Capes / Este trabalho apresenta as análises qualitativa e quantitativa que descrevem o princípio de operação de duas topologias de conversores CC-CC integrados boost-flyback com interleaving generalizado em malha aberta. A primeira topologia corresponde à solução convencional, sendo que uma análise matemática generalizada para qualquer quantidade de células de interleaving é desenvolvida. A segunda topologia é proposta com o intuito de garantir comutação suave em todos os interruptores do circuito. Possibilitando assim, a redução das perdas por comutação do conversor e tornando viável a sua operação com maiores valores de frequência de comutação. Novamente, uma análise matemática generalizada é desenvolvida fornecendo uma descrição genérica da operação do conversor com uma quantidade qualquer de células de interleaving. Os principais resultados das análises são inicialmente validados com simulações computacionais. Para a verificação experimental, foi construído um protótipo de 500 W, 48 V de tensão de entrada, 400 V de tensão de saída operando com frequência de comutação de 100 kHz. Potenciais aplicações da proposta são sistemas de conversão de energia que requerem elevado ganho de tensão com elevado rendimento, tais como sistemas fotovoltaicos, célula a combustível e pequenos aerogeradores. / This work presents the qualitative and quantitative analyses describing the open loop operation principle of two integrated boost-flyback dc-dc converters with generalized interleaving. The first topology corresponds to the conventional solution, and a generalized mathematical analysis valid for any number of channels is carried out. A second topology is proposed to guarantee soft switching for all the circuit’s switches. Thus allowing the reduction of the switching losses and making viable its operation with higher values of switching frequency. Again, a generalized mathematical analysis is performed, thus providing a generic description of the converter’s operation for any number of interleaving channels. The main analyses results are initially validated by means of computer-aided simulations. For experimental validation purpose, a 500 W, 48 V input voltage, 400 V output voltage operating at switching frequency of 100 kHz was built. Potential application of the proposal are energy conversion systems requiring high voltage gain and high efficiency, such as photovoltaic, fuel-cell and small-scale wind energy systems.

Esta dissertação propõe a análise de dois conversores de estágio único, isolados em alta frequência e adequados para aplicações de conexão à rede elétrica. Inicialmente, é introduzida uma nova estratégia de modulação para o conversor flyback bidirecional com conexão diferencial. Esta modulação melhorada proporciona melhor desempenho, reduzindo os valores de corrente RMS para cada componente do circuito, contribuindo assim para a redução das perdas por condução. As análises estáticas do conversor operando em ambas estratégias de modulação alternativa e original são apresentadas. A análise dinâmica também é realizada, fornecendo a função de transferência da corrente de saída pela razão cíclica do conversor ligado à uma carga resistiva e acoplado a uma fonte de tensão. Um protótipo com potência de saída de 500 W, 20 kHz, com tensão de entrada de 70 V e 127 VRMS na tensão de saída é apresentado e os resultados experimentais que comparam a nova estratégia de modulação confirmam a análise teórica e desempenho superior. Uma tensão de saída com baixa THD é alcançada para ambas estratégias de modulação, operando em malha aberta em no modo de condução contínua. O segundo conversor é um flyback com grampeamento ativo adequado para ser utilizado como um micro-inversor em aplicações de energias renováveis. As principais características da topologia são o relativo baixo número de componentes, o isolamento em alta frequência, possibilidade de ser utilizado como elevador de tensão de saída e operação em ZVS. O grampeamento ativo permite recuperar a maior parte da energia armazenada na indutância de dispersão dos indutores flyback e, assim, uma melhoria na eficiência do conversor é atingida. A análise estática é fornecida para o conversor operando em CCM. Além disso, uma função de transferência da corrente de saída pela razão cíclica é apresentada para uma carga resistiva na saída. Para este conversor duas frequências de comutação de 100 kHz e 50 kHz foram testadas num protótipo construído para 500 W, com tensão de entrada de 70 V e tensão de saída de 127 VRMS. / This thesis proposes the analysis of two single-stage high-frequency isolated converters suited for grid-tied applications. Firstly, a new modulation strategy to the bidirectional flyback converter with differential output connection is introduced. This improved modulation provides better performance by reducing the RMS current values for every circuit element, thereby contributing to reduced conduction losses. The static analyses of the converter operating in both the original and the alternative switching strategies are presented. Dynamic analysis is also performed, providing the output-current-to-duty-cycle transfer function of the converter connected to a resistive load and coupled to an output voltage source. A 500 W, 20 kHz, 70 V input voltage and 127 VRMS output voltage prototype is presented and experimental results comparing the new modulation strategy to the original confirm the theoretical analyses and superior performance of the alternative switching strategy. A low THD output voltage is achieved for both switching strategies, operating in open loop and in continuous conduction mode. The second converter is an active-clamping flyback converter suitable to be used as a microinverter in renewable energy applications. The main features of the topology are the relatively low component count, high-frequency isolation, voltage step-up capability and zero voltage switching. The active clamping allows to recover most of the energy stored in the flyback inductors’ leakage inductance and thus an improvement on the system efficiency is achieved. The static analysis for CCM operation is provided. In addition, an output-current-to-duty-cycle transfer function for a resistive load connected to the output of the converter is presented. Two switching frequencies of 100 kHz and 50 kHz were tested in a prototype built for 500 W, 70 V input voltage and 127 VRMS output voltage.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1981. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Includes bibliographical references. / by Tam-Anh Chu. / M.S.

The need for smaller and more efficient power supplies steadily grows. Many power supplies incorporate high-frequency dc-to-dc switching converters to meet these demands. Recently, a new class of switching converters has been introduced which can operate at very high frequencies to further reduce size and increase efficiency. They are called quasi-resonant converters. Previously, the dc characteristics of many of these converters had been determined, assuming ideal components and circuit operating conditions. However, as the frequency of operation increases, the circuit behavior becomes less ideal causing changes in the expected characteristics. This is because resistive losses, semiconductor junction capacitances, and other parasitic (undesirable) elements become more pronounced at higher frequencies. This thesis investigates the effects of parasitic elements on the dc characteristics of several zero-current-switched, buck-derived quasi-resonant converters. For the quasi-resonant buck converter, it is demonstrated that for certain operating conditions the dc voltage gain can increase when parasitic losses are increased. Design guidelines are given for maximizing this converter's efficiency. Various forward quasi-resonant topologies are investigated, and the effects of parasitic elements on circuit operation are highlighted. A dc analysis is performed for the secondary-resonance forward converter, which has not previously been analyzed. This converter can operate either in full-wave or half-wave mode. Its dc voltage gain in full-wave mode is less sensitive to load variations than other resonant forward topologies that only operate in half-wave mode. / Master of Science

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, apresenta-se o estudo de um conversor CC-CC isolado com comutação suave e saída em tensão, destinado a aplicações com ampla faixa de tensão de entrada, com o nome em inglês Hybrid T-type Zero-Voltage-Switching Pulse-Width-Modulated DC-DC converter (HT2-ZVS-PWM). O conversor estudado possui seis interruptores, sendo quatro deles submetidos ao nível máximo da tensão de entrada e os outros dois, que constituem a célula tipo T, submetidos a metade desta tensão. São propostas modulações de três níveis e quatro níveis aplicadas no comando dos interruptores, as quais possibilitam comutação suave do tipo ZVS para os mesmos, no modo de condução contínua. O trabalho é estruturado em análise teórica para os modos de condução contínua e descontínua, análise de esforços nos elementos do conversor, análise da comutação dos interruptores, análise dinâmica, metodologias de projeto e resultados experimentais, em que se analisam resultados para uma tensão mínima e uma tensão máxima de entrada. Utiliza-se 1,2 kW, 240 V – 480 V de entrada, 300 V de saída e frequência de comutação de 50kHz para a comprovação das análises que serão realizadas. Rendimentos são obtidos a partir de ensaios experimentais com o protótipo para operação com ponto fixo e ampla faixa de tensão de entrada. Para ponto fixo o rendimento foi de 97,38% em potência nominal e para ampla faixa foram de 96,35% (240 V) e 95,72% (480 V) em 60% e 70% da potencia nominal, respectivamente. / This work presents the analysis of an isolated DC-DC converter with soft switching and capacitive output filter, for applications with a wide input voltage range, called Hybrid T-type Zero-Voltage-Switching Pulse-Width-Modulated DC-DC converter (HT2-ZVSPWM). The converter studied contains six switches, four of which are submitted to the entire input voltage value and the other two, which constitute the Type T cell, are subjected to half of this voltage. The proposed three-level and four-level modulations are applied to generate the switching signals, which ensures ZVS operation for all converter switches in the continuous conduction mode. The work is structured in theoretical analysis for both continuous and discontinuous conduction modes, stress analysis, dynamic analysis, design methodology and experimental results in which results are analyzed for a minimum voltage and a maximum input voltage. Theoretical analysis, design example and experimental data for 1.2 kW, 240 – 480 Vdc input, 300 Vdc output, and 50 kHz switching frequency laboratory prototype are analyzed. Measured efficiency are obtained from experimental trials with the prototype for fixed point operation and wide input voltage range. For fixed point the efficiency was of 97.38% at full load and for wide range were of 96.35% (240 V) and 95.72% (480 V) in 60% and 70% of the nominal power, respectively.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, apresenta-se o estudo de um conversor CC-CC isolado com comutação suave e saída em tensão, destinado a aplicações com ampla faixa de tensão de entrada, com o nome em inglês Hybrid T-type Zero-Voltage-Switching Pulse-Width-Modulated DC-DC converter (HT2-ZVS-PWM). O conversor estudado possui seis interruptores, sendo quatro deles submetidos ao nível máximo da tensão de entrada e os outros dois, que constituem a célula tipo T, submetidos a metade desta tensão. São propostas modulações de três níveis e quatro níveis aplicadas no comando dos interruptores, as quais possibilitam comutação suave do tipo ZVS para os mesmos, no modo de condução contínua. O trabalho é estruturado em análise teórica para os modos de condução contínua e descontínua, análise de esforços nos elementos do conversor, análise da comutação dos interruptores, análise dinâmica, metodologias de projeto e resultados experimentais, em que se analisam resultados para uma tensão mínima e uma tensão máxima de entrada. Utiliza-se 1,2 kW, 240 V – 480 V de entrada, 300 V de saída e frequência de comutação de 50kHz para a comprovação das análises que serão realizadas. Rendimentos são obtidos a partir de ensaios experimentais com o protótipo para operação com ponto fixo e ampla faixa de tensão de entrada. Para ponto fixo o rendimento foi de 97,38% em potência nominal e para ampla faixa foram de 96,35% (240 V) e 95,72% (480 V) em 60% e 70% da potencia nominal, respectivamente. / This work presents the analysis of an isolated DC-DC converter with soft switching and capacitive output filter, for applications with a wide input voltage range, called Hybrid T-type Zero-Voltage-Switching Pulse-Width-Modulated DC-DC converter (HT2-ZVSPWM). The converter studied contains six switches, four of which are submitted to the entire input voltage value and the other two, which constitute the Type T cell, are subjected to half of this voltage. The proposed three-level and four-level modulations are applied to generate the switching signals, which ensures ZVS operation for all converter switches in the continuous conduction mode. The work is structured in theoretical analysis for both continuous and discontinuous conduction modes, stress analysis, dynamic analysis, design methodology and experimental results in which results are analyzed for a minimum voltage and a maximum input voltage. Theoretical analysis, design example and experimental data for 1.2 kW, 240 – 480 Vdc input, 300 Vdc output, and 50 kHz switching frequency laboratory prototype are analyzed. Measured efficiency are obtained from experimental trials with the prototype for fixed point operation and wide input voltage range. For fixed point the efficiency was of 97.38% at full load and for wide range were of 96.35% (240 V) and 95.72% (480 V) in 60% and 70% of the nominal power, respectively.

Orientador: Jose Antonio Siqueira Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T10:27:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_LucianoCamaraBuenode_M.pdf: 4566206 bytes, checksum: 004300417197b06c786d6cac40898584 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo propor um sistema de baixo custo para conversão de veículos urbanos convencionais para propulsão elétrica. Serão abordadas também, técnicas, de paralelismo de dispositivos semicondutores para altas demandas de potência, motores elétricos, baterias, e sistemas de recarga. De uma maneira geral o projeto apresenta a viabilização de uni kit prático de conversão que permite a Substituição do sistema de tração original (gasolina ou álcool) para o sistema de tração elétrica movido à bateria interna recarregável, para uso urbano que, futuramente, possa ser produzido em larga escala. Os resultados dos modelos teóricos são confrontados com os testes práticos. É apresentado, ao final, um veículo completo, que opera apenas com propulsão elétrica, bem como os íesíes realizados neste veículo / Abstract: The objective of the dissertation is to present a low cost system for the utilization of electric propulsion in urban vehicles powered with internal combustion engines, ft will be discussed semiconductor devices parallelism techniques for high demands of power, electric engines, batteries, and re-charge- systems. In a general way. the project has as objective the design of a conversion kit that allows the substitution of the of original traction of the vehicle by an electric traction system with rechargeable interna! batteries, and that can be produced in large scale. The results of the theoretical models are compared with the practical evaluation tests. The experimental results measured in a complete vehicle assembled using the developed kit are presented / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Abstract This thesis studies the design methods and properties of supply-modulated switch-mode radio frequency power amplifiers. Besides simulation based studies and theory review, two amplifiers were designed: a discrete MESFET class E amplifier (0.5 W at 1 GHz), and an integrated pHEMT class E-1 amplifier (2.0 W at 1.6 GHz) with an on-chip resonator. The existing design methods of the resonant output network of switching amplifiers were reviewed and some extensions on the handling of nonlinear capacitances were proposed. The effects of varying supply voltage were studied and suggestions were given to minimize Vdd / AM and Vdd / PM distortion in supply modulated amplifiers. The implementation of the bias feed was also discussed resulting in proposing a combination of a short transmission line and a small inductor, which provides both fast supply modulation and little effect on harmonic impedances. The main contributions are related to the study of the input impedance of a class E power amplifier, where the effects of supply dependent input impedance and timing skew generated by injected harmonic distortion were analyzed. The stabilization of the amplifier was also discussed. Based on the findings, a push-pull class E amplifier with extra cross-coupled feedback capacitors and second harmonic traps at the gates appears to be a very good starting point for a further study. / Tiivistelmä Tämä väitöstyö käsittelee radiotaajuuksilla toimivien käyttöjännitemoduloitujen kytkintehovahvistimien ominaisuuksia ja suunnittelumenetelmiä. Suunnittelumenetelmiin liittyvän katsauksen ja simulaatioihin perustuvan tutkimusten lisäksi kaksi vahvistinta toteutettiin väitöstutkimuksen aikana: diskreettikomponentein toteutettu E-luokan vahvistin (MESFET, 0.5 W ja 1 GHz) ja integroituna piirinä toteutettu käänteinen E-luokan vahvistin (pHEMT, 2.0 W ja 1.6 GHz), jonka lähdön resonaattoripiiri sisällytettiin integroituun piiriin. Kytkinvahvistimien suunnittelumenetelmiä verrattiin ja kehitettiin edelleen siten, että suunnitteluvaiheessa voidaan ottaa huomioon esim. transistoripiirin takaisinkytkennässä olevan kapasitanssin epälineaarisuus. Työssä tutkittiin myös käyttöjännitemodulaation vaikutusta kytkinvahvistimien toimintaan, ja tutkimuksen tuloksena annettiin muutamia ehdotuksia käyttöjänniteriippuvan amplitudi- (Vdd / AM) ja vaihemodulaation (Vdd / PM) vähentämiseksi. Lähdön biasointipiirin toteutukseen suositeltiin pienen kelan ja siirtolinjan yhdistelmää. Yhdistelmän avulla pyritään maksimoimaan modulaationopeus ja minimoimaan vaikutukset harmonisiin impedansseihin. Pääkohtina väitöksessä ovat E-luokan kytkinvahvistimesta saadut tutkimus- ja mittaushavainnot käyttöjännitteen funktiona muuttuvasta transistorin tuloimpedanssista sekä suurikokoisen transistorin tuloissa tapahtuvan, säröytymisen aiheuttaman tulosignaalien ajoitusvirheen analyysi. Näiden lisäksi vahvistimen stabiilisuuteen kiinnitettiin huomiota. Saatujen havaintojen perusteella voimme todeta, että push-pull -tyyppinen E-luokan vahvistin olisi mielenkiintoinen valinta jatkotutkimuksille.

The objective of this thesis is to automate the design of round-robin arbiter logic. The resulting arbitration logic is more than 1.8X times faster than the fastest prior state-of-the-art arbitration logic the author could find reported in the literature. The generated arbiter implemented in a single chip is fast enough in 0.25ьm CMOS technology to achieve terabit switching with a single chip computer network switch. Moreover, this arbiter is applicable to crossbar (Xbar) arbitration logic. The generated Xbar, customized according to user specifications, provides multiple communication paths among masters and slaves. As the number of transistors on a single chip increases rapidly, there is a productivity gap between the number of transistors available in a chip and the number of transistors per hour a chip designer designs. One solution to reduce this productivity gap is to increase the use of Silicon Intellectual Property (SIP) cores. However, a SIP core should be customized before being used in a system different than the one for which it was designed. Thus, to reconfigure the SIP core, either an engineer must spend significant effort altering the core by hand or else an enhanced CAD tool can automatically customize the core according to customer specifications. In this thesis, we present SIP generator tools for arbiter and Xbar generation. First, we introduce a Round-robin Arbiter Generator (RAG). The RAG can generate a hierarchical Bus Arbiter (BA) which is faster than all known previous approaches. RAG can also generate a hierarchical Switch Arbiter (SA) which is faster than all known previous approaches. Using a 0.25ьm TSMC standard cell library from LEDA Systems, we show the arbitration time of a 32x32 SA and demonstrate that our SA meets the time constraint to achieve terabit throughput. Furthermore, using a novel token-passing hierarchical arbitration scheme, our 32x32 SA performs better than the Ping-Pong Arbiter and Programmable Priority Encoder by factors of 1.8X and 2.3X, respectively, with less power dissipation. Finally, we present an Xbar switch Generator (X-Gt) tool that automatically configures a crossbar for a multiprocessor System-on-a-Chip (SoC). An Xbar is generated in Register Transfer Level (RTL) Verilog HDL.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IradilsonFC.pdf: 1175734 bytes, checksum: 1b789bd9fa5e1240b46ecdcefd19f939 (MD5) Previous issue date: 2009-08-11 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This work aims to present how the reconfigurable microstrip antennas and frequency selective surfaces can be used to operate at communication systems that require changing their operation frequency according to system requirements or environmental conditions. The main purpose is to present a reconfigurable circular microstrip antenna using a parasitic ring and a reconfigurable dipole frequency selective surface. Thereupon there are shown fundamental topics like microstrip antennas, PIN diodes and the fundamental theory of reconfigurable antennas and frequency selective surfaces. There are shown the simulations and measurements of the fabricated prototypes and it is done an analysis of some parameters like the bandwidth and radiation pattern, for the antennas, and the transmission characteristics, for the frequency selective surface. Copper strips were used in place of the diodes for proof of the reconfigurability concept / Este trabalho tem como objetivo apresentar como as antenas de microfita e as superf?cies seletivas de frequ?ncia reconfigur?veis podem ser alternativas para operar em sistemas de comunica??o sem fio que necessitem alterar sua frequ?ncia de opera??o de acordo com os requisitos impostos a este sistema ou condi??es do meio. O prop?sito central ? apresentar uma antena de microfita com patch circular reconfigur?vel utilizando um anel parasita e uma superf?cie seletiva de frequ?ncia tipo dipolo reconfigur?vel. Para isto s?o apresentados temas fundamentais como as antenas de microfita, diodos PIN e a teoria fundamental de opera??o das antenas e superf?cies seletivas de frequ?ncia reconfigur?veis. S?o apresentadas todas as simula??es e medi??es realizadas dos prot?tipos constru?dos e ? feita uma an?lise de alguns par?metros como largura de banda e diagrama de radia??o, para as antenas, e caracter?sticas de transmiss?o, para as superf?cies seletivas de frequ?ncia. Foram utilizadas fitas de cobre no lugar dos diodos para a prova do conceito de reconfigurabilidade