I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS )   Vo l.   1 2 ,   No .   1 Ma r   2 0 2 1 ,   p p .   356 ~ 3 6 3   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v1 2 .i 1 . pp 3 5 6 - 363       356       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   H a rmo nics  elimi n a tion  for DC /DC  po wer supply  bas ed on   piezo elect ri c f i lte rs       H a s a n M a   Alm g o t ir E na a m A.   K ha liq   Ali Wedia n H .   A bd   a l a m ee r M us t a f a   A.   F a del A l - Q a is i   De p a rt m e n o El e c tri c a E n g i n e e rin g ,   Co ll e g e   o En g in e e rin g ,   M u sta n siriy a h   U n iv e rsit y Ba g h d a d ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   3 ,   2 0 20   R ev is ed   J an   6 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   J an   26 2 0 2 1       Th is  re se a rc h   p re se n ts  stu d y ,   m o d e ll i n g   a n d   sim u latio n   o t h e   p i e z o e lec tri c   m a teria wo rk   a fil ters   ( p iez o e lec tri c   fil ter)  u se d   to   e l imin a te  th e   h a rm o n ics   in   p o we e lec tro n ic  c ircu it s ,   h ig h   o r d e h a rm o n ics   a re   g e n e ra ti n g   d u e   t o   th e   h ig h   sw it c h in g   fre q u e n c ies   a n d   c ircu it   e q u ip m e n t ,   d e tailed   si m u latio n   is   a c h iev e d   f o th e   p iez o e lec tri c   fi lt e tes ted   in   fu l l - b ri d g e   DC/DC   c o n v e rter   c ircu it   wit h   re sistiv e   lo a d   wo r k s   a d c   p o we su p p ly   (1 2   t o   4 8   v o lt ) .   As   a   re su lt ,   t h e   u se o f   p iez o e lec tri c   fil ters   h a v e   g re a t   imp a c o n   h a rm o n ics   e li m in a ti o n ,   wh ic h   lea d t o   re d u c e   th e   o v e ra ll   to tal  h a rm o n ic  d ist o rti o n   lea d to   in c re a se   th e   e fficie n c y ,   a we ll   a th e   o u t p u v o lt a g e   fro m   t h e   d c   p o we r   su p p l y   re m a in   c o n sta n b y   v a ry i n g   th e   l o a d   re sista n c e   o v e wi d e   ra n g e .   Th e   d c   p o we su p p l y   c ircu i i n c lu d in g   t h e   p iez o e lec tri c   fil ter  h a b e e n   sim u late d   u sin g   P S I M   (V9 . 1 p o we e lec tro n ic circ u it   sim u latio n   so ftwa re .   K ey w o r d s :   DC /D C   p o wer   s u p p ly   Piezo elec tr ic  m ater ial   Piezo elec tr ic  f ilter s   Har m o n ics     T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu s taf A.   Fad el  Al - Qaisi   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   Mu s tan s ir iy ah   Un iv er s ity   B ab   Alm u ad am B ag h d a d ,   I r a q   E m ail: m u s taf a_ 1 9 8 8 ab b as@ u o m u s tan s ir iy ah . ed u . iq       1.   I NT RO D UCT I O N   T h p iezo elec tr ic  m ater ials   ( PZ)   h av b ee n   wid ely   u s ed   f o r   th last   two   d ec a d es  in   elec tr o n ic  ap p licatio n s ,   th p o s s ib ilit ies  o f   p iezo s   u s ag ar alm o s en d less ,   s u ch   in   th co m m u n ic atio n   f ield ,   s en s o r s   ( u ltra s o n ic  s en s o r s ,   k n o ck   s en s o r s ,   s h o ck   s en s o r s ,   a cc eler ati o n   s en s o r s ,   s ca n n in g   p r o b m icr o s co p s ca n n er s ) ,   p o wer   s o u r ce s   ( elec tr ical - m ec h an ical  t r an s d u ce r s ) ,   s tick - s lip   m o to r s ,   u ltra s o n ic  clea n er s   p iezo elec tr ic  ac tu ato r s ,   p iezo elec tr ic  f a n s ,   f ilter s   ( ce r am ic  r eso n ato r s ,   c er am ic  f ilter s ,   m icr o f o r m s ,   a n d   s u r f ac ac o u s tic  wav f ilter s ) .   [ 1 ] [ 2 ] .   T h e   f ir s em p ir ical  m an if estatio n   o f   r elatio n s h ip   b etwe e n   th m icr o s co p ic   p iezo elec tr ic  p h en o m e n o n   an d   th e   cr y s tallo g r ap h ic  b o d y   w as  r elea s ed   b y   J ac q u es  C u r ie  an d   Pier r e   in   1 8 8 0   [ 3 ] .   T h ey   p r ep ar ed   s p ec ial  c r y s tals   u s in g   ( q u ar tz,   to u r m a lin e,   s u g ar - ca n e ,   to p az ,   an d   R o ch elle - s alt)   an d   m ea s u r th ch ar g es  o n   th s u r f ac o f   th cr y s tals   wh en   m ec h an ical  s tr ess   s u b jecte d   t o   it.  Ma n y   k n o wn   m ater ials   o wn   p iezo elec tr ic  f e atu r es,  s u ch   as  m ater ials   m ad o f   ce r am ic   ( e. g .   L ea d - zir c o n ate - titan ate  ( PZT ) )   an d   cr y s tal  ( e. g .   Qu ar tz)   an d   [ 4 ] - [ 6 ] .     T h ef f ec o f   p iezo elec tr ic  o u t co m f r o m   th elec tr o - m ec h a n ical  in ter ac tio n   in   th cr y s tal  m ater ials ,   wh ich   h a p p en e d   b etwe en   th e   elec tr ical  an d   m ec h an ical   s tates  o f   t h cr y s tal  [ 7 ] .   T h p iez o elec tr ic  m ater ials   ar m ater ials   th at  g en er ate   a   ch ar g e   wh en   th ey   ar e   s q u ee ze d   o r   p o s itio n ed   u n d er   m ec h an is tic  s tr ain .   T h e   o p er atio n   o f   PZ  m ater ials   is   also   r ev er s ib le,   s o   if   an   elec tr ic  f ield   is   ap p lied   to   th ese  m ater i als,  th ey   will  s tar t   v ib r atin g   an d   th eir   s h a p wi ll  ch an g e   s lig h tly   ( m ec h an ic al  s tr ain ) ,   PZ  m ater ials   also   k n o w n   as  elec tr o - m ec h an ical  m ater ials ,   wh ich   ca n   s im p ly   d ef in as  d ev ice   co n v er ts   m ec h an ical  en e r g y   to   elec tr ical  en er g y   [8 ] [ 9 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Ha r mo n ics elimin a tio n   fo r   DC /D C   p o w er su p p ly  b a s ed   o n   p iezo elec tr ic  filt e r s   ( Ha s a n   M a   A lmg o tir )   357   Fig u r 1   s h o ws  th at  th p iez o elec tr ic  m ater ials   ar co m p o s ed   o f   an   ar r an g em en o f   a   p o lar i ze d   m ater ial  th at  is   in   n eu tr al  s tate  d u to   th asy m m etr ical  d is tr ib u tio n   o f   ch ar g e.   B y   d ef o r m in g   th m ater ial,   a   ch ar g ca n   b cr ea ted   f r o m   r ea lig n m en o f   th p o lar iz ed   s tr u ctu r e.   T h is   p r o d u ce s   v o ltag ac r o s s   s ep ar atio n   d is tan ce   w h ich   ca n   also   b e   d escr ib ed   as  an   elec tr i f ield .   PZ   m ater ials   s h o v er y   s tr o n g   f r eq u e n cy   r elian ce   wh en   m ec h an ical  an d   elec tr ical  en er g y   a r co u p led   [ 10 ] - [ 1 2 ] .             Fig u r 1 .   Piezo elec tr ic  ef f ec t in   cr y s tal  m ater ials .       As  th p r ev io u s   s tate  o f   ar t,  a u th o r s   in   [ 1 3 ]   d is cu s s   th ess en tial  b o u n d ar ies  o f   elec tr o - m ec h an ical   en er g y   tr an s f o r m atio n   ca p ab i lity   o f   p iez o elec tr ic  tr an s f o r m er s   ( PTs).   I n   p ap er   [ 1 4 ]   a u th o r s   p r o p o s ed   m eth o d   to   r aise  th p o wer   d e n s ity   o f   PTs  b y   co n tact  h ea tr an s f er   s tr u ctu r to   t h PTs.  T h au th o r   in   [ 1 5 ]   s h o ws  th ap p licatio n s   o f   p iezo elec tr ic  f ilter s   an d   r eso n ato r s .   T h au th o r s   in   [ 1 6 ]   o f f er   d esig n   o f   PZ  fil ter   m o d u le  u s ed   f o r   r e m o v in g   h a r m o n ic  f r eq u e n cies  in   PTs  an d   co m p ar ed   th d esig n ed   f ilter   wi th   co n v en tio n al  in d u cto r   filt er .   I n   [ 1 7 ]   a u th o r s   u s m u ltip le - co n n ec ted   Piezo elec tr ic  T r an s f o r m e r s   to   ac h iev h ig h er   o u tp u t   p o wer   an d   r ed u ce d   m ec h an ica l lo s s .   T h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo ws.  Sectio n   2   s h o ws  th b asi in tr o d u ctio n   a n d   m o d eli n g   o f   th P Fs .   Sectio n   3   p r esen ts   th an aly s is   an d   d is cu s s io n   f o r   t h d ev el o p ed   p o wer   s u p p ly   a n d   el im i n a te  h ar m o n ics  u s in g   PF ,   wh ich   is   v er ified   th r o u g h   s im u latio n   r esu lts ,   f o llo wed   b y   th co n clu s io n s   an d   f u t u r wo r k   in   Sectio n   4 .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .     P iez o elec t ric  f ilte rs ba s ics   Ha rm o ni c app ear o th e   elec t ri c   s y stem   as  abru p sh o rt   p u lses   in   ele c t ri c   vo l t a g es  and  c u rr en ts,   w h ic h   c rea ted   b y   t h elec t ro n ic   c ir c u it   e quip men t   ( w ir es ,   tr ansf o rme rs,   and   indu c t o rs)   and   mac h ine ry   c a malfu nct io n   o fail   in  the  p resence  o h igh   h ar monic   v o lt age  and/o c u r rent  lev els ,   the  h ar mon ic   d isto rt i o th at   app e a rs  in  the  el ec t ro n ic   c ir c u it h as  b e c o me  g ro w ing   c o n c er n w h ic h   deg r ade s   the  l evel   o p o w er  qua li t y   and  it ef fic ien c y Ha rm o ni c ar es p ec ia l ly   p re va len t   w h en  there  ar many  p ers o nal  c o mp u te rs,   la se p ri n ter s,  fax  m ac h in es,  c o p ier s,  o med i c al   tes t   equip men t ,   fluores c ent  l igh ti ng ,   u ninter rup ti b le  p o w er  su p p li es  ( UP S s) ,   and  va ri ab le  sp eed  driv es  al l   o the  same  ele c tr ic al   syst em.   T h p iez o ele c t ri c   i nf luen c is  quite  stu di ed  thes d ay du to   i ts  h u g app li c at i o ns   in  p o w er  c o nv ersi o c ir c u it [ 1 4 ].  For   h igh   frequen c ies  fil ter ing   it more  diff i c u lt   to   make  mechan ic al   filt ers ,   du to   the  dim ens io ns   o the  me c h ani c al   r esonat o sh ri nks   in ver s e ly   to   the  reso nan t   frequen c y   [1 5 so  P Fs   ar ver y   su it able  for   h igh - fr equen c y   filt er ing   app l ic at i o ns .   T h P Fs   ar e   devic es  that  tr ansf o rm  ele c tr ic al   energ y   b y   the  mean in g   o mechanic al   vi b ra ti o n.   T h ese  devic es  ar e   fab ri c at ed  u sing   P Z   ma ter i al that   ar w o rki ng   at   res o nance.  B y   u sing   su it able  de sig and  la y o u t ,   i t   is  c o n c eiv able  to   eli m inat the  h ar moni c in  the   sig nals  w it h o u u sing   any  elemen ts  li ke  indu c t o o r   c apa c it o r,   w h ic h   lea ds   to   g ai ver y   h igh   elec t ro me c h a nic a tr ansf o r mati o effic ie ncy ,   h igh   stabili ty ,   h igh   mac h inabil it y   [1 8 ].  P Fs   ar the  b est  c h o ic o v er  the  tr adit i o na filt ers  du to   P Fs   ar lo w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  1 2 ,   No .   1 Ma r c h   2 0 2 1   :   356     3 6 3   358   w eig h t,   lo w   c o s t,   sm al size   and  not   a ffect ed  b y   elec tr i c al   noi se  [ 1 6 ].  T h ese  b enef it make  P ver y   h elpf u for   lo o app li c at i o ns   inc lud ing   the  D and  AC  p o w er  su p p li es  u sed   in  elec t ro ni c   devi c e s   [1 9 ],   step - u p   tr ansf o rmers ,   p la sm sourc es  [2 0 ],   and  in  inve rt ers  for   disp la y   b ac k - l igh ti ng ,   du st   c lea n ing   c o ll e c t o rs ,   p ri nt in g   mac h ines  and  im age  ma c h ines.   S inc then ,   the  de v elo p men o P Fs   thro u g h   h isto r y   h as  b een  li nked   to   the  p ert inent  w o rk  o some  exc e ll ent  inv estiga to rs  as  w el as  to   the  g ro w th  in  ma ter i al s,   ind u stri al iz a ti o p ra c t ic abili t y ,   and  driv ing   c ir c u it   mech ani sm   [ 21] .   Fig u r 2   s h o ws  th e   ty p o f   ce r am ic  PF ,   wh ich   co n s is ts   o f   t wo   elec tr o d es   ar e   m o u n ted   at  th to p   an d   b o tto m   o f   th PZ  ce r am ics.  W h en   th er is   s tr ess   o n   th PZ,   it  p r o d u ce s   p o lar izatio n   wh ich   is   lin ea r   f u n ctio n   o f   t h s tr ess   ( p iezo el ec tr ic  ef f ec t ) ,   a n d   wh e n   p ie zo elec tr ic   s u b s tan c h as  an   elec tr ic  f ield   ap p lie d   ac r o s s   its   elec tr o d es,   it  p r o d u ce s   d is to r tio n   wh ich   is   a   lin ea r   f u n ctio n   o f   th elec tr ic  f ield   ( r ev e r s e   p iezo elec tr ic  ef f ec t )   an   AC   v o ltag s ig n al  with   ce r tain   f r eq u en cy   is   s u b m itted   o n   th ter m in als  o f   th PF ,   a   p o wer f u l   m ec h a n ical  v ib r atio n   is   p r o d u ce d   b y   in v er s PZ  e f f ec [ 1 3 ] [ 2 2 ] .   T h elec tr ical  e q u iv alen cir c u it  o f   th PF   is   s h o wn   b elo in   Fig u r 3 ,   wh ich   it  ca n   b e   s ee n   th at  it  co n s is ts   o f   an   R L C   s er ies  b r an c h   ( R 1 ,   L 1 ,   an d   C 1 )   r ep r esen ts   th e   in er tia,   f r ic tio n ,   an d   s tiff n ess   o f   th e   cr y s t al  co n n ec te d   in   p ar allel   to   ca p ac itan ce   C 0 ,   wh ich   r ep r esen t th s elf - ca p ac ito r   o f   th cr y s tal  [ 2 3 ] .           Fig u r 2 .   C er am ic  ty p PF .       Fig u r 3 .   PF s   eq u iv alen t c ir c u it .       2. 2.   P iezo elec t ric  f ilte m o de llin g   As  m e n tio n   b ef o r e   th e   PF   ch ar ac ter is tics   f o r   th p iezo elec tr i ef f ec an d   r ev e r s p iezo elec tr ic  ef f ec t   ca n   b illu s tr ated   in   th e   ( 1 ) ( 2 )   [ 2 0 ] :     =       ( 1 )     =       ( 2 )     wh er ( P )   is   th p o lar izatio n ,   ( T )   is   th s tr ess   m ea s u r ed   i n   [ N/m 2 ] ,   ( S )   d is to r tio n ,   ( E )   elec tr ic  f ield   m ea s u r e d   in   [ V/m ]   an d   ( d)   p iezo elec tr ic   s tr ain   co n s tan t.   Fo r   a n   elastic  m ater ial,   th r elatio n s h ip   o f   d is to r tio n   S   t o   th e   s tr ess   T   i s   g iv en   b y   ( 3 )   an d   f o r   d ielec tr ic  s u b s tan ce ,   th r elatio n s h ip   o f   elec tr ical  d is p lace m en D   with   elec tr ic  f ield   s tr en g th   E   is   g iv e n   b y   ( 4 )   [ 2 4 ] :     =     ( 3 )     =      ( 4 )     wh er ( s E )   is   th co m p lian ce ,   ( ε )   is   th PZ  p er m itti v ity   at  co n s tan s tr ain   an d   ( D)   is   th e lectr ic  d is p lace m en t   m ea s u r ed   in   [ C /m 2 ].   T h PZ  m ain   eq u atio n s   in   s tr ess   ch ar g f o r m   ar e   s h o wn   b y   ( 5 )   an d   ( 6 ) T h ese   e q u atio n s   ca lled   th b asic  p iezo elec tr ic   eq u ati o n s ,   wh ic h   c h ar ac ter ize   th c o n n ec tio n   b etwe en   th e   m ec h an ical  an d   t h elec tr ical  s tates.  Alth o u g h   v ar i o u s   v ib r atio n   m o d an d   m ec h a n ical  s tr u ctu r [ 3 ] :     = +   ( 5 )     = +   ( 6 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Ha r mo n ics elimin a tio n   fo r   DC /D C   p o w er su p p ly  b a s ed   o n   p iezo elec tr ic  filt e r s   ( Ha s a n   M a   A lmg o tir )   359   All  ce r am ic  f ilter s   d er iv th e ir   b asic    f r eq u e n cy   s elec tiv ity   f r o m   m ec h an ical    v i b r atio n   r esu ltin g   f r o m   p iezo elec tr ic    ef f ec t,   th r eso n an a n d   a n ti - r eso n an f r eq u e n cies  o f   PF   s h o wn   i n   F ig u r 4   ca n   b e   ca lcu lated   b y   u s in g   ( 7 )   an d   ( 8 )   r esp ec tiv ely ;     = 1 2 1 1     ( 7 )     f a = 1 L 1 C 1 C 0 C 1 + C 0     ( 8 )           Fig u r e   4 .   T h t y p ical  r esp o n s e   f o r   PF .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   I n   th is   r esear ch ,   th e   p iezo ele ctr ic  ce r am ic   m ater ials   ar e   test ed   as  f ilter   in   D C /D C   f u ll - b r id g e   co n v er ter   cir cu it   p r esen ted   b y   1 2   to   4 8   DC /DC   p o wer   s u p p ly ,   th e   m o d elin g   o f   PF   b y   u s i n g   ce r am ic   ty p as   s h o wn   in   Fig u r 5 .   T h p ar a m eter s   o f   th PF   r ep r esen ted   in   T ab le  1 .   T h p ar am eter s   ar tak en   f r o m   th e   Sp ec if icatio n s   o f   th ce r a m ic  PF   m o d el  C H - S4 2 ,   wh ich   u s e d   to   f ilter   s ig n als with   1 5 0 KHz .       T ab l 1 .   PF   p ar am eter s   P a r a me t e r   N o mi n a l   V a l u e   L 1     5 0   mH   C 1     2 0   n F   R 1   1 5 0       C o   4 0 0   n F         Fig u r 5 .   T est cir cu it f o r   PF .       At  f ir s to   c h ec k   t h h a r m o n ic   elim in atio n   a b ilit y   o f   th e   PF   s im p le  test   cir cu it  s h o wn   in   th F ig u r e   5   is   u s ed ,   wh ic h   i s   p r esen ted   b y   an   AC   s o u r ce   g en er ate  s ig n al  with   3 rd   h ar m o n ic s   V in   ( 9 )   an d   r esis tiv lo ad   R o ;    = 1 + 2     ( 9 )     wh er e ,   1 = s in       2 = ( 3 ) s in   ( × 3 ) ,   By   s ubstitutin g   = 220      = 2  , = 150 k Hz   in   ( 9 ) ;      = 220 s in ( 942 × 10 3 ) + 73 . 334 s in ( 2826 × 10 3 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  1 2 ,   No .   1 Ma r c h   2 0 2 1   :   356     3 6 3   360     Fig u r 6   s h o ws  th e   in p u an d   o u tp u s ig n als  to   th e   PF ,   wh ich   i s   v er y   clea r l y   s h o ws  th at  th 3 rd   h ar m o n ic  h as b ee n   el im i n ate d   f r o m   th e   in p u t sig n al  also   Fig u r 7   th e   f ast  Fo u r ie r   tr a n s f o r m   ( FF T )   s h o th at .       Fig u r 6 .   I n p u a n d   o u tp u t sig n als f o r   PF       Fig u r 7 .   FF T   f o r   PF   I n p u an d   o u tp u t sig n als       No af ter   ch ec k i n g   th PF   f il ter   p er f o r m an ce ,   th PF  f ilter   is   test ed   in   f u ll - b r id g e   co n v er t er   cir cu it,  p r esen ted   b y   1 2 - 4 8   v o lt   DC /DC   p o wer   s u p p ly wh ich   u s e d   to   f ilter   t h o u tag e   s ig n al  f r o m   th e   tr an s f o r m er   s ec o n d ar y   s id e,   Fig u r 8   s h o ws  th cir cu it  d iag r am   f o r   th e   p o wer   s u p p ly   [ 2 5 ]   a n d   T ab le   2   s h o ws  th s y s tem   s p ec if icatio n s           Fig u r 8 .   Fu ll - b r id g DC /DC   co n v er ter   to p o l o g y   [ 2 6 ] .         Fo r   th in ,   t h e   r eso n an t   ( f r )   a n d   an ti - r eso n an ( f a )   f r eq u e n c ies  ca n   b ca lc u lated   m ath e m atica lly   b s u b s titu tin g   th e   v alu es  o f   PF   p ar am eter s   in   T ab le . 1   in t o   ( 7 )   a n d   ( 8 ) w h ich   ha s   b ee n   v er if ie d   u s in g   s im u latio n   r esu lts   as sh o wn   in   Fig u r 9   w ith   s lig h d if f er e n ce   b etwe en   m at he m atica l a n d   s im u latio n   r esu lts .     =   1 2 × 3 . 14 × 50 × 10 3 × 20 × 10 12 = 159 . 235          =   1 2 × 3 . 14 × 50 × 10 3 × 20 × 10 12 × 400 × 10 12 20 × 10 12 + 400 × 10 12 = 163 . 168            T ab le  2 .   Po wer   s u p p ly   s p ec if i ca tio n s   P a r a me t e r   S p e c i f i c a t i o n   V a l u e   V in     D C   i n p u t   v o l t a g e   1 2   V   V o     D C   o u t p u t   v o l t a g e   ( D e si r e d )   4 8   V   f     C o n v e r t e r   sw i t c h i n g   f r e q u e n c y     1 5 0   k H z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Ha r mo n ics elimin a tio n   fo r   DC /D C   p o w er su p p ly  b a s ed   o n   p iezo elec tr ic  filt e r s   ( Ha s a n   M a   A lmg o tir )   361     Tr a n sf o r mer r a t i o   1 : 4     F i l t e r   c a p a c i t a n c e   2 5 0   µ F   R o   Lo a d   r e si s t a n c e   ( mi n i mu m)   1 0 0   K         Fig u r 9 .   T h ty p ical  r esp o n s e   f o r   PF       T h s im u latio n   is   m ad e   u s in g   PS I s o f twar v er s io n   9 . 1 ,   b y   u s in g   t h v alu es  in   T ab le  2   th e   s im u latio n   c ir cu it d iag r am   is   s h o wn   in   Fig u r 10 f o r   th p o wer   s u p p ly   th s im u latio n   r esu lts   ar o b tain ed   an d   s h o wn   in   T ab le   3 Fig u r e   1 1   s h o ws  th p o wer   s u p p ly   o u t p u t   v o ltag r e m ain s   co n s tan at  4 8 b y   c h an g in g   th e   lo ad   f r o m   2 0 0 K - 1 MΩ .           Fig u r 1 0 .   Simu latio n   cir cu it  d iag r am   f o r   DC /DC   f u ll - b r id g co n v er te r   u s in g   ce r am ic  ty p e   PF           Fig u r 1 1 .   Ou tp u v o ltag s ig n al  f o r   d if f er en t lo a d s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  1 2 ,   No .   1 Ma r c h   2 0 2 1   :   356     3 6 3   362   T ab le  3 .   Simu latio n   r esu lts     R ( K )   V o   ( V o l t )   1 00   4 3 . 4 8   2 00   4 6 . 9 4   3 00   4 7 . 3 6   4 00   4 7 . 5 7   5 00   4 7 . 7 0   6 00   4 7 . 7 8   7 00   4 7 . 8 5   8 00   4 7 . 8 9   9 00   4 7 . 9 3   10 00   4 7 . 9 6       Fig u r 1 2   an d   1 3   s h o ws  th o u tp u s ig n al  at  tr an s f o r m er   s ec o n d ar y   s id b ef o r a n d   af t er   th PF ,   wh ich   s h o ws  th e   h i g h   PF   p er f o r m an ce   f o r   h ar m o n ics  elim in atio n   3 rd   an d   5 th wh ic h   h as  g r ea im p ac t   o n   th e   p o wer   s u p p l y   p er f o r m a n ce   an d   in cr ea s ef f icien c y .           Fig u r 1 2 .   T r an s f o r m er   o u t p u t   v o ltag s ig n al  b e f o r a n d   a f ter   PF .           Fig u r 1 3 .   FF T   f o r   th o u t p u v o ltag s ig n al  f r o m   th t r an s f o r m er .       4.   CO NCLU SI O N   T h p r esen wo r k   in v esti g ated   th p er f o r m an ce   o f   PF   f o r   h ar m o n ics  elim in atio n   wo r k s   in   f u ll - b r id g e   DC /D C   co n v er ter   cir cu it   b y   tu n in g   th e   v alu es o f   th PF   as  s h o wn   in   T ab le  1   to   f ilter   th e   s ig n als  with   1 5 0 KHz   f r eq u e n cy ,   w h ich   in c r e a s es  th p o wer   s u p p ly   ef f icien c y ,   s i ze   an d   co s wh ich   n o   n ee d   f o r   f ilter   eq u ip m en t   ( in d u cto r R eg ar d in g   th s im u latio n   r esu lts   o b tain ed   f r o m   th s y s tem   o f   p o wer   s u p p ly   ( T ab le  3 co n f ir m ed   th at  th p o wer   s u p p ly   is   r o b u s an d   r eliab le   ag ain s o u tp u lo ad   c h an g es  an d   it  s tr o n g ly   less   s en s itiv to   d is tu r b an ce s   f o r   v ar iatio n s )         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Ha r mo n ics elimin a tio n   fo r   DC /D C   p o w er su p p ly  b a s ed   o n   p iezo elec tr ic  filt e r s   ( Ha s a n   M a   A lmg o tir )   363   ACK NO WL E DG E M E NT S   T h au th o r s   wo u l d   lik to   th an k   th I r aq g o v er n m e n r ep r esen ted   b y   th m i n is tr y   o f   h ig h e r   ed u ca tio n   an d   s cien tific   r esear ch ,   Mu s tan s ir iy ah   Un iv e r s ity   ( www. u o m u s tan s ir iy ah . e d u . i q )   B ag h d ad     I r a q   f o r   its   s u p p o r t in   th p r esen t w o r k .       RE F E R E NC E   [1 ]   Tem it o p e   A . ,   Ra m e sh   C.   B . ,   A p p li c a ti o n   o Re n e wa b le  E n e rg y   Re so u rc e in   a   M icro g ri d   P o we S y ste m ,”   T h e   J o u rn a o E n g i n e e rin g   IE T .   2 0 1 9 v o l.   18 ,   p p .   5 3 0 8 - 5 3 1 3 2 0 1 9 .   [2 ]   Ja p h e A.  D.  e a l. ,   De v e lo p m e n o a   DC - DC  Co n v e rter  with   C u r re n M o d e   Co n tr o fo M u lt i - S o u rc e   Re n e wa b le   En e rg y   Ha rv e stin g   S y ste m ,   IEE Reg io n   1 0   C o n fer e n c e   (T ENCON) ,   2 0 1 7 ,   p p .   5 5 6 - 5 5 9 .   [3 ]   Lo k e sh   V. ,   Co m p a riso n   o Tec h n i q u e fo De sig n i n g   a n d   M o d e li n g   o Hig h   P o we P iez o e lec tri c   De v ice s.   4 th   IEE Utta Pr a d e sh   S e c ti o n   I n t e rn a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n   El e c tr ica l,   Co m p u ter   a n d   El e c tro n ics   (UPCON)  GLA   Un ive rs it y .   M a th u ra .   2 0 1 7 2 6 - 28.   [4 ]   F e C. ,   e a l . ,   Hig h   P e rf o rm a n c e   P iez o e lec tri c   Cry sta Alp h a - Bib o   f o P h o to a c o u stic  G a De tec ti o n ,   IE EE   Co n fer e n c e s S y mp o si u m o n   Pi e z o e lec tricity A c o u stic W a v e a n d   De v ice   Ap p li c a ti o n s ( S PA W DA) ,   2 0 1 9 ,   p p .   1 - 4.   [5 ]   To u fi k   M ,   A b d e lh a fi d   C. ,   S t u d y   a n d   S imu lati o n   wit h   VH DL - AM S   o th e   El e c tri c a Im p e d a n c e   o a   P iez o e lec tri c   Ultras o n ic  Tran s d u c e r ,”   I n ter n a t i o n a J o u rn a o P o we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste (IJ PE DS ) ,   v o l.   10 ,   n o .   2 ,   p p .   1 0 6 4 - 1 0 7 1 2 0 1 9 .   [6 ]   S h u a i   P . ,   Wen b in   L. ,   Jia n g m in g   K. ,   S imu lati o n   An a ly sis   o f   In ter fa c e   Circu it fo r   P iez o e lec tri c   En e rg y   Ha rv e sti n g   with   Da m p e d   S i n u so i d a S i g n a ls  a n d   Ra n d o m   S i g n a ls ,   T EL KO M NIKA  T e lec o mm u n ica t io n   Co mp u ti n g   El e c tro n ic   a n d   Co n tro l ,   v o l.   13 ,   n o .   3 ,   p p .   767 - 7 7 5 2 0 1 5 .   [7 ]   G a u tsc h G . ,   P iez o e lec tri c   S e n so rics F o rc e   S train   P re ss u re   Ac c e le ra ti o n   a n d   Ac o u stic E m issio n   S e n so rs M a teria ls  a n d   Am p li fiers ,   Be rli n ,   He id e l b e rg .   S p rin g e r.   2 0 0 2 .   [8 ]     M a   S . ,   e a l. ,   E x p e rime n tal  I n v e stig a ti o n   o P iez o e lec tri c it y   o Ne a F ield   El e c tro sp u n   P VD F   Na n o fi b e rs   T EL KOM NIKA  T e lec o mm u n ic a ti o n   C o mp u ti n g   El e c tro n ic a n d   Co n tro l ,   v o l.   14 ,   n o .   2A ,   p p .   1 4 5 - 1 5 1 2 0 1 6 .   [9 ]   N.  H.  M .   Ha n i f,   e a l. ,   P o w e Esti m a ti o n   f o Wea ra b le  P i e z o e lec tri c   En e rg y   Ha rv e ste r ,   T EL KOM NIK A   T e lec o mm u n ica ti o n   Co mp u ti n g   E lec tro n ic a n d   C o n tro l ,   v o l.   16 ,   n o .   3 ,   p p .   9 8 3 - 9 8 8 2 0 1 8 .   [1 0 ]   Kra u tk m e r,   J.  &   Kra u tk m e r,   H.  Ultras o n ic T e stin g   o M a teria ls ,”   S p ri n g e r.   1 9 9 0 .   [1 1 ]   S a leh   G .   e a l. ,   Ev a l u a ti o n   o P iez o e lec tri c   En e rg y   Ha r v e ste Ou tco m e in   R o a d   T ra ffic  Ap p l ica ti o n s ,   4 t h   IET   Clea n   E n e rg y   a n d   T e c h n o lo g y   Co n fer e n c e   (CEA T ) K u a la L u m p u r,   M a lay sia .   2 0 1 6 ,   p p .   1 - 5 .     [1 2 ]   An is  A.,   e a l. ,   P o we G e n e r a ti o n   b y   Us i n g   P iez o e lec tri c   Tran sd u c e with   Be n d i n g   M e c h a n ism   S u p p o rt.   In ter n a t io n a J o u rn a o P o we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m ( IJ P EDS ),   Vo l.   10 ,   n o .   1 ,   p p .   5 6 2 - 567 2 0 1 9 .   [1 3 ]   An it a   M . ,   a n d   S e t h   R. ,   F u n d a m e n tal  Li m it o n   E n e rg y   Tra n sfe a n d   Circu it   C o n si d e ra ti o n s   fo P iez o e lec tri c   Tran sfo rm e rs ,   IEE T r a n sa c ti o n s o n   P o we r E lec tro n ics ,   v o l.   17 ,   n o .   1 ,   p p .   8 - 14 2 0 0 2 .   [1 4 ]   Wei  W.   e a l. ,   P o we De n sity   o f   P iez o e lec tri c   Tran sfo rm e rs  Im p ro v e d   Us i n g   a   C o n tac He a Tran s fe S tru c tu re ,   IEE T ra n sa c ti o n on   Ultra so n ic s,  Fer ro e lec trics ,   An d   Fre q u e n c y   c o n tro l ,   v o l.   59 ,   n o .   1 ,   p p .   73 - 81 2 0 1 2 .   [1 5 ]   Ba sh ir  B.   M . ,   Ha b i b u R. ,   a n d   M o h d   R. ,   M o d e ll i n g   a n d   S imu latio n   o P iez o e lec tri c   Ac tu a to r   fo Vib ra ti o n   Co n tr o l ,   IEE 1 0 th   Asia n   C o n tr o Co n fer e n c e   (AS CC) ,   Ko ta Ki n a b a lu ,   M a lay sia .   2 0 1 5 .   [1 6 ]   Bin   J. ,   Weiwe S . ,   a n d   Z h ih u a   F . ,   P iez o e lec tri c   F il ter  M o d u le  Us e d   i n   Ha rm o n ics   E li m in a ti o n   fo r   H ig h - Ef c ien c y   P iez o e lec tri c ,   IEE T ra n sa c ti o n on   P o we r E lec tro n ics ,   v o l.   31 ,   n o .   1 ,   p p .   5 2 4 - 5 3 2 2 0 1 6 .   [1 7 ]   J.  H.   P a rk   e t   a l. ,   An a ly sis   o Th e   T h e rm a Ba lan c e   Ch a ra c teristics   fo M u l ti p le - C o n n e c ted   P iez o e lec tri c   Tran sfo rm e rs ,   1 6 th   IE EE   In ter n a ti o n a S y mp o si u o n   t h e   Ap p li c a ti o n o Fer ro e lec trics .   Na ra ,   Ja p a n .   2 0 0 7 p p .   801 - 8 0 4   [1 8 ]   Alfre d o   V.  C . ,   P iez o e lec tri c   Tr a n sfo rm e rs:  An   Histo r ica Re v iew ,   M DPI  Act u a t o rs ,   v o l.   5 ,   n o .   12 ,   p p .   1 - 22 2 0 1 6 .   [1 9 ]   Do n g   F .   W.   e a l. ,   Ba ll - Im p a c P iez o e lec tri c   Co n v e rter  Wr a p p e d   b y   Co p p e Co i l ,   IEE T r a n sa c ti o n o n   Na n o tec h n o lo g y ,   v o l.   17 ,   n o .   4 ,   p p .   7 2 3 - 7 2 6 2 0 1 8 .   [2 0 ]   KWOK   K.  F .   e a l . ,   G e n e ra S tu d y   o n   P iez o e lec tri c   Tran sfo rm e r ,   IEE Fi rs I n ter n a t io n a l   Co n fe re n c e   o n   Po we r   El e c tro n ics   S y ste ms   a n d   A p p li c a ti o n s ,   H o n g   Ko n g ,   Ch i n a .   2 0 0 4 .   [2 1 ]   P ra sa d   A.,   a n d   Ch a ll a   B . ,   M o d e li n g   a n d   S imu latio n   o f   Th re e   Lev e P iez o e lec tri c   Tran sf o rm e Co n v e rters ,   Ad v a n c e s i n   Ro b o ti c s &   Au t o ma ti o n ,   v o l.   3 ,   n o .   2 2 0 1 3 .   [2 2 ]   M a rti n   S .   R . ,   M ich a e W.   a n d   M ich a e A.  E . ,   F o rwa rd   C o n d u c ti o n   M o d e   C o n tr o ll e d   P iez o e lec tri c   Tran sfo rm e r - Ba se d   P F Led   Dri v e ,   IEE E   T ra n sa c ti o n s o n   P o we r E lec tro n ics ,   v o l.   28 ,   n o .   10 ,   p p .   4 8 4 1 -   4 8 4 9 2 0 1 3 .   [2 3 ]   M o h a m m a d   G . ,   S . ,   M o tak a b b e a n d   M u h a m m a d   I. ,   De sig n   a n d   An a ly sis  o a   Bu c k - Bo o st  C o n v e rter  Circu it   f o r   P iez o e lec tri c   En e rg y   Ha rv e stin g   S y ste m ,   IEE I n ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Co m p u ter   a n d   Co mm u n ica ti o n   En g i n e e rin g   ( ICCCE) ,   Ku a la L u m p u r,   M a la y sia .   2 0 1 7 .   [2 4 ]   T.   An d e rse n ,   M .   A.  E.   An d e rse n ,   O.  C .   T h o m se n . ,   S imu lati o n   o P iez o e lec tri c   Tran sf o rm e rs  with   COMS OL ,   COMS OL  Co n fe re n c e .   M il a n .   2 0 1 2 .   [2 5 ]   Wed ian   H.,   M u sta fa   Al - Qa isi,   a n d   Am m a Al - G izi ,   Co m p a riso n   b e twe e n   p iez o e lec tri c   tr a n sfo rm e a n d   e lec tro m a g n e ti c   tran sfo rm e u se d   in   e lec tro n ic  c ircu it s ,”   T EL KO M NIKA  T e lec o mm u n ic a ti o n   C o mp u ti n g   El e c tro n ic   a n d   Co n tro l ,   v o l.   18 ,   n o .   3 ,   p p .   767 - 7 7 5 2 0 2 0 .   [2 6 ]   M u sta fa   Al - Qa isi  e t   a l. ,   Hig h   P e rfo rm a n c e   DC/DC   B u c k   Co n v e rter   Us in g   S li d in g   M o d e   Co n tro ll e r,   In ter n a t io n a J o u rn a o P o we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m (IJP EDS ) ,   v o l.   1 0 ,   n o .   4 ,   p p .   1 8 0 6 - 1 8 1 4 ,   2 0 1 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.