8/17/2015

1

ECE 481: Power Electronics

Prof. Daniel CostinettDepartment of Electrical Engineering and Computer Science

University of Tennessee Knoxville

Fall 2015

ECE 481: Power Electronics

• Instructor: Prof. Daniel Costinett

− Office: MK502

− Telephone: (865) 974‐3572

− Email: dcostine@utk.edu Please use [ECE481] in the subject line for all course‐related e‐mails.

− Office Hours: W 1:30‐3:00pm, R 9:00‐10:00am

8/17/2015

2

Course Materials

• Textbook:− Erickson and Maksimovic, Fundamentals of Power 

Electronics, second edition, Kluwer Academic Publishers, ISBN 0‐7923‐7270‐0

− Available through campus bookstore, online vendors, or online through UT libraries

• Course Website− http://web.eecs.utk.edu/~dcostine/ECE481

− Includes lectures slides, handouts, supplemental notes, homework assignments, course announcements

Assignments

• Homework (40%)− Due at beginning of class on date listed on Lecture Schedule web page (Fridays)

− No late work accepted except in cases of documented emergencies

− Collaboration is encouraged on all homework assignments

− must turn in your own work

• Exams− 1 Midterm: 25% of grade

− 1 Final: 35% of grade

8/17/2015

3

ECE 481 vs ECE 599

• Students enrolled in ECE 599 will have additional homework and exam problems

• Grading

− Separate curving for ECE 481 and ECE 599

− Extra credit is added to final grade after any curving

Piazza Forum

• New resource for ECE 481 this semester

• Additional method for collaborating on HW

8/17/2015

4

How to Succeed in ECE 481

• Attend all lectures

− Participate; ask questions or ask for clarification

• Read textbook for clarification 

• Complete all homework assignments

−Work together in‐person or using Piazza

− Review and understand mistakes 

− ~12 assignments for 40% of the grade

Power Electronics Courses at UTK

ECE 325Electric Energy System 

Components

ECE 481Power Electronics

ECE 482Power Electronic 

Circuits

ECE 523Power Electronics and 

Drives

ECE 525Alternative Energy 

Sources

ECE 623Advanced Power 

Electronics and Drives

ECE 625Utility Applications of Power Electronics

ECE 626Solid State Power Semiconductors

Junior Senior Graduate

ECE 581High Frequency Power 

Electronics

8/17/2015

5

Introduction to Power Conversion

Example Server Power Distribution

8/17/2015

6

Example VRM Design

Example VRM Design

out

outg

outgout

I

VVR

RIVV

mI

VR

out

outeq 150

eqR

8/17/2015

7

Variations in Load

V75.6

05.1A5V12

out

out

outgout

V

V

RIVV

Control is Invariably Required

8/17/2015

8

Linear Regulator

W60

2V1A5

in

in

outgggin

P

P

IVIVP

W5.7

V5.1A5

out

out

outoutout

P

P

IVP

Linear Regulator

W60

2V1A5

in

in

outgggin

P

P

IVIVP

W5.7

V5.1A5

out

out

outoutout

P

P

IVP

%5.12W60

.5W7

in

out

P

P

8/17/2015

9

A High Efficiency Converter

Devices Available to the Circuit Designer

8/17/2015

10

Devices Available to the Circuit Designer

Devices Available to the Circuit Designer

8/17/2015

11

Power Loss in an Ideal Switch

Use of SPDT Switch

8/17/2015

12

Controlling Duty Cycle

Addition of Low Pass Filter

8/17/2015

13

Duty Cycle Control

5-25

<Vs>

Vs

D0 1

Vg

0

Low‐Pass Filter

Load

Control System for Voltage Regulation

8/17/2015

14

Dynamic Performance

Power Electronics Overview

8/17/2015

15

Some Power Electronics Applications

Power management in mobile electronics

8/17/2015

16

Part I: Converters in Equilibrium

Part I: Converters in Equilibrium

8/17/2015

17

Switch Realization: Semiconductor Devices

Part II: Converter Dynamics and Control

8/17/2015

18

Part II: Converter Dynamics and Control

Part III: Magnetics

8/17/2015

19

Part III: Magnetics