958 resultados para AC-DC power conversion
Resumo:
As preocupações com o elevado consumo de combustíveis fósseis e a crescente poluição atmosférica conduziram ao desenvolvimento dos veículos elétricos e dos veículos elétricos híbridos. O crescimento do parque automóvel elétrico levou à necessidade de considerar a sua integração na rede eléctrica, ao nível dos impactos estimados, mas também na sua potencial contribuição para uma gestão inteligente do sistema, funcionando como um buffer da energia produzida, permitindo desacoplar a produção do consumo, e assim melhor a eficiência global. Neste trabalho foi efetuado um estudo relacionado com a ligação bidirecional entre os veículos eléctricos e a rede eléctrica que permitirá o uso das baterias instaladas nos veículos participar nesse apoio à rede, debruçando-se primeiramente sobre o desenvolvimento das baterias que permanecem como elos mais fracos. Utilizando diferentes ferramentas de simulação e de análise de resultados foi depois efetuado um estudo sobre dois sistemas alternativos capazes de implementar o conceito V2G respeitando as restrições do ponto de vista normativo. Os resultados obtidos a partir de uma simulação coordenada entre os programas Simulink/Matlab e PSIM permitiram demostram o bom funcionamento dos 2 sistemas propostos, permitindo ficar com a convicção que o conversor multinível será capaz de proporcionar os resultados desejados com um menor tempo de resposta.
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In the development of wave energy converters, the mooring system is a key component for a safe station-keeping and an important factor in the cost of the wave energy production. Generally, when designing a mooring system for a wave energy converter, two important conditions must be considered: (i) that the mooring system must be strong enough to limit the drifting motions, even in extreme waves, tidal and wind conditions and (ii) it must be compliant enough so that the impact on wave energy production can be minimised. It is frequently found that these two conditions are contradictory. The existing solutions mainly include the use of heavy chains, which create a catenary shaped mooring configuration, allowing limited flexibility within the mooring system, and hence very large forces may still be present on mooring lines and thus on anchors. This solution is normally quite expensive if the costs of the materials and installation are included. This paper presents a new solution to the mooring system for wave energy converters within the FP7 project, ‘GeoWAVE’, which is a project aiming to develop a new generation of the moorings system for minimising the loads on mooring lines and anchors, the impact on the device motions for power conversion, and the footprint if it is applicable, and meanwhile the new types of anchors are also addressed within the project. However this paper will focus on the new mooring system by presenting the wave tank test results of the Pelamis wave energy converter model and the new developed mooring system. It can be seen that the new generation of mooring system can significantly reduce the loads on mooring lines and anchors, and reduce the device excursions as a result of the new mooring system when compare to the conventional catenary mooring.
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This work deals with the numerical studies on hydrodynamics of oscillating water column (OWC) wave energy converters and its damping optimization on maximizing wave energy conversion by the OWC device. As a fundamental step, the hydrodynamic problems have been systematically studied by considering the interactions of the wave-structure and of the wave-internal water surface. Our first attention is on how the hydrodynamic performance can be reliably assessed, especially when it comes to the time-domain analysis, and what the physics behind the considerations is. Further on, a damping optimization for the OWC wave energy converter is also present based on the dynamics of the linear system, and a study on how we can optimize the damping for the given sea states so that the power conversion from irregular waves from irregular waves can be maximized.
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Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.
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La morphologie des couches actives des cellules solaires organiques joue un rôle important sur l’efficacité de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique de ces dispositifs. Les hétérojonctions planaires et les hétérojonctions en volume sont les plus communément utilisées. Cependant, la morphologie idéale pour l’efficacité se situerait à mis chemin entre celles-ci. Il s’agit de l’hétérojonction nanostructurée qui augmenterait la surface entre les couches actives de matériaux tout en favorisant le transport des porteurs de charge. L’objectif de ce projet de maîtrise est d’étudier l’impact de l’implantation de nanostructures dans les cellules solaires organiques sur leurs performances photovoltaïques. Pour ce faire, on utilise la méthode de nanoimpression thermique sur le matériau donneur, le P3HT, afin que celui-ci forme une interface nanostructurée avec le matériau accepteur, le PCBM. Pour effectuer les nanoimpressions, des moules en alumine nanoporeuse ont été fabriqués à l’aide du procédé d’anodisation en deux temps développé par Masuda et al. Ces moules ont subi un traitement afin de faciliter leur séparation du P3HT. Les agents antiadhésifs PDMS et FTDS ont été utilisés à cette fin. Les résultats obtenus témoignent de la complexité d’exécution du procédé de nanoimpression. Il a été démontré que la pression appliquée durant le procédé, la tension superficielle des éléments en contact et les dimensions des nanopores des moules sont des paramètres critiques pour le succès des nanoimpressions. Ceux-ci ont donc dû être optimisés de manière à réussir cette opération. Ainsi, des cellules à interface nanostructurée à 25% avec des nanobâtonnets de 35 nm de hauteur ont pu être fabriquées. Les cellules nanostructurées ont démontré une efficacité 2,3 ± 0,6 fois supérieure aux cellules sans nanostructures, dites planaires. D’autre part, un solvant a été proposé pour diminuer l’interdiffusion entre les couches de P3HT et de PCBM pouvant altérer les nanostructures. Ce phénomène bien connu survient lors du dépot de la couche de PCBM avec le dichlorométhane, un solvant orthogonal avec ces matériaux. Des mesures au TOF-SIMS ont démontré que le limonène permet de diminuer l’interdiffusion entre les couches de P3HT et de PCBM, ce qui en fait un meilleur solvant orthogonal que le dichlorométhane.
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This paper presents a 1-10 GHz low-noise downconvert mixer RFIC suitable for wideband receivers. A switched transconductor mixing core is adopted to reduce noise at high frequencies. By adding a series inductor to the RF transconductor, a flat 4-5 dB noise figure (NF) and a high gain of 26.5 dB can be achieved over a broad bandwidth out to 10 GHz. A CMOS output amplifier is also integrated on-chip, employing derivative superposition (DS) for high linearity and an OIP3 of 16.5 dBm. The circuit consumes less than 20 mW of dc power and occupies an active chip area of less than 0.2 mm2.
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O crescimento da demanda energética, prevista para a metade do século XXI, com números embasados no crescimento demográfico e de consumo dos países em desenvol- vimento, sugere a busca por fontes energéticas renováveis e de menor impacto ao meio ambiente, conforme os tratados da política internacional. Portanto, o fornecimento de energia suplementar se torna vital nas sociedades modernas e sua extensão até o mar tem se constituído uma recente preocupação do ponto de vista enérgico e ecológico. Várias formas de conversão de energia foram desenvolvidas no decorrer dos anos, com destaque para a energia dos gradientes térmicos. A Plataforma Continental Sul do Bra- sil (PSCB) possui alta variabilidade espacial e temporal nos campos de temperatura, de forma que existe a necessidade de uma análise das regiões de maior potencial energético com respeito ao gradiente vertical de temperatura. Neste estudo, foram utilizados dados do modelo OCCAM com uma grade de resolu- ção horizontal de 0, 25o e resolução vertical de 66 níveis, distribuídos ao longo de um sistema de coordenadas vertical. Foram utilizadas imagens de temperatura superfícial do mar (TSM) obtidas a partir do sensor AVHRR (Advanced Very High Resolution Ra- diometer) de forma a realizar a validação dos dados do modelo OCCAM. A análise da média dos dados do modelo indicou um sítio energético de maior viabilidade devido oC ao padrão médio do gradiente térmico de aproximadamente 0, 17 ao longo da coluna vertical (545 m de profundidade) no oceano. Neste local, foram coletados os dados, e aplicados a um módulo de conversão de energia térmica dos oceanos que vem sendo desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande - FURG. A região de estudo de- monstrou possuir um local com ótimo potencial energético, onde a produção máxima de energia pode alcançar 111, 9MW , associada com um padrão variabilidade tempo- ral dominante de 12 meses. Este sítio energético demonstra maior eficiência durante o período de verão e outono ao longo dos anos e sua média para todo o período é de 94, 3MW . Neste estudo, duas correntes: Corrente do Brasil (CB) e a Contra Corrente Costeira (CCC), com águas de origem tropical e subantártica com aportes continentais, respecti- vamente, tem alta correlação com os valores dos gradientes térmicos e com os significa- tivos eventos de conversão energética. O sítio energético demonstrou alta estabilidade à sazonalidade e à gama de eventos meteorológicos e oceanográficos, de forma que pode ser qualificado como uma fonte suplementar a matriz energética do país para um futuro próximo.
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In order to power our planet for the next century, clean energy technologies need to be developed and deployed. Photovoltaic solar cells, which convert sunlight into electricity, are a clear option; however, they currently supply 0.1% of the US electricity due to the relatively high cost per Watt of generation. Thus, our goal is to create more power from a photovoltaic device, while simultaneously reducing its price. To accomplish this goal, we are creating new high efficiency anti-reflection coatings that allow more of the incident sunlight to be converted to electricity, using simple and inexpensive coating techniques that enable reduced manufacturing costs. Traditional anti-reflection coatings (consisting of thin layers of non-absorbing materials) rely on the destructive interference of the reflected light, causing more light to enter the device and subsequently get absorbed. While these coatings are used on nearly all commercial cells, they are wavelength dependent and are deposited using expensive processes that require elevated temperatures, which increase production cost and can be detrimental to some temperature sensitive solar cell materials. We are developing two new classes of anti-reflection coatings (ARCs) based on textured dielectric materials: (i) a transparent, flexible paper technology that relies on optical scattering and reduced refractive index contrast between the air and semiconductor and (ii) silicon dioxide (SiO2) nanosphere arrays that rely on collective optical resonances. Both techniques improve solar cell absorption and ultimately yield high efficiency, low cost devices. For the transparent paper-based ARCs, we have recently shown that they improve solar cell efficiencies for all angles of incident illumination reducing the need for costly tracking of the sun’s position. For a GaAs solar cell, we achieved a 24% improvement in the power conversion efficiency using this simple coating. Because the transparent paper is made from an earth abundant material (wood pulp) using an easy, inexpensive and scalable process, this type of ARC is an excellent candidate for future solar technologies. The coatings based on arrays of dielectric nanospheres also show excellent potential for inexpensive, high efficiency solar cells. The fabrication process is based on a Meyer rod rolling technique, which can be performed at room-temperature and applied to mass production, yielding a scalable and inexpensive manufacturing process. The deposited monolayer of SiO2 nanospheres, having a diameter of 500 nm on a bare Si wafer, leads to a significant increase in light absorption and a higher expected current density based on initial simulations, on the order of 15-20%. With application on a Si solar cell containing a traditional anti-reflection coating (Si3N4 thin-film), an additional increase in the spectral current density is observed, 5% beyond what a typical commercial device would achieve. Due to the coupling between the spheres originated from Whispering Gallery Modes (WGMs) inside each nanosphere, the incident light is strongly coupled into the high-index absorbing material, leading to increased light absorption. Furthermore, the SiO2 nanospheres scatter and diffract light in such a way that both the optical and electrical properties of the device have little dependence on incident angle, eliminating the need for solar tracking. Because the layer can be made with an easy, inexpensive, and scalable process, this anti-reflection coating is also an excellent candidate for replacing conventional technologies relying on complicated and expensive processes.
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Charge carrier lifetime measurements in bulk or unfinished photovoltaic (PV) materials allow for a more accurate estimate of power conversion efficiency in completed solar cells. In this work, carrier lifetimes in PV- grade silicon wafers are obtained by way of quasi-steady state photoconductance measurements. These measurements use a contactless RF system coupled with varying narrow spectrum input LEDs, ranging in wavelength from 460 nm to 1030 nm. Spectral dependent lifetime measurements allow for determination of bulk and surface properties of the material, including the intrinsic bulk lifetime and the surface recombination velocity. The effective lifetimes are fit to an analytical physics-based model to determine the desired parameters. Passivated and non-passivated samples are both studied and are shown to have good agreement with the theoretical model.
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Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.
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La morphologie des couches actives des cellules solaires organiques joue un rôle important sur l’efficacité de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique de ces dispositifs. Les hétérojonctions planaires et les hétérojonctions en volume sont les plus communément utilisées. Cependant, la morphologie idéale pour l’efficacité se situerait à mis chemin entre celles-ci. Il s’agit de l’hétérojonction nanostructurée qui augmenterait la surface entre les couches actives de matériaux tout en favorisant le transport des porteurs de charge. L’objectif de ce projet de maîtrise est d’étudier l’impact de l’implantation de nanostructures dans les cellules solaires organiques sur leurs performances photovoltaïques. Pour ce faire, on utilise la méthode de nanoimpression thermique sur le matériau donneur, le P3HT, afin que celui-ci forme une interface nanostructurée avec le matériau accepteur, le PCBM. Pour effectuer les nanoimpressions, des moules en alumine nanoporeuse ont été fabriqués à l’aide du procédé d’anodisation en deux temps développé par Masuda et al. Ces moules ont subi un traitement afin de faciliter leur séparation du P3HT. Les agents antiadhésifs PDMS et FTDS ont été utilisés à cette fin. Les résultats obtenus témoignent de la complexité d’exécution du procédé de nanoimpression. Il a été démontré que la pression appliquée durant le procédé, la tension superficielle des éléments en contact et les dimensions des nanopores des moules sont des paramètres critiques pour le succès des nanoimpressions. Ceux-ci ont donc dû être optimisés de manière à réussir cette opération. Ainsi, des cellules à interface nanostructurée à 25% avec des nanobâtonnets de 35 nm de hauteur ont pu être fabriquées. Les cellules nanostructurées ont démontré une efficacité 2,3 ± 0,6 fois supérieure aux cellules sans nanostructures, dites planaires. D’autre part, un solvant a été proposé pour diminuer l’interdiffusion entre les couches de P3HT et de PCBM pouvant altérer les nanostructures. Ce phénomène bien connu survient lors du dépot de la couche de PCBM avec le dichlorométhane, un solvant orthogonal avec ces matériaux. Des mesures au TOF-SIMS ont démontré que le limonène permet de diminuer l’interdiffusion entre les couches de P3HT et de PCBM, ce qui en fait un meilleur solvant orthogonal que le dichlorométhane.
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Thin-film photovoltaics have provided a critical design avenue to help decrease the overall cost of solar power. However, a major drawback of thin-film solar cell technology is decreased optical absorption, making compact, high-quality antireflection coatings of critical importance to ensure that all available light enters the cell. In this thesis, we describe high efficiency thin-film InP and GaAs solar cells that utilize a periodic array of nanocylinders as antireflection coatings. We use coupled optical and electrical simulations to find that these nanophotonic structures reduce the solar-weighted average reflectivity of InP and GaAs solar cells to around 1.3 %, outperforming the best double-layer antireflection coatings. The coupling between Mie scattering resonances and thin-film interference effects accurately describes the optical enhancement provided by the nanocylinders. The spectrally resolved reflectivity and J-V characteristics of the devices under AM1.5G solar illumination are determined via the coupled optical and electrical simulations, resulting in predicted power conversion efficiencies > 23 %. We conclude that the nanostructured coatings reduce reflection without negatively affecting the electronic properties of the InP and GaAs solar cells by separating the nanostructured optical components from the active layer of the device.
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Dissertação de Mestrado, Engenharia Elétrica e Eletrónica, Especialização em Sistemas de Energia e Controlo, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2016
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A novel numerical model of a Bent Backwards Duct Buoy (BBDB) Oscillating Water Column (OWC) Wave Energy Converter was created based on existing isolated numerical models of the different energy conversion systems utilised by an OWC. The novel aspect of this numerical model is that it incorporates the interdependencies of the different power conversion systems rather than modelling each system individually. This was achieved by accounting for the dynamic aerodynamic damping caused by the changing turbine rotational velocity by recalculating the turbine damping for each simulation sample and applying it via a feedback loop. The accuracy of the model was validated using experimental data collected during the Components for Ocean Renewable Energy Systems (CORES) EU FP-7 project that was tested in Galway Bay, Ireland. During the verification process, it was discovered that the model could also be applied as a valuable tool when troubleshooting device performance. A new turbine was developed and added to a full scale model after being investigated using Computational Fluid Dynamics. The energy storage capacity of the impulse turbine was investigated by modelling the turbine with both high and low inertia and applying three turbine control theories to the turbine using the full scale model. A single Maximum Power Point Tracking algorithm was applied to the low-inertia turbine, while both a fixed and dynamic control algorithm was applied to the high-inertia turbine. These results suggest that the highinertia turbine could be used as a flywheel energy storage device that could help minimize output power variation despite the low operating speed of the impulse turbine. This research identified the importance of applying dynamic turbine damping to a BBDB OWC numerical model, revealed additional value of the model as a device troubleshooting tool, and found that an impulse turbine could be applied as an energy storage system.
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Developing magnetic multilayers are essential for reducing the core eddy current losses in the integrated power magnetic components (inductors/transformers). PVD based processes are typically used to achieve the multilayers with thin dielectric spacers. However, those processes are costly, and can be difficult to integrate. It is evident that cost effective alternative is needed. In recent years, electrochemical processes have been investigated to address these issues. One such method would be to successive metallization of insulating photoresists acting as spacer layer (such as SU-8) with soft magnetic films (such as Ni-Fe-Co alloys). This paper describes an experimental procedure to fabricate magnetic multilayers with a thin variant of SU-8 2 (< 1.5 µm) as inter-layers for integrated micro-inductors/transformers for power conversion applications.