Minimizing Conducted RF-Emissions in Switch Mode Power Supplies Using Spread-Spectrum Techniques

Switching power supplies are usually implemented with a control circuitry that uses constant clock frequency turning the power semiconductor switches on and off. A drawback of this customary operating principle is that the switching frequency and harmonic frequencies are present in both the conducted and radiated EMI spectrum of the power converter. Various variable-frequency techniques have been introduced during the last decade to overcome the EMC problem. The main objective of this study was to compare the EMI and steady-state performance of a switch mode power supply with different spread-spectrum/variable-frequency methods. Another goal was to find out suitable tools for the variable-frequency EMI analysis. This thesis can be divided into three main parts: Firstly, some aspects of spectral estimation and measurement are presented. Secondly, selected spread spectrum generation techniques are presented with simulations and background information. Finally, simulations and prototype measurements from the EMC and the steady-state performance are carried out in the last part of this work. Combination of the autocorrelation function, the Welch spectrum estimate and the spectrogram were used as a substitute for ordinary Fourier methods in the EMC analysis. It was also shown that the switching function can be used in preliminary EMC analysis of a SMPS and the spectrum and autocorrelation sequence of a switching function correlates with the final EMI spectrum. This work is based on numerous simulations and measurements made with the prototype. All these simulations and measurements are made with the boost DC/DC converter. Four different variable-frequency modulation techniques in six different configurations were analyzed and the EMI performance was compared to the constant frequency operation. Output voltage and input current waveforms were also analyzed in time domain to see the effect of the spread spectrum operation on these quantities. According to the results presented in this work, spread spectrum modulation can be utilized in power converter for EMI mitigation. The results from steady-state voltage measurements show, that the variable-frequency operation of the SMPS has effect on the voltage ripple, but the ripple measured from the prototype is still acceptable in some applications. Both current and voltage ripple can be controlled with proper main circuit and controller design.

Potential and Challenges of Analog Reconfigurable Computation in Modern and Future CMOS

In this work, the feasibility of the floating-gate technology in analog computing platforms in a scaled down general-purpose CMOS technology is considered. When the technology is scaled down the performance of analog circuits tends to get worse because the process parameters are optimized for digital transistors and the scaling involves the reduction of supply voltages. Generally, the challenge in analog circuit design is that all salient design metrics such as power, area, bandwidth and accuracy are interrelated. Furthermore, poor flexibility, i.e. lack of reconfigurability, the reuse of IP etc., can be considered the most severe weakness of analog hardware. On this account, digital calibration schemes are often required for improved performance or yield enhancement, whereas high flexibility/reconfigurability can not be easily achieved. Here, it is discussed whether it is possible to work around these obstacles by using floating-gate transistors (FGTs), and analyze problems associated with the practical implementation. FGT technology is attractive because it is electrically programmable and also features a charge-based built-in non-volatile memory. Apart from being ideal for canceling the circuit non-idealities due to process variations, the FGTs can also be used as computational or adaptive elements in analog circuits. The nominal gate oxide thickness in the deep sub-micron (DSM) processes is too thin to support robust charge retention and consequently the FGT becomes leaky. In principle, non-leaky FGTs can be implemented in a scaled down process without any special masks by using “double”-oxide transistors intended for providing devices that operate with higher supply voltages than general purpose devices. However, in practice the technology scaling poses several challenges which are addressed in this thesis. To provide a sufficiently wide-ranging survey, six prototype chips with varying complexity were implemented in four different DSM process nodes and investigated from this perspective. The focus is on non-leaky FGTs, but the presented autozeroing floating-gate amplifier (AFGA) demonstrates that leaky FGTs may also find a use. The simplest test structures contain only a few transistors, whereas the most complex experimental chip is an implementation of a spiking neural network (SNN) which comprises thousands of active and passive devices. More precisely, it is a fully connected (256 FGT synapses) two-layer spiking neural network (SNN), where the adaptive properties of FGT are taken advantage of. A compact realization of Spike Timing Dependent Plasticity (STDP) within the SNN is one of the key contributions of this thesis. Finally, the considerations in this thesis extend beyond CMOS to emerging nanodevices. To this end, one promising emerging nanoscale circuit element - memristor - is reviewed and its applicability for analog processing is considered. Furthermore, it is discussed how the FGT technology can be used to prototype computation paradigms compatible with these emerging two-terminal nanoscale devices in a mature and widely available CMOS technology.

Minimizing Circulating Current in Parallel-Connected Photovoltaic Inverters

Parallel-connected photovoltaic inverters are required in large solar plants where it is not economically or technically reasonable to use a single inverter. Currently, parallel inverters require individual isolating transformers to cut the path for the circulating current. In this doctoral dissertation, the problem is approached by attempting to minimize the generated circulating current. The circulating current is a function of the generated common-mode voltages of the parallel inverters and can be minimized by synchronizing the inverters. The synchronization has previously been achieved by a communication link. However, in photovoltaic systems the inverters may be located far apart from each other. Thus, a control free of communication is desired. It is shown in this doctoral dissertation that the circulating current can also be obtained by a common-mode voltage measurement. A control method based on a short-time switching frequency transition is developed and tested with an actual photovoltaic environment of two parallel inverters connected to two 5 kW solar arrays. Controls based on the measurement of the circulating current and the common-mode voltage are generated and tested. A communication-free method of controlling the circulating current between parallelconnected inverters is developed and verified.

Dammsäkerhetsguide

Den nya dammsäkerhetslagen (494/2009) trädde i kraft 1.10.2009 och statsrådets förordning om dammsäkerhet (319/2010) 5.5.2010. Denna dammsäkerguide ersätter anvisningarna för dammsäkerhet (Jord- och skogsbruksministeriets publikationer 7/1997) som togs ur bruk 1.10.2009. Dammsäkerhetsguiden är inte bindande för dammens ägare. Avsikten är att komplettera, och att genom exempel och utredningar förklara, det som lagen och förordningen föreskriver. Guiden tar upp dammplanering, bland annat den hydrologiska dimensioneringen och dammens tekniska säkerhetskrav, dammbygge och ibruktagandet samt riskutredningen, dammägarens säkerhetsprogram och dammens underhåll, drift, kontroll samt årlig och återkommande inspektion. Dammar indelas på basis av skadekonsekvenserna i klasserna 1, 2 och 3. Klassificering krävs inte om dammsäkerhetsmyndigheten anser att dammen inte medför fara. Ägaren till en klassificerad damm skall utarbeta ett kontrollprogram som lämnas in till dammsäkerhetsmyndigheten för godkännande. I syfte att klargöra den skaderisk som dammen medför ska ägaren till en klass 1-damm göra en utredning om den skaderisk för människor och egendom samt miljön som dammen medför. Dammsäkerhetsmyndigheten kan besluta att en riskutredning ska göras också för andra än klass 1-dammar, om detta behövs för att klassificera en damm. Dammägaren ska göra upp en plan för åtgärder vid en olycka eller störningar vid en klass 1-damm. Säkerhetsprogrammet för en damn ska innehålla en redogörelse för dammägarens egen beredskap i ovan nämnda situationer. Räddningsmyndigheten bedömer från fall till fall behovet av en åtgärdsplan enligt räddningslagen. Dammens ägare ska till dammsäkerhetsmyndighetens datasystem lämna de uppgifter som avses i dammsäkerhetsförordningen. Dammsäkerhetsmyndigheten och dammägaren ska för varje klassificerad damm förvara uppdaterade utskrifter ur datasystemet samt andra handlingar som är av betydelse med tanke på dammsäkerheten på så sätt att de är lättillgängliga vid eventuella störningar.

Metsäteollisuuden puunhankinnan ohjaus: Hankintalähteen kannattavuus ja siihen vaikuttavat tekijät

Tutkielmassa rakennettiin laskentamalli metsäteollisuuden puunhankinnan hankintalähteen kannattavuuden määrittämiseksi ja selittämiseksi. Tutkimuksessa noudatettiin konstruktiivisen tapaustutkimuksen tutkimusotetta. Tutkimuksen kohdeorganisaationa oli kansainvälisesti toimivan metsäteollisuusyrityksen Suomen puunhankintaorganisaatio. Kannattavuusmalli määrittelee hankintalähteen kannattavuuden sekä käsitteellisellä että laskentamenettelyn tasolla. Kannattavuusmallin katesuure on porttikate, joka rakennettiin taloudellisen lisäarvon teoriaan nojaten kohdeorganisaation tarpeiden ja sen laskenta-asiantuntijoiden näkemysten perusteella. Kannattavuusmallin rakenne ja osat kuvattiin seikkaperäisesti. Kannattavuusmallin käyttämän liiketoimintadatan poiminta ja laskentasuureiden raportointi testattiin. Mallin tarvitsemat laskentatiedot on saatavissa kohdeorganisaation kehitteillä olevasta toiminnanohjausjärjestelmästä. Laskentamallin hyödyntämismahdollisuudet arvioitiin. Hankintalähteen kannattavuutta mittaavalla porttikatteella voidaan ohjata puunhankintaorganisaatiota sen tavoitteiden saavuttamisessa. Malli ilmaisee porttikatteeseen vaikuttavien tekijöiden vaikutuksen kannattavuuteen, minkä avulla voidaan tehdä parempia päätöksiä hankintalähteiden hyödyntämisessä. Aiemmista tutkimuksista poiketen malli huomioi hankintalähteen suoritteen arvon tärkeimmille asiakastehtaille perustuen todellisiin liiketapahtumiin. Kannattavuusmallia voidaan hyödyntää laajalti metsäteollisuusyritysten tavaralajimenetelmään perustuvassa puunhankinnassa. Kannattavuusmallin rakentaminen rohkaisee puunhankinnan johtoa ja laskentahenkilöitä hedelmällisen yhteistyöhön.

Promoting Cleantech in Emerging Markets: Business Model for Waste Pre-treatment Equipment in China

Waste incineration is becoming increasingly widespread method of waste disposal in China. Incineration plants mostly use grate and circular fluidized bed (CFB) technology. Waste combustion in cement production is also beginning to gradually increase. However, Chinese waste composition is causing problems for the energy utilization. Mechanical waste pre-treatment optimizes the combustion process and facilitates the energy recovery. The objective of this study is to identify how Western waste pre-treatment manufacturer could operate in Chinese markets. Chinese waste management industry is reviewed via PESTEL analysis. The current state and future predictions of grate and CFB incineration as well as cement manufacturing are monitored. Grate combustion, which requires lesser waste pre-treatment, is becoming more common at the expense of CFB incineration in China. The most promising future for waste treatment is in cement production industry. Waste treatment equipment manufacturer should try to create pilot projects with biggest cement producers with a view of growing co-operation in the future.

Defining the keyhole modes – the effects on the weld geometry and the molten pool behaviour in high power laser welding of stainless steels

Keyhole welding, meaning that the laser beam forms a vapour cavity inside the steel, is one of the two types of laser welding processes and currently it is used in few industrial applications. Modern high power solid state lasers are becoming more used generally, but not all process fundamentals and phenomena of the process are well known and understanding of these helps to improve quality of final products. This study concentrates on the process fundamentals and the behaviour of the keyhole welding process by the means of real time high speed x-ray videography. One of the problem areas in laser welding has been mixing of the filler wire into the weld; the phenomena are explained and also one possible solution for this problem is presented in this study. The argument of this thesis is that the keyhole laser welding process has three keyhole modes that behave differently. These modes are trap, cylinder and kaleidoscope. Two of these have sub-modes, in which the keyhole behaves similarly but the molten pool changes behaviour and geometry of the resulting weld is different. X-ray videography was used to visualize the actual keyhole side view profile during the welding process. Several methods were applied to analyse and compile high speed x-ray video data to achieve a clearer image of the keyhole side view. Averaging was used to measure the keyhole side view outline, which was used to reconstruct a 3D-model of the actual keyhole. This 3D-model was taken as basis for calculation of the vapour volume inside of the keyhole for each laser parameter combination and joint geometry. Four different joint geometries were tested, partial penetration bead on plate and I-butt joint and full penetration bead on plate and I-butt joint. The comparison was performed with selected pairs and also compared all combinations together.

Kantatien 40 liikenneturvallisuustarkastus

Turun kehätie (kantatie 40) on osa Suomen tärkeintä kansainvälistä yhteyttä E18 ja EU:n tärkeäksi priorisoimaa Pohjolan kolmion liikennejärjestelmää. Kantatiellä on erittäin merkittävä rooli Varsinais-Suomen ja sen lähialueiden tieliikenne-, satama-, lentokenttä- ja rautatieasemayhteytenä. Kantatien parantamiseksi on laadittu lukuisia esi- ja tarvesuunnitelmia ja kantatien parantamista on sivuttu sekä liikennejärjestelmä- että kunnittaisissa liikenneturvallisuussuunnitelmissa. Pitkän tähtäimen toimenpidetarpeet ovat kyllä tiedossa, mutta rahoitus toimenpiteille puuttuu. Tästä johtuen kantatien parantamisen ensimmäisenä vaiheena on nyt laadittu liikenneturvallisuusauditointi, jossa on määritetty ensimmäisen ja toisen kiireellisyysvaiheen pienet, toteuttamiskelpoiset ja kustannustehokkaat parantamistoimenpiteet. Nykytilanteen analyysin, maastokäyntien ja työryhmätyöskentelyn pohjalta kantatielle 40 määritettiin yhteensä 258 parantamistoimenpidettä. Toimenpiteet jaettiin kolmeen kategoriaan: A) Ajoratamaalaukset, B) Liikennemerkkijärjestelyt ja C) Infratoimenpiteet. Raportissa kustakin kategoriasta on esitetty lukuisia toimenpide-esimerkkejä valokuvineen. Toimenpiteet jaettiin lisäksi kahteen kiireellisyysluokkaan ja jokaiselle toimenpiteelle esitettiin vastuutaho ja karkea yksikkökustannusarvio. Kaikkien hankkeiden yhteenlaskettu kustannusarvio on noin miljoona euroa. Erittäin pieniä toimenpiteitä ( = kiireellisyysluokka nro 1) on esitetty yhteensä 162 kpl ja niiden kokonaiskustannusarvio on noin 330 000 euroa. Muita kevyitä toimenpiteitä ( = kiireellisyysluokka nro 2) on esitetty yhteensä 96 kpl ja niiden kokonaiskustannusarvio on noin 670 000 euroa. Tässä selvityksessä esitettyjen pienten toimenpiteiden yhteenlaskettu laskennallinen henkilövahinko-onnettomuuksien vähenemä on 1,887 henkilövahinkoon johtanutta onnettomuutta vuodessa (nykyisin noin 18 heva-onnettomuutta vuodessa). Varsinais-Suomen ELY-keskus pyrkii resurssiensa rajoissa toteuttamaan tulevina vuosina esitettyjä toimenpiteitä. Toimenpiteiden toteutusta tullaan seuraamaan ja ensimmäinen seurantapalaveri järjestetään kahden vuoden kuluttua vuoden 2016 lopussa.

Väki liikkeessä : Thomas Hobbesin poliittisesta filosofiasta

Teksti perustuu 27.4.2013 Jyväskylän yliopistossa järjestetyn väitöstilaisuuden lectio precursioria -esitelmään.