t   v o ltag e   eq u al  to   2   V dc   ( 1 2   V) .   T h is   p r o d u ce s   a n   in ter m e d iate  p o s itiv v o ltag lev el  o f   +1 2   V,   r ep r esen tin g   t h s ec o n d   s tep   in   th s ev en - lev el  wav ef o r m .      = 2      ( 2 )     iii)   Mo d 3   ( 6   V ) :   Activ s witch es:  S 3 ,   S 4 ,   S 5 ,   an d   S 8 .   C u r r en t   f lo ws  th r o u g h   S 3   a n d   S 4 ,   a d d in g   th e   b o tto m   s o u r ce   ( V dc )   to   th cir cu it.  Du r in g   th is   m o d e,   o n ly   th b o tto m   DC   s o u r ce   co n tr ib u tes to   th o u tp u t v o ltag e.   T h is   g en er ates  an   in te r m ed iat v o ltag o f   +6   V,   co r r esp o n d in g   to   t h th ir d   p o s itiv lev e o f   th in v er ter   o u tp u t.       =    ( 3 )               ( a)   ( b )   ( c)   ( d )         ( e)   (f)   ( g )     Fig u r e   4.   Stead y   s tate  an aly s is   f o r   ea c h   m o d ( a)   M o d 1 : 1 8   V ,   ( b )   Mo d 2 1 2   V ,   ( c )   Mo d 3 : 6   V   ( d )   Mo d 4 : 0   V ,   ( e)   M o d 5 - V ,   ( f )   Mo d e   6 - 1 2   V ,   an d   ( g )   Mo d 1 - 1 8   V       iv )   Mo d 4   ( 0   V ) Activ s witch es:  S 3 ,   S 4 ,   S 7 ,   an d   S 8 .   T h to p   a n d   b o tto m   s o u r ce s   ar b y p ass ed ,   r esu ltin g   i n   n o   n et  v o lta g ac r o s s   th o u t p u ter m in al.   T h is   o p e r atin g   s tate  co r r esp o n d s   to   th ze r o - v o ltag lev el,   wh ich   p r o v id es th tr an s itio n   b etwe en   p o s itiv an d   n eg ativ e   s tep s ,   en s u r in g   wav ef o r m   s y m m etr y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Desig n   o f 7 - leve l c a s ca d e   a s y mme tr ic  mu ltil ev e l in ve r ter fo r   r en ewa b le  en erg y     ( A fa r u lr a z i A b u   B a ka r )   1235    = 0   ( 4 )     v)   Mo d 5   ( - 6   V ) Activ s witch es:  S 3 ,   S 4 ,   S 6 ,   an d   S 7 .   C u r r en f lo ws  th r o u g h   th in v er ted   p o lar ity   o f   th e   b o tto m   s o u r ce   ( V dc ) .   On ly   t h lo wer   s o u r ce   is   u s ed ,   g e n er ati n g   a n   o u tp u t   v o lta g o f   - 6   V,   wh ich   m ir r o r s   Mo d 3   in   th n e g ativ h alf   c y cle.      =    ( 5 )     v i)   Mo d 6   ( - 12   V ) Activ s witch es:  S 2 ,   S 3 ,   S 7 ,   an d   S 8 .   C u r r en f lo ws  th r o u g h   th i n v er ted   p o lar ity   o f   t h e   to p   s o u r ce   (2   V dc ) .   T h is   r esu lts   in   an   o u tp u t o f   - 12   V,   c o r r es p o n d in g   to   th n e g ativ co u n t er p ar t o f   Mo d e   2.      = 2      ( 6 )     v ii)   Mo d 7   ( - 18   V ) S 2 ,   S 3 ,   S 6 ,   an d   S 7 .   C u r r en f lo ws  th r o u g h   th in v e r ted   p o lar ity   o f   b o th   s o u r ce s   (2   V dc   V dc ) ,   p r o d u cin g   th m ax im u m   n eg ativ o u tp u t   v o l tag o f   - 18   V.   T h is   m o d r ep r esen ts   th p ea k   n eg ativ o f   th 7 - lev el  o u t p u wav ef o r m ,   co m p letin g   th f u ll sy m m etr ical  cy cle.        = ( 2    +  ) = 3      ( 7 )       5.   M E T H O DO L O G Y   T h is   s ec tio n   d etails  d esi g n in g   7 - lev el  ca s ca d e   asy m m etr ic  ML I   s im u la tio n   u s in g   MA T L AB /S im u lin k   s o f twar e,   in clu d in g   co m p o n en r atin g s   an d   g en e r atin g   s witch in g   co n tr o v ia  Qu ar tu s   I I   s o f twar e.       5 . 1 .   M AT L AB /Si m uli nk   s o f t wa re   T h is   s tag f o cu s es  o n   m o d ellin g   th e   p r o p o s ed   c o n f ig u r ati o n   u s in g   MA T L AB /Si m u lin k   s o f twar e.     Par am eter s   f o r   ev er y   c o m p o n en ar d eter m in ed   a n d   ass ess ed .   Fig u r 5   illu s tr ates  th cir cu it  d esig n   f o r   th is   ap p r o ac h   b y   u s in g   8   MO SF E T s   an d   2   DC   s o u r ce s .   T h e   PW s witch in g   b lo ck   g en e r ates  th s witch in g   s eq u en ce   f o r   th ML I .   T h T H o f   th o u tp u t w av e f o r m   was r ec o r d e d .           Fig u r 5 .   Simu latio n   with   MA T L AB /Si m u lin k   s o f twar e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 2 3 1 - 1242   1236   5 . 2 .   Q ua r t us   I I   s o f t wa re   Fig u r 6   illu s tr ates  th s witch in g   d esig n   u s in g   Qu a r tu s   I I   s o f twar e.   T h e   p r o p o s ed   s witch in g   s tr ateg y   was  im p lem en ted   u s in g   VHD L ,   u tili zin g   co m b in atio n al  a n d   s eq u en tial  lo g ic  f u n ctio n s .   T h altp ll  is   u s ed   f o r   clo ck   m a n ag em e n t,  g en er atin g   m u ltip le   clo ck   o u tp u ts   wit h   d if f er en t   f r e q u en cies,  s p ac es  an d   d u ty   cy cles.   Me an wh ile,   lp m _ c o u n ter   ( p r e d ef in ed   m eg af u n ctio n )   is   u s e d   to   c o u n p u ls es  tr ig g er e d   f r o m   th altp ll  o u tp u clo ck   to   p r o v id 5 0   Hz  o u t p u wav ef o r m .   B o th   ar p ar a m eter ized   m eg af u n ctio n s   th at   ca n   b co n f i g u r ed   u s in g   th Qu ar tu s   I ca tal o g u e.   T h lp m _ c o u n ter   is   s et  to   co u n f r o m   0   to   2 0 0 0 0 ,   wh e r eb y   ea ch   m o d o f   o p er atio n   e q u als  ~1 6 6 7   clo ck .   T h h ig h e r   v alu o f   th c o u n ter   will  ca u s m o r ac cu r ate   o u tp u f r eq u e n cy   an d   m a k it   ea s y   to   ad j u s th e   tr an s itio n   b etwe en   t u r n in g   o n   an d   o f f   th e   s witch es.  T h e   PL L   m an ip u lates  th clo ck   s ig n al  to   g en er ate  th r eq u ir ed   f r e q u en cies.  T h co u n ter s   an d   s h if r eg is ter s   ar lik ely   u s ed   to   im p lem en tim in g ,   s eq u e n cin g ,   an d   d ata   tr an s f o r m atio n   l o g ic.   T h o u tp u t   s ig n als  ar ass ig n ed   to   th co r r esp o n d in g   d ed ica ted   g en er al - p u r p o s in p u t - o u tp u t ( GPI O)   co n n ec tio n s .           Fig u r 6 .   PW s witch in g   d esig n   o f   7 - lev el  ca s ca d asy m m e tr ic  ML I   in   Qu ar tu s   I I   s o f twar e       5 . 3 .     H a rdwa re   pro t o t y pe   In   T ab le  2 ,   th q u an tity   an d   r a tin g   o f   ea ch   co m p o n en th at  is   u s ed   in   th 7 - lev el  c ascad as y m m etr ic  ML I   h av b ee n   lis ted .   T h r at in g   o f   th c o m p o n en ts   was  ch o s en   b ased   o n   t h p o wer   r at in g .   All  co m p o n en r atin g s   ar s elec ted   b ased   o n   th d esig n   r eq u i r em en ts   f o r   t h 7 - lev el  ca s ca d asy m m etr i ML I .     I n d u ctan ce   an d   ca p ac itan ce   v alu es  o f   2 2   m an d   2 2 0   μ ar u s ed   f o r   f ilter in g   th e   o u t p u wav ef o r m ,   s m o o th in g   o u t   v o ltag r ip p les,  an d   en s u r in g   s tab le  o p er atio n   o f   th in v e r ter .   Fig u r 7   s h o ws  th co m p lete  ex p er im en tal   p r o to ty p e.   T h eq u ip m en u s ed   in   th is   ex p er im en in clu d ed   DC   p o wer   s u p p ly ,   T D S3 0 2 4 B   Dig ital   Oscill o s co p e,   m u ltime ter ,   g at d r iv e r   u n its ,   1 2 0   V/1 0   A   p r o g r am m ab le  DC   p o wer   s u p p ly ,   7 - lev el  ca s ca d e   asy m m etr ic  ML I ,   an d   I n tel  Al ter DE 2 - 1 1 5 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Desig n   o f 7 - leve l c a s ca d e   a s y mme tr ic  mu ltil ev e l in ve r ter fo r   r en ewa b le  en erg y     ( A fa r u lr a z i A b u   B a ka r )   1237   T ab le   2 .   Sp ec if icatio n ,   p ar a m e ter ,   an d   r atin g   f o r   ex p er im en ta l p r o to ty p e   C o m p o n e n t s/ d e v i c e   R a t i n g   F P G A   b o a r d   I n t e l   A l t e r a   D E 2 - 1 1 5   M O S F ETs   I R F Z4 4 N   G a t e   d r i v e r   5   t o   1 5   V   B a t t e r y   1   12   V dc   B a t t e r y   2   6   V dc   I n d u c t o r   22   mH     C a p a c i t o r   2 2 0   µ F     I n p u t   v o l t a g e ,   2   V dc   12   V   I n p u t   v o l t a g e ,   V dc   6   V   O u t p u t   v o l t a g e ,   V out   18   V   O u t p u t   c u r r e n t ,   I out   12   A   O u t p u t   p o w e r ,   P ou t     2 0 0   W           Fig u r 7 .   E x p er im e n tal  p r o t o ty p e       6.   RE SU L T   AND  DI SCUS SI O N   T h is   s ec tio n   co m p ar es  th 7 - lev el  ca s ca d asy m m etr ic  ML I   T HD  to   ev alu ate  th p er f o r m an ce   with   an d   with o u th e   in clu s io n   o f   f ilter s   in   s im u latio n   an d   ex p er i m en tal  r esu lts .   Sin ce   th l o ad   is   p u r r esis tan ce ,   th T HD  f o r   c u r r en t a n d   v o lta g will b eq u al.     6 . 1 .     Sim ula t i o n r esu lt   o f   7 - le v el  ca s ca de  a s y mm et ric  MLI   T h 7 - lev el  ca s ca d asy m m etr ic  ML I   is   p o wer   el ec tr o n ic  co n v e r ter   th at  co m b in es  b o th   in d ep en d en DC   in p u ts   to   p r o d u ce   d esire d   o u tp u t   v o ltag e.   Fig u r 8   s h o ws  th u n f ilter e d   an d   f ilter ed   o u tp u t   v o ltag wav e f o r m   f o r   a   7 - lev el  m u ltil ev el  in v er ter   ( ML I ) .   I also   s h o ws  th e   in v er ter   p r o d u ce s   s ev en   d is tin ct  v o ltag s tep s   r an g in g   f r o m   p o s itiv to   n eg ati v e   s y m m etr ically   with   an   a p p r o p r iat s witch in g   s ig n al.   T h s y m m etr ical  o u tp u wav ef o r m   in d icate s   b alan ce d   o u tp u t,  wh ich   is   cr u cial  f o r   ef f ec tiv in v er te r   o p er atio n .   I also   s h o ws  th at  th L C   f ilter   ef f ec tiv ely   s m o o th s   th s tep p ed   wav ef o r m .   T h is   d em o n s tr ates  a   s ig n if ican r ed u ctio n   in   h ar m o n ics  an d   co n f ir m s   th at  t h ch o s en   v alu o f   in d u cta n ce   an d   ca p ac itan ce   en h an ce s   th q u ality   o f   th in v er ter   o u tp u t.   Fig u r 9 ( a)   s h o ws  th s im u latio n   r esu lt  f o r   FF T   an aly s is   o f   th 7 - lev el  o u tp u with o u a n   L C   f il ter ,   s im u lated   u s in g   MA T L AB /Si m u lin k   s o f twar e .   T h e   f u n d am en tal  f r eq u en cy   co m p o n e n at   5 0   Hz  d o m in ates  th s p ec tr u m h o wev er ,   s ig n if ican n u m b er   o f   h ar m o n ic   co m p o n en ts   s till   ex is t.  T h m ea s u r ed   T HD  is   2 1 . 3 1 %,  ex ce e d in g   th ac ce p t ab le  s tan d ar d   an d   in d icati n g   t h at  th wav ef o r m   s till   co n tain s   s u b s tan tial  n o n - f u n d am e n tal  co n ten t.  T h h i g h   T HD  v alu em p h asizes  th im p o r tan ce   o f   e m p lo y i n g   p ass iv f ilter   t o   atten u ate  th e   h ar m o n ic  f r eq u e n cies  an d   im p r o v t h q u ality   o f   th o u tp u v o ltag e.   Fig u r e   9 ( b )   illu s tr ates   th FF T   an aly s is   r e s u lt  o f   th f ilter ed   o u tp u v o ltag af ter   th L C   f ilter   is   ap p lied .   C o m p ar ed   to   th u n f ilter ed   r esu lt,  th h ig h er - o r d er   h ar m o n ic  co m p o n en ts   ar s ig n if ic an tly   atten u ated ,   r esu ltin g   in   s m o o th er   o u tp u wav ef o r m .   T h m ea s u r ed   T HD  o f   th f ilter ed   o u t p u v o ltag is   3 . 8 1 %,  d em o n s tr atin g   th L C   f ilter ' s   ef f ec tiv en ess   in   s u p p r ess in g   h ar m o n ics.       F P G A   B o a r d   G a t e   D r i v e r s   M u l t i l e v e l   I n v e r t e r   LC  F i l t er   DC   Su p p l y   P r o g r a m ma b l e   E l e c t r o n i c   L o a d   O sci l l o s c o p e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 2 3 1 - 1242   1238       Fig u r 8 .   Simu latio n   r esu lt o f   7 - lev el  o u t p u t v o ltag f o r   u n f i lter ed   an d   f ilter ed           ( a)   ( b )     Fig u r e   9 .   7 - lev el  T HD  v o ltag e   r esu lt :   ( a)   with o u t a n d   ( b )   wit h   f ilter   in   MA T L AB /Si m u lin k       6 . 2 .     E x perim ent   re s ult  o f   7 - l ev el  ca s ca de  a s y mm et ric  MLI   T h T HD  f o r   e x p er im e n tal  an aly s is   was  m ea s u r ed   u s in g   a   p r o g r am m ab le  AD/DC  elec tr o n ic  lo ad   b y   C h r o m 6 8 0 0 0 .   Fig u r e s   10 ( a )   an d   10 ( b )   s h o th ex p er i m en tal  p ea k - to - p ea k   b ef o r a n d   af ter   ap p ly in g   f ilter .   I n   Fig u r 1 0 ( a) ,   th e   u n f ilter ed   o u tp u ex h ib its   d is tin ct  s tep s   co r r esp o n d in g   to   t h 7 - lev el  in v e r ter   to p o lo g y ,   th e   s am as  th s im u latio n   r esu lt  in   Fig u r 8 .   T h m ea s u r ed   p ea k - to - p ea k   v o ltag an d   R MS  ar e   3 7 . 7   an d   1 0 . 3   V,   r esp ec t iv ely .   Alth o u g h   th th eo r eti ca p ea k - to - p ea k   v o ltag u s i n g   1 2   an d   6   asy m m etr ic  s o u r ce s   is   3 6   V,   th ex p e r im en tal  r esu lt   in   Fig u r 1 0   s h o ws  s lig h tly   h ig h e r   v alu e   o f   3 7 . 7   V.   T h is   d is cr ep an cy   m ay   b attr i b u ted   to   to ler an ce s   in   th DC   s o u r ce s ,   s witch in g   tr an s ien ts ,   o r   m ea s u r em en ts   o v er s h o o ca p t u r ed   b y   th o s cillo s co p e.   Fig u r 1 0 ( b )   s h o ws  th f ilter ed   o u tp u t,  wh e r th wav ef o r m   b ec o m es   s in u s o id al  with   s lig h tly   r ed u ce d   p ea k - to - p e ak   v o ltag o f   2 9 . 4   b u h ig h er   R MS  v o lt ag o f   1 0 . 3   V.   T h e   ef f ec tiv h ar m o n ic  s u p p r ess io n   b y   th f ilter   h as  im p r o v ed   p o wer   q u ality .   T h ex p e r im e n tal  r esu lts   v alid ate   th s im u latio n   a n aly s is ,   d em o n s tr atin g   th e   i m p o r tan ce   o f   f ilter in g   in   m u ltil ev el  in v er te r s .   Me an wh ile,   th e   m ea s u r ed   T HD  with o u t a n d   w ith   th f ilter   was 2 1 . 6 1 % a n d   1 . 5 % ,   r esp ec tiv ely .   Fig u r 1 1 ( a)   illu s tr ates  th e x p er im en tal  r esu lt   o f   a   7 - lev el  FF T   with o u f ilter ,   w h ich   g ets  a n   am p litu d v alu o f   6 7 . 5 8   d B .   T h v er tical  ax is   r ep r esen ts   th m ag n itu d o f   th h ar m o n ic  co m p o n e n ts   in   d ec ib els ( d B ) .   Hig h er   p ea k s   in d icate   s tr o n g er   h ar m o n ic  co m p o n en ts .   T h h o r izo n tal  ax is   s h o ws th f r eq u e n cy   co m p o n en ts   o f   t h o u tp u w av ef o r m .   T h e   f u n d am en tal  f r eq u en cy   is   v i s ib le  at  5 0   Hz.   Fo r   th h ar m o n ic  s p ec tr u m ,   th tallest   s p ik co r r esp o n d s   to   th f u n d am en t al  f r eq u en c y   ( 5 0   Hz) ,   wh ile  th s m aller   p ea k s   ap p ea r in g   at  h ar m o n ic  f r eq u e n cies  s u ch   as  1 5 0   Hz,   2 5 0   H z,   an d   3 5 0   Hz   r ep r esen h ig h er - o r d e r   h ar m o n ic  co m p o n en ts   with   r ed u ce d   m a g n itu d es.  T h ese  h a r m o n ics   ar ca u s ed   b y   th e   in v er te r ' s   s wit ch in g   o p er atio n   a n d   th ab s en ce   o f   f ilter .   Fig u r 1 1 ( b )   illu s tr ates  th r esu lt  o f   7 - lev el  FF T   with   th ap p licatio n   o f   f ilter ,   wh ic h   g ets  an   am p litu d v alu o f   6 7 . 7 9   d B .   I is   s im i lar   to   th u n f ilter ed   ca s e;  th talle s s p ik r ep r esen ts   th f u n d am en tal   f r eq u e n cy   co m p o n e n at  5 0   Hz.   C o m p ar ed   to   t h u n f ilter ed   r esu lt,  th h i g h er - f r eq u e n cy   h ar m o n ics  lik e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Desig n   o f 7 - leve l c a s ca d e   a s y mme tr ic  mu ltil ev e l in ve r ter fo r   r en ewa b le  en erg y     ( A fa r u lr a z i A b u   B a ka r )   1239   1 5 0   Hz,   2 5 0   Hz,   a n d   s u b s eq u en h ar m o n ics  ar s ig n if ica n tly   atten u ated .   T h h ar m o n i s p ik es  th at  wer p r o m in e n in   th u n f ilter ed   s p ec tr u m   ar n o m u ch   s m aller ,   in d icatin g   th f ilter ' s   ef f ec tiv en ess   in   s u p p r ess in g   h ar m o n ics.  T h o v er all  s p ec tr u m   s h o ws  clea n er   s ig n al,   with   th f u n d a m en tal  f r eq u e n cy   d o m in atin g   an d   r ed u ce d   d is to r tio n   co m p o n en ts .           ( a)   ( b )     Fig u r e   1 0 .   E x p e r im en t r esu lt o f   7 - lev el  p ea k   to   p ea k   with   ( a )   u n f ilter ed   a n d   ( b )   f ilter e d   o u t p u t v o ltag e           ( a)   ( b )     Fig u r 1 1 .   E x p e r im en tal  FF T   r esu lts   f o r   ( a)   u n f ilter ed   o u tp u t v o ltag an d   ( b )   f ilter ed   o u tp u t v o ltag e       7.   DIS CU SS I O N   T h v alu es  o f   t h T HD  o b s er v ed   in   th s im u latio n   with o u t   f ilter   wh ich   was  ap p r o x im at ely   2 1 . 4 %.  T h T HD  m ea s u r ed   d u r in g   th ex p er im e n tal  s etu p   with o u f ilter   was  2 1 . 6 1 %,   wh ich   m ea n s   ex p er im e n tal   r esu lts   ar h ig h er   b y   0 . 2 1 c o m p ar ed   to   s im u lat io n   r esu lts .   T h T HD  o b s er v e d   in   th e   s im u latio n   with   f ilter   was  ap p r o x im ately   3 . 8 1 %.  T h T HD  m ea s u r ed   d u r i n g   th e   e x p er im en tal  s etu p   f ilter   was 1 . 5 % ,   wh ich   m ea n s   ex p er im en tal   r esu lts   ar lo we r   b y   2 . 3 1 c o m p ar e d   to   s im u latio n   r esu lts .   T h d i f f er en c in   T HD   b etwe en   s im u latio n   an d   ex p er im e n tal  r esu lts   is   lik ely   d u to   d ea d - t im ef f ec ts ,   n o n - id ea co m p o n en ts ,   f ilter   d esig n ,   an d   s witch in g   lo s s es.  Switch i n g   d ev ices  u s d ea d - tim to   s to p   co m p lem en ta r y   s witch es  i n   th in v er ter   f r o m   co n d u ctin g   at  th s am tim e.   T h is   ca n   d is to r th o u tp u t   wav ef o r m   an d   in cr ea s T H D.   I n   s im u latio n s ,   co m p o n en ts   lik s witch es,  d i o d es,  an d   ca p ac ito r s   ar o f te n   co n s id er ed   id ea l,  wh ile  r ea co m p o n e n ts   h av e   im p er f ec tio n s   s u ch   as p a r asit ic  ca p ac itan ce ,   r esis tan ce ,   an d   s witch in g   lo s s es.   Var iatio n s   in   T HD  m a y   r es u lt  f r o m   d if f er en ce s   b etwe en   th e   th eo r etica d esig n   u tili ze d   in   th e   s im u latio n   an d   th ac tu al  im p lem en tatio n   o f   th f ilter .   E x p er im en tal  f ilter s   m ig h n o p er f o r m   ex ac tly   as  m o d elled .   Switch in g   d ev ices  i n   th ex p er im en tal  s etu p   m ay   r e s u lt  in   lo s s es,  wh ich   ca n n o t   b ac co u n ted   f o r   in   s im u latio n s ,   an d   ca n   af f ec th h ar m o n ic  co n ten o f   th o u t p u t.  Pre v io u s   wo r k   o f ten   ac h i ev ed   T HD  r ed u ctio n   b y   in s er tin g   o r   u s in g   c o m p lex   co n tr o l   alg o r ith m s .   T h e   FP GA  im p lem en tatio n   p r o v id es  p r ec is tim in g   co n tr o l   an d   r ed u ce s   th s witch in g   o v e r lap ,   wh ich   r esu lts   in   T HD  r ed u ctio n .   T h p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   FP GA - co n tr o lled   m o d u lat io n   was  co m p ar ed   with   two   e s tab lis h ed   m eth o d s Sin u s o id al   PW ( SP W M)   an d   p h ase - d is p o s itio n   PW ( PDP W M) .   T h ese  co n v en tio n al  tech n iq u es   ar k n o wn   f o r   th eir   s tr aig h tf o r war d   im p lem e n tatio n ,   b u i n   m o s 7 - lev el  i n v er ter s ,   th eir   T HD  r em ain s   ar o u n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 2 3 1 - 1242   1240   3   to   5 %.  I n   th is   p a p er ,   th s e q u en tial  s witch in g   p atter n   p er f o r m ed   b y   th FP GA  p r o d u ce d   an   ex p e r im en tal  T HD  o f   1 . 5 %,  d is p lay in g   n o ticea b ly   s m o o th e r   wav ef o r m .   B ec au s th p u ls tim in g   wa s   g en er ated   d ir ec tly   in   th p r o to ty p e ,   ea ch   d ev ic s witch ed   les s   tim e s   p er   c y cle   r o u g h l y   3 0 less   th an   in   SP W M   th er eb y   s ig n if ican tly   r ed u ci n g   s witch in g   lo s s es a n d   th er m al  s tr ess .   T o   ex am in e   d ev ice  r eliab ilit y ,   t h d r ain s o u r ce   v o ltag V DS   o f   ea ch   MO SF E T   was  r ec o r d ed   with   T ek tr o n ix   T DS3 0 2 4 B   o s cillo s co p u n d er   r ated   lo ad .   T h m ea s u r ed   p ea k   s tr ess es  wer 1 2   f o r   th u p p er   b r id g a n d   6   f o r   th lo wer   b r id g e,   eq u al   to   th eir   co r r esp o n d in g   DC - s o u r ce   v o ltag es.  Fr o m   t h o b s er v atio n ,   n o   o v e r s h o o b e y o n d   th ese  lim its ,   co n f ir m in g   s af e - o p er ati n g   co n d itio n s .   Vo ltag s tr ess   r em ain ed   s y m m etr ic   o v er   p o s itiv a n d   n eg ativ e   h alf - cy cles,  s p ec if y in g   t h at  th asy m m etr ic  m o d u latio n   a n d   g atin g   s eq u en ce   m ain tain ed   b alan ce d   s h ar in g   a m o n g   all  s witch es th r o u g h o u th cy cle.       8.   CO NCLU SI O N   I n   th is   p a p e r ,   th e   7 - le v el   ca s ca d e d   as y m m et r ic   ML I   r e p r ese n t s   a   s i g n if i ca n t   le ap   in   p o w er   el ec t r o n ics .   T h e   p r o p o s ed   s y s t em   is   a b le   t o   p r o d u ce   an   o u t p u t   wa v e f o r m   t h at   is   al m o s t   s i n u s o i d a l   wi th   f ew er   h a r m o n i c an d   b et te r   e f f ic ie n c y .   T h T HD  o b t ai n e d   f r o m   s i m u lat io n   was  r e d u ce d   f r o m   2 1 . 3 1 %   ( u n f i lte r e d )   t o   3 . 8 1 %   ( f ilt er ed ) ,   w h il t h e x p e r i m e n tal  T HD   was   r ed u ce d   f r o m   2 1 . 6 1 %   t o   1 . 5 % ,   co n f i r m i n g   th ef f e cti v e n ess   o f   t h e   p r o p o s e d   in v er t e r   d es ig n .   D u e   t o   t h is ,   it   ca n   b u s ed   as   a n   e n e r g y   s o u r c in   r e n ew a b le   e n e r g y   s y s te m s   s u c h   as   ele ctr ic  v eh icl d r iv es  as  w ell  as  i n   m e d i u m - v o lt ag i n d u s tr i al  d r iv es.   H o we v er ,   i m p le m e n tati o n   o f   C HB - ML I   also   p r ese n ts   s o m e   c h al le n g es ,   s u c h   as  d i f f ic u lt y   ass o ci ate d   wit h   co n t r o l   s tr at eg ie s   a n d   t h e   n ee d   f o r   s e v e r a l   is o l ate d   DC   s o u r ce s .   Fu tu r wo r k   m a y   f o c u s   o n   i m p le m e n ti n g   a d v an ce d   m o d u la ti o n   t ec h n iq u es,   s u c h   as   s ele cti v e   h a r m o n ic   e li m i n at io n   o r   AI - b as ed   m o d u l ati o n ,   t o   f u r t h e r   r e d u c th T HD .         F UNDING   I NF O R M A T I O N   C o m m u n icatio n   o f   th is   r esear ch   is   m ad p o s s ib le  th r o u g h   m o n etar y   ass is tan ce   b y   Un iv er s iti  T u n   Hu s s ein   On n   Ma lay s ia  an d   th UT HM   Pu b lis h er s   Of f ice  v ia  Pu b licatio n   Fu n d   E 1 5 2 1 6   an d   T I E R   1   ( Vo t Q 5 4 9 ) .       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   Af ar u lr az i A b u   B ak ar                               Haz waj  Mh d   Po ad                               B e n j a m i n   H o   H a o   Xi a n                               T h ar n is h Sit h an an th an                               W ah y u   Mu ly o   Uto m o                               T r iy an to   Pan g ar ib o wo                                 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         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h au th o r s   co n f ir m   th at  th d ata  s u p p o r tin g   th f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar av ailab le  with in   th ar ticle  an d   its   f ig u r es.  Ad d itio n al  d et ails   ca n   b o b tain ed   f r o m   th c o r r esp o n d in g   a u th o r   u p o n   r e q u est .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.