Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.22
no.3
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pp.373-379
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2019
Nowadays, the IoT portable electronic devices have become more useful and diverse, so they require various supply voltage levels to operate. This paper presents a DC-DC buck converter with pulse width modulation (PWM) for portable electronic devices. The proposed step-down DC-DC converter consists of passive elements such as capacitors, inductors, and resistors and an integrated chip (IC) for signal control to reduce power consumption and improves ripple voltage with the resolution. The proposed DC-DC converter is simulated and analyzed in PSPICE circuit design platform, and implemented on the prototype PCB board with a Texas Instruments LM5165 IC. The proposed buck converter is showed 92.6% of peak efficiency including a load current range of 4-10 mA, 3.29 mV of the voltage ripple at 5 V output voltage for the supply voltage 12 V. Measured and Simulated power efficiency are made good agreement with each other.
PV system performance is dependent on different irradiations and temperature values in addition to the capability of the employed PV inverter / maximum power point tracker (MPPT) circuit or algorithm. Therefore, it would be appropriate to use a PV simulator capable of producing identical repeatable conditions regardless of the weather to evaluate the performance of inverter / MPPT circuits and algorithms. In accordance with this purpose, a photovoltaic (PV) array simulator is presented in this paper. The simulator is designed to generate current-voltage (I-V) and power-voltage (P-V) curves of a PV panel. Series connected cascaded modules constitute the basic part of the simulator. This feature also allows for the modeling of PV arrays since the number of modules can be increased and high voltage values can be reached with the simulator. In addition, the curves obtained at the simulator output become similar to the actual curves of sample PV panels with an increase in the number of modules. In order to show the validity of the proposed simulator, it was simulated for various situations such as panels under full irradiance and partial shading conditions. After completing simulations, experiments were realized to support the simulation study. Both simulation and experimental results show that the proposed simulator will be very useful for researchers to carry out PV studies under laboratory conditions.
Kim, Yeongmin;Ahmed, Rahate;Zeeshan, Zeeshan;Chun, Wongee
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.39
no.1
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pp.51-58
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2019
This paper deals with the operation of a hybrid power generation system made with photovoltaic cells and piezoelectric materials. The system can produce power from the wind as well as from the sun subject to their availability. Irrespective of the largeness of their power production, the power developed by both generators (i.e., phtovoltaic cells and piezoelectric cells) were combined and stored before it was applied to a load. Especially, the AC power (current) developed from each piezoelectric generator was converted by a full wave bridge rectifier and then combined prior to its storage in a capacitor. It was observed that the system can produce a maximum output power of 6.49 mW at loading resistance of $100{\Omega}$.
Bae, In-Ho;Lim, Sun Do;Yoo, Jae-Keun;Lee, Dong-Hoon;Kim, Seung Kwan
Current Optics and Photonics
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v.3
no.1
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pp.33-39
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2019
We report development of a frequency-stabilized mid-infrared continuous-wave (cw) optical parametric oscillator (OPO) based on a fan-out grating MgO:PPLN crystal pumped at 1064 nm. The OPO resonator was designed as a pump-enhanced standing-wave cavity that resonates to the pump and signal beams. To realize stable operation of the OPO, we applied a modified Pound-Drever-Hall technique, which is a well-known method for powerful laser frequency stabilization. Tuning a poling period of the fan-out grating of the crystal allows wavelength-tunable OPO outputs from 1510 nm to 1852 nm and from 2500 nm to 3600 nm for signal and idler beams, respectively. At the idler wavelengths of 2500 nm, 3000 nm and 3500 nm, we achieved more than 50 mW of output powers at a pumping power of 1.1 W. The long-term stability of the OPO was confirmed by recording the power and wavelength variations of the idler for an hour.
Multiple LED arrays can be utilized in visible-light communication (VLC) to improve communication efficiency, while maintaining smart illumination functionality through dimming control. This paper proposes a modulation scheme called "Spatial Intensity Modulation" (SIM), where the effective number of turned-on LEDs is employed for data modulation and dimming control in VLC systems. Unlike the conventional pulse-amplitude modulation (PAM), symbol intensity levels are not determined by the amplitude levels of a VLC signal from each LED, but by counting the number of turned-on LEDs, illuminating with a single amplitude level. Because the intensity of a SIM symbol and the target dimming level are determined solely in the spatial domain, the problems of conventional PAM-based VLC and related MIMO VLC schemes, such as unstable dimming control, non uniform illumination functionality, and burdens of channel prediction, can be solved. By varying the number and formation of turned-on LEDs around the target dimming level in time, the proposed SIM scheme guarantees homogeneous illumination over a target area. An analysis of the dimming capacity, which is the achievable communication rate under the target dimming level in VLC, is provided by deriving the turn-on probability to maximize the entropy of the SIM-based VLC system. In addition, a practical design of dimmable SIM scheme applying the multilevel inverse source coding (MISC) method is proposed. The simulation results under a range of parameters provide baseline data to verify the performance of the proposed dimmable SIM scheme and applications in real systems.
We propose an implementation scheme for an optical encryption system with hybrid-pattern random keys. In the encryption process, a pair of random phase keys composed of a white-noise phase key and a structured phase key are positioned in the input plane and Fourier-spectrum plane respectively. The output image is recoverable by digital reconstruction, using the conjugate of the encryption key in the Fourier-spectrum plane. We discuss the system encryption performance when different combinations of phase-key pairs are used. To measure the effectiveness of the proposed method, we calculate the statistical indicators between original and encrypted images. The results are compared to those generated from a classical double random phase encoding. Computer simulations are presented to show the validity of the method.
The characteristics of a titanium oxide layer prepared using a plasma electrolytic oxidation (PEO) process were investigated, using an extended gate ion sensitive field effect transistor (EG-ISFET) to confirm the layer's capability to react with hydrogen ions. The surface morphology and element distribution of the PEO-processed titanium oxide were observed and analyzed using field-emission scanning-electron microscopy (FE-SEM) and energy-distribution spectroscopy (EDS). The titanium oxide prepared by the PEO process was utilized as a hydrogen-ion sensing membrane and an extended gate insulator. A commercially available n-channel enhancement MOS-FET (metal-oxide-semiconductor FET) played a role as a transducer. The responses of the PEO-processed titanium oxide to different pH solutions were analyzed. The output drain current was linearly related to the pH solutions in the range of pH 4 to pH 12. It was confirmed that the titanium-oxide layer prepared by the PEO process could feasibly be used as a hydrogen-ion-sensing membrane for EGFET measurements.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.14
no.2
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pp.41-48
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2018
This paper describes the systems engineering development process for the Departure from Nucleate Boiling Ratio (DNBR) algorithm using FPGA. Current Core Protection Calculator System (CPCS) requirement and DNBR logic are analyzed in the reverse engineering phase and the new FPGA based DNBR algorithm is designed in the re-engineering phase. FPGA based DNBR algorithm is developed by VHSIC Hardware Description Language (VHDL) in the implementation phase and VHDL DNBR software is verified in the software Verification & Validation phase. Test cases are developed to perform the software module test for VHDL software modules. The APR 1400 simulator is used to collect the inputs data in 100%, 75%, and 50% reactor power condition. Test input signals are injected to the software modules following test case tables and output signals are compared with the expected test value. Minimum DNBR value from developed DNBR algorithm is validated by KEPCO E&C CPCS development facility. This paper summarizes the process to develop the FPGA-based DNBR calculation algorithm using systems engineering approach.
Traditional boost converters have difficulty realizing high efficiency and high voltage gain conversion due to 1) extremely large duty cycles, 2) high voltage and current stresses on devices, and 3) low conversion efficiency. Therefore, a function decoupling high voltage gain DC/DC converter composed of a DC transformer (DCX) and an auxiliary converter is proposed. The role of DCX is to realize fixed gain conversion with high efficiency, whereas the role of the auxiliary converter is to regulate the output voltage. In this study, different forms of combined high voltage gain converters are compared and analyzed, and a structure is selected for the function decoupling high voltage gain converter. Then, topologies and control strategies for the DCX and auxiliary converter are discussed. On the basis of the discussion, an optimal design method for circuit parameters is proposed, and design procedures for the DCX are described in detail. Finally, a 400 W experimental prototype based on the proposed optimal design method is built to verify the accuracy of the theoretical analysis. The measured maximum conversion efficiency at rated power is 95.56%.
A new modeling method for AC-AC switched capacitor converters (SCCs) is introduced in this study. The proposed analytical method aims to accurately describe the input-output characteristics of AC-AC SCCs and establish a mathematical model for static voltage conversion ratio and equivalent resistance, which are key performance metrics for SCCs. A quantitative analysis of converter regulation capability is addressed on the basis of the modeling method. In this analysis, the effects of the control parameters and individual components on SCCs are illustrated extensively. Component stresses, such as the peak value and transient variation of the voltage/current of the converter, are also presented. The effectiveness of the proposed method is verified by comparing it with the existing modeling method and applying it to an AC-AC SCC with a conversion ratio of three. Two 1 kW prototypes are built in a laboratory, and their experimental results exhibit good agreement with the theoretical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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