An Energy-Efficient, Dynamic Voltage Scaling Neural Stimulator for a Proprioceptive Prosthesis

Accepted versio

Multicast scheduling in feedback-based two-stage switch

Proceedings of the IEEE Workshop on High Performance Switching and Routing, 2009, p. 28-33Scalability is of paramount importance in high-speed switch design. Two limiting factors are the complexity of switch fabric and the need for a sophisticated central scheduler. In this paper, we focus on designing a scalable multicast switch. Given the fact that the majority traffic on the Internet is unicast, a cost-effective solution is to adopt a unicast switch fabric for handling both unicast and multicast traffic. Unlike existing approaches, we choose to base our multicast switch design on the load-balanced two-stage switch architecture because it does not require a central scheduler, and its unicast switch fabric only needs to realize N switch configurations. Specifically, we adopt the feedback-based two-stage switch architecture [10], because it elegantly solves the notorious packet mis-sequencing problem, and yet renders an excellent throughput-delay performance. By slightly modifying the operation of the original feedback-based two-stage switch, a simple distributed multicast scheduling algorithm is proposed. Simulation results show that with packet duplication at both input ports and middle-stage ports, the proposed multicast scheduling algorithm significantly cuts down the average packet delay and delay variation among different copies of the same multicast packet. Keywords-Feedback-based two-stage switch, scalable multicast switch, load-balanced switch. © 2009 IEEE.published_or_final_versio

Highly efficient linear CMOS power amplifiers for wireless communications

The rapidly expanding wireless market requires low cost, high integration and high performance of wireless communication systems. CMOS technology provides benefits of cost effectiveness and higher levels of integration. However, the design of highly efficient linear CMOS power amplifier that meets the requirement of advanced communication standards is a challenging task because of the inherent difficulties in CMOS technology. The objective of this research is to realize PAs for wireless communication systems that overcoming the drawbacks of CMOS process, and to develop design approaches that satisfying the demands of the industry. In this dissertation, a cascode bias technique is proposed for improving linearity and reliability of the multi-stage cascode CMOS PA. In addition, to achieve load variation immunity characteristic and to enhance matching and stability, a fully-integrated balanced PA is implemented in a 0.18-m CMOS process. A triple-mode balanced PA using switched quadrature coupler is also proposed, and this work saved a large amount of quiescent current and further improved the efficiency in the back-off power. For the low losses and a high quality factor of passive output combining, a transformer-based quadrature coupler was implemented using integrated passive device (IPD) process. Various practical approaches for linear CMOS PA are suggested with the verified results, and they demonstrate the potential PA design approach for WCDMA applications using a standard CMOS technology.PhDCommittee Chair: Kenney, J. Stevenson; Committee Member: Jongman Kim; Committee Member: Kohl, Paul A.; Committee Member: Kornegay, Kevin T.; Committee Member: Lee, Chang-H

Multilevel Converters: An Enabling Technology for High-Power Applications

| Multilevel converters are considered today as the state-of-the-art power-conversion systems for high-power and power-quality demanding applications. This paper presents a tutorial on this technology, covering the operating principle and the different power circuit topologies, modulation methods, technical issues and industry applications. Special attention is given to established technology already found in industry with more in-depth and self-contained information, while recent advances and state-of-the-art contributions are addressed with useful references. This paper serves as an introduction to the subject for the not-familiarized reader, as well as an update or reference for academics and practicing engineers working in the field of industrial and power electronics.Ministerio de Ciencia y Tecnología DPI2001-3089Ministerio de Eduación y Ciencia d TEC2006-0386

Design of LLC resonant converter with silicon carbide MOSFET switches and nonlinear adaptive sliding controller for brushless DC motor system

Introduction. The high voltage gain DC-DC converters are increasingly used in many power electronics application systems, due to their benefits of increased voltage output, reduced noise contents, uninterrupted power supply, and ensured system reliability. Most of the existing works are highly concentrated on developing the high voltage DC-DC converter and controller topologies for goal improving the steady state response of brushless DC motor driving system and also obtain the regulated voltage with increased power density and reduced harmonics, the LLC resonant DC-DC converter is implemented with the silicon carbide MOSFET switching devices Problem. Yet, it facing the major problems of increased switching loss, conduction loss, error outputs, time consumption, and reduced efficiency. Also the existing works are mainly concentrating on improving the voltage gain, regulation, and operating performance of the power system with reduced loss of factors by using the different types of converters and controlling techniques. The goal of this work is to obtain the improved voltage gain output with reduced loss factors and harmonic distortions. Method. Because, this type of converter has the ability to generate the high gain DC output voltage fed to the brushless DC motor with reduced harmonics and loss factors. Also, the nonlinear adaptive sliding controller is implemented to generate the controlling pulses for triggering the switching components properly. For this operation, the best gain parameters are selected based on the duty cycle, feedback DC voltage and current, and gain of silicon carbide MOSFET. By using this, the controlling signals are generated and given to the converter, which helps to control the brushless DC motor with steady state error. Practical value. The simulation results of the proposed LLC silicon carbide MOSFET incorporated with nonlinear adaptive sliding controller controlling scheme are validated and compared by using various evaluation indicators. Вступ. Високовольтні перетворювачі постійного струму з високим коефіцієнтом посилення напруги все частіше використовуються в багатьох прикладних системах силової електроніки через їх переваги, пов'язані з підвищеною вихідною напругою, зниженим рівнем шуму, безперебійним живленням і гарантованою надійністю системи. Більшість існуючих робіт значною мірою зосереджені на розробці топологій високовольтного перетворювача постійного струму і контролера з метою поліпшення усталеного відгуку системи приводу безщіткового двигуна постійного струму, а також отримання регульованої напруги з підвищеною щільністю потужності і зменшеними гармоніками; резонансний LLC-перетворювач постійного струму, реалізований на перемикаючих пристроях на основі польових МОП-транзисторах з карбіду кремнію. Проблема. Тим не менш, це стикається з основними проблемами, пов'язаними зі збільшенням втрат при перемиканні, втратами провідності, помилками на виході, витратами часу та зниженням ефективності. Крім того, існуючі роботи в основному зосереджені на покращенні коефіцієнта посилення напруги, регулювання та робочих характеристик енергосистеми із зменшенням факторів втрат за рахунок використання різних типів перетворювачів та методів управління. Метою роботи є отримання покращеного коефіцієнта посилення напруги зі зниженими коефіцієнтами втрат і гармонійних спотворень. Метод. Таким чином, цей тип перетворювача здатний генерувати вихідну постійну напругу з високим коефіцієнтом посилення, що подається на безщітковий двигун постійного струму, зі зменшеними коефіцієнтами гармонік та втрат. Крім того, реалізований нелінійний адаптивний ковзний регулятор для генерування керуючих імпульсів для належного спрацьовування перемикаючих компонентів. Для цієї операції вибираються найкращі параметри посилення на основі робочого циклу, постійної напруги та струму зворотного зв'язку, а також коефіцієнта посилення польового МОП-транзистора з карбіду кремнію. При цьому керуючі сигнали генеруються і передаються на перетворювач, який допомагає керувати безщітковим двигуном постійного струму з помилкою, що встановилася. Практична цінність. Результати моделювання запропонованого LLC-перетворювача на основі польових МОП-транзисторів з карбіду кремнію зі схемою управління нелінійним адаптивним ковзним регулятором перевіряються та порівнюються з використанням різних показників оцінки.&nbsp