This paper proposed a high-power density bidirectional converter for hybrid electric vehicle high-voltage DC-DC converter(HDC). The conventional HDC has two disadvantages. First, large inductance is required to satisfy the ripple current of inductor by low switching frequency (<20 kHz). Second, large core size is required to prevent the saturation of inductor by high current. Compared with the conventional HDC, the proposed HDC can reduce inductance with SiC-FET for high frequency driving. High-power density of I/O capacitors can be achieved through two-phase interleaved method. The high-power density of inductors can be achieved because the offset current of magnetizing inductance is theoretically terminated by using the differential mode coupled inductor instead of using two single inductors. The validity of the proposed converter is proved through the 50 kW prototype.
This paper presents a filter analysis of conducted Electro-Magnetic Interference (EMI) in switching power converters (SPC) based on noise impedances. The EMI characteristics of SPC can be analytically deduced from a circuit theoretical viewpoint. The analytical noise model is investigated to get a full understanding of the EMI mechanism. It is shown that with suitable and justified model, filters pertinent to EMI noise is investigated. The EMI noise is identified by time domain measurements associated with an isolated half-bridge ac-dc converter. Practical filters like LC filter, ${\pi}$ filter and complete EMI filters are investigated. The proposed analysis and results can provide a guideline for improving the effectiveness of filtering schemes in SPC. Experimental results are also included to verify the validity of the proposed method. The results obtained satisfy the Federal Communications Commission (FCC) class A and class B regulations.
Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Nazira;Mohamed, Salwa A.
Smart Structures and Systems
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제26권2호
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pp.213-226
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2020
In this manuscript, static and dynamic behaviors of geometrically imperfect carbon nanotubes (CNTs) subject to different types of end conditions are investigated. The Doublet Mechanics (DM) theory, which is length scale dependent theory, is used in the analysis. The Euler-Bernoulli kinematic and nonlinear mid-plane stretching effect are considered through analysis. The governing equation of imperfect CNTs is a sixth order nonlinear integro-partial-differential equation. The buckling problem is discretized via the differential-integral-quadrature method (DIQM) and then it is solved using Newton's method. The equation of linear vibration problem is discretized using DIQM and then solved as a linear eigenvalue problem to get natural frequencies and corresponding mode shapes. The DIQM results are compared with analytical ones available in the literature and excellent agreement is obtained. The numerical results are depicted to illustrate the influence of length scale parameter, imperfection amplitude and shear foundation constant on critical buckling load, post-buckling configuration and linear vibration behavior. The current model is effective in designing of NEMS, nano-sensor and nano-actuator manufactured by CNTs.
For the purpose of treating health checkups and recovery of patients in a super-aged society, hospitals use devices designed with a reduction circuit of electromagnetic waves associated with the specific absorption rate of electromagnetic waves absorbed by the human body. In this paper, we proposed a filter improvement design method capable of reducing electromagnetic waves. As a result of confirming the validity of the proposed technique through simulation and experimental results, the following result values were obtained. Applying the common-mode (CM) inductor 4 mH to a calibration circuit, noise decreased in a multiband spectrum. Using the differential mode(DM) inductor 40 µH element in the primary calibration circuit, the noise decreased by 15 dB or more in the 3 MHz band spectrum. Also, applying the Admittance Capacitance (Y-Cap) 10 nF element in the secondary calibration circuit resulted in the decrease by more than 30 dB in the band spectrum before 2 MHz. After using a common-mode inductor 4 mH element in the tertiary calibration circuit, it decreased by more than 15 dB in the band spectrum after 2 MHz.
Type 1 diabetes mellitus (T1DM) is a pathological condition associated with osteopenia. $WNT/{\beta}$-catenin signaling is implicated in this process. Trabecular and cortical bone respond differently to $WNT/{\beta}$-catenin signaling in healthy mice. We investigated whether this signaling has different effects on trabecular and cortical bone in T1DM. We first established a streptozotocin-induced T1DM mouse model and then constitutively activated ${\beta}$-catenin in osteoblasts in the setting of T1DM (T1-CA). The extent of bone loss was greater in trabecular bone than that in cortical bone in T1DM mice, and this difference was consistent with the reduction in the expression of ${\beta}$-catenin signaling in the two bone compartments. Further experiments demonstrated that in T1DM mice, trabecular bone showed lower levels of insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) than the levels in cortical bone, leading to lower $WNT/{\beta}$-catenin signaling activity through the inhibition of the IGF-1R/Akt/glycogen synthase kinase $3{\beta}$ ($GSK3{\beta}$) pathway. After ${\beta}$-catenin was activated in T1-CA mice, the bone mass and bone strength increased to substantially greater extents in trabecular bone than those in cortical bone. In addition, the cortical bone of the T1-CA mice displayed an unexpected increase in bone porosity, with increased bone resorption. The downregulated expression of WNT16 might be responsible for these cortical bone changes. In conclusion, we found that although the activation of $WNT/{\beta}$-catenin signaling increased the trabecular bone mass and bone strength in T1DM mice, it also increased the cortical bone porosity, impairing the bone strength. These findings should be considered in the future treatment of T1DM-related osteopenia.
This study presents the design of an 18 kW two-phase interleaved buck converter that uses a coupled inductor for an electric vehicle rapid charger. The designs of a two-phase coupled inductor for current ripple and physical size reduction and a two-phase interleaved buck converter based on silicon carbide metal - oxide - semiconductor field-effect transistor for high efficiency were described in detail. The operating principle of the two-phase interleaved buck converter was analyzed, and the coupled inductor was investigated using a magnetized equivalent circuit. Simulation and experiments were conducted to verify the validity of the proposed two-phase interleaved buck converter, and the theoretical design method and experimental results were confirmed.
이 논문은 군 쉘터(shelter)내부의 전자기기용 전원부에 사용되는 고성능 전원용 광대역 EMI 필터를 제안하였다. 주파수 10 kHz~l GHz의 광대역에서 감쇠량 100 dB를 구현할 수 있는 최적의 EMI 필터를 구현하기 위해 먼저 시뮬레이션을 통해 각 소자의 용량에 대한 특성을 분석하였으며, 이를 기초로 실제 제작을 통해 실험적으로 노이즈 제거 성능을 증명하였다. 이 결과는 군용 쉘터뿐만 아니라 다른 첨단 무기들에 대한 전자파 대응 방호기술의 개발에 도움을 줄 것이다.
Aiming at the problems of large dv/dt and di/dt in traditional single-ended converters and high electromagnetic interference (EMI) noise levels, a single-ended isolated converter using the secondary resonance technique is proposed in this paper. In the proposed converter, the voltage stress of the main power switch can be reduced and the voltage across the output diode is clamped to the output voltage when compared to the conventional flyback converter. In addition, the peak current stress through the main power switch can be decreased and zero current switching (ZCS) of the output diode can be achieved through the resonance technique. Moreover, the EMI noise coupling path and an equivalent model of the proposed converter topology are presented through the operational principle of the proposed converter. Analysis results indicate that the common mode (CM) EMI noise and the differential mode (DM) EMI noise of such a converter are deduced since the frequency spectra of the equivalent controlled voltage sources and controlled current source are decreased when compared with the traditional flyback converter. Furthermore, appropriate parameter selection of the resonant circuit network can increase the equivalent impedance in the EMI coupling path in the low frequency range, which further reduces the common mode interference. Finally, a simulation model and a 60W experimental prototype of the proposed converter are built and tested. Experimental results verify the theoretical analysis.
본 논문은 하이브리드 자동차 HDC(High voltage DC-DC Converter)를 위한 고전력밀도 양방향 컨버터를 제안한다. 기존 HDC는 낮은 동작주파수로 인하여 인덕터 전류 리플 만족을 위해 큰 인덕터 용량이 요구될 뿐만 아니라 대전류 구동시 인덕터의 자기포화를 방지하기 위해 코어의 크기가 커지는 단점이 있다. 본 논문에서 제안하는 양방향 컨버터는 고속 스위칭 특성이 우수한 SiC-FET의 적용을 통해 인덕터의 용량을 저감할 수 있다. 뿐만 아니라 2상 인터리브드 방식의 적용을 통해 입출력 커패시터의 고밀도화를 획득할 수 있으며, 각 상의 인덕터를 하나의 DM(Differential Mode) 커플드 인덕터로 구현함으로써 인덕터 자화전류 offset을 제거할 수 있으므로 인덕터의 고밀도화에 매우 유리하다. 제안된 HDC 양방향 컨버터의 타당성 검증을 위하여 50kW급 시작품 제작을 통한 실험 결과를 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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