并联IGBT占空比的温度特性建模与分析

并联IGBT是解决托卡马克(Tokamak)装置中等离子体垂直位移快速控制电源容量逐渐增大问题的有效途径。而并联IGBT之间的结温平衡是并联系统安全稳定运行的关键因素之一。因此,研究结温对并联IGBT功率损耗差异的影响对提高并联系统的稳定性至关重要。然而现有的研究成果主要集中在单个器件损耗模型或者是并联IGBT的最佳工作频率范围而未涉及对并联IGBT最佳工作占空比范围的讨论。研究发现,当IGBT工作在正温度系数区间时,结温差异造成的通态损耗差异与开关损耗差异呈不同的温度特性。因此,提出零温度-占空比的概念来估计并联IGBT之间结温失配趋势。该文建立零温度-占空比模型,并以此来分析电路设计参数、IGBT器件参数以及结温差异对并联IGBT最佳工作占空比范围的影响。实验结果表明,通过零温度-占空比模型可以对并联IGBT的可靠性、电路设计参数以及器件选型提供可行的参考。

考虑动态接触电阻的电磁能推进装置运动和温度特性研究

在电磁能推进装置工作过程中,电枢与轨道间的接触电阻动态变化对系统性能有着重要影响。针对现有研究多依赖于Holm接触电阻理论并以电枢静止状态为基础的局限性,采用有限元和控制变量法研究实际推进情况下枢轨动态接触电阻对电磁能推进装置运动和温度特性的影响。首先,通过实验获取膛口电压、电流、电枢速度和位移等关键参数。其次,利用改进的完全自适应噪声集合经验模态分解(improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, ICEEMDAN)-小波阈值组合算法对所获得信号进行降噪处理,计算实际工况下的动态变化接触电阻。分别建立考虑枢轨动态接触电阻与不考虑接触电阻情况下的电磁热力耦合有限元模型,通过对比计算结果得到动态接触电阻对电枢运动和温度特性的影响。最后与实验结果进行对比,发现动态接触电阻是影响推进装置性能的重要因素,随着电枢位移的增加,接触电阻对运动特性的影响逐渐增加。另外,动态接触电阻的存在还会使电枢表面的温度迅速升高,电枢尾翼容易发生烧蚀,进而影响电枢的加速性能。该研究为进一步分析极端条件下动态接触电阻对电磁能推进装置的性能影响提供理论支持。

光栅MOEMS加速度计温度特性

由于硅微机械加速度计受温度影响,导致硅弹性模量和热膨胀系数发生变化,造成微光机电系统(MOEMS)加速度计标度因数漂移、测量稳定性下降等问题。首先,采用COMSOL软件对光栅MOEMS加速度计微机械结构部分进行了温度特性仿真,分析了硅弹性模量温度系数和热膨胀系数对光栅MOEMS加速度计微机械结构标度因数和零位的影响。其次,设计了温控精度达0.1℃的温度控制系统,并利用该系统对加速度计进行温度控制。最后,对光栅泰伯效应MOEMS加速度计温度特性展开测试,结果表明,加速度计的标度因数随温度升高而增大,零偏稳定性随温度的升高而降低,加速度计标度因数温度系数为0.30 V·g^(-1)·℃^(-1),零偏稳定性温度系数为-7.78μg/℃,其变化趋势与仿真结果一致。这为实现全温范围下高精度MOEMS加速度计奠定了基础。

原位式准静态压电材料温度特性测试系统研发

压电材料的压电-温度特性会直接影响到压电器件的工作稳定性,是压电器件研发的重要依据。文中基于准静态测量方法研制上、下位机系统,实现了原位压电-温度特性测试。其次,设计开发了变温管式炉、激振器驱动、信号调理与采集电路,构建了准确的滤波与工频陷波算法。实测结果表明,所设计系统测试结果稳定,能够准确测量压电-温度特性并标定压电材料相变温度,可为压电器件设计提供重要的参考。

基于电光聚合物薄膜的芯片式光学硅基电场传感器传感及温度特性研究

“双碳”背景下,新型电力系统的数字化转型对电力传感技术提出了更高的要求。文中针对光学电场传感器温度稳定性差的问题,提出了基于电光聚合物薄膜的芯片式光学硅基电场传感器。首先介绍了电光效应原理,电光聚合物的2阶非线性光学效应以及电光能量耦合方法,其次设计了传感器的加工流程并完成了制备,同时在敏感芯片上成功涂覆电光聚合物,最后通过搭建实验测试平台,完成了传感器的线性度、交流响应以及温度特性测试。实验结果表明,所制备的光学电场传感器在工频电场下拥有较好的线性度且灵敏度高达0.945 mV·(kV·m^(-1))^(-1),传感器在0~75℃温度范围内输出幅值及相位稳定,其幅值比最大波动为0.481 dB,相位差最大为3.82°。文中提出的传感结构切实可行地提升了光学硅基集成电场传感器的温度特性,为硅基集成光学电场传感器在电力系统中的使用提供参考方案。

C_(4)F_(7)N二元混合气体电弧温度特性研究

为实现“2030年碳达峰,2060年碳中和”的减排目标,推进电力行业绿色发展,开发环保型绝缘气体以减少SF_(6)使用已成为研究热点。环保型绝缘气体C_(4)F_(7)N凭借优良的绝缘和环保性能被广泛关注。文中基于磁流体力学方程搭建二维轴对称喷口电弧模型,通过数值计算对比研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)与C_(4)F_(7)N/N_(2)二元混合气体、SF_(6)、CO_(2)4种气体介质电流过零前后电弧温度特性,分析4种介质灭弧性能差异原因。研究表明,与CO_(2)气体相比,C_(4)F_(7)N二元混合气体电弧径向温度分布及弧芯温度冷却速度更接近SF_(6)气体,灭弧性能介于SF_(6)与CO_(2)之间;电弧辐射吸收区的能量堆积造成C_(4)F_(7)N二元混合气体与SF_(6)气体之间灭弧性能差异。综合考虑气体传热能力与电弧散热速度,C_(4)F_(7)N二元混合气体具有较高替代潜力。

基于温度特性测试的GaN HEMT功率放大器性能退化研究

为了研究氮化镓高电子迁移率晶体管功率放大器在不同环境温度下的性能退化情况,根据我国东、西、南、北4个地区的极端温度、平均温度以及电路的工作温度对其进行了系统的温度特性测试。测试结果显示,随着温度升高,该功率放大器的直流特性和交流特性都出现了不同程度的退化,当温度升高至125℃时,小信号增益较常温减少了1.26 dB,三阶交调点下降了6.03 dBm,输出功率与增益最大差值为1.31 dB。分析可得其主要原因是温度升高直接引起阈值电压正向偏移和二维电子气迁移率下降,进而导致饱和电流减小和膝点电压增加,最终使得输出功率显著减小。为保证电路在不同温度下正常工作,提出了一种温度补偿措施来抵消由温度引起的性能退化,这为电路的可靠性设计提供了重要参考。

基于SiC肖特基二极管温度特性的研究

碳化硅(SiC)作为第三代宽带隙半导体材料,其因优异的物理特性而被广泛研究。针对SiC器件在高温环境下可能会因为不理想的散热导致器件失效从而引发可靠性问题,文中采用仿真的方法对铂Pt/SiC肖特基二极管器件进行了测试,并研究了该型器件在高温下的伏安特性。结果表明,Pt/SiC肖特基二极管器件在正偏的情况下,随着温度的升高,器件的电流水平会逐渐降低;器件反偏时,反向电流水平则随着温度的升高而急剧增大。同时在高温下器件的反向电流基本趋于饱和,热电子发射电流占据主导地位,且200℃时电子的迁移率仅为500 cm2/(V·s)。

移动变压器绕组结构参数对温度特性的影响作用分析

移动变压器是移动变电站运行的重要部件,对电力系统的应急救援具有重要的作用。移动变压器的温升是影响使用效果及性能的重要内容,绕组的结构对变压器的温升具有直接的影响作用。采用有限元仿真的形式对不同绕组挡板数量及饼数时变压器的温升特性进行计算分析,从而为移动变压器的设计使用提供参考,保证变压器的安全使用及可移动性能。

MnZn铁氧体材料温度特性研究概要

MnZn铁氧体材料是一种品类多、应用广、用量大的软磁材料,材料的温度特性决定了其工作温度范围,因此必须严格控制其温度特性。MnZn铁氧体材料的温度特性主要取决于材料的居里温度和二峰温度,即晶体结构中亚晶格A、B位上磁性离子间超交换作用的强弱、磁晶各向异性常数K1的补偿作用。本文主要介绍了主配方、制备工艺和掺杂对于居里温度和二峰温度的影响,提出了基于居里温度和二峰温度的经验计算公式快速确定主配方的方法,指出了Co2+过补偿与Fe2+含量的关联性。

户外高压隔离开关电操机构箱内温度特性及加热器应用

户外高压隔离开关电动操作机构是发电厂、变电站中常用电气设备之一,使用量大,在低温及高湿环境下引起机构箱内元件电气问题是导致隔离开关机构故障的主要原因之一。作者在户外高压隔离开关机构箱加热器应用中,根据不同地区使用环境,通过对电动机构箱内不同材料、不同功率、不同位置加热器进行计算及测试数据对比,分析电动机构箱内温度及加热器特性,采取科学选用加热器类型,计算加热器组合功率,采用合理的布置方法,实现机构箱内加热效率的最大化,起到保护机构箱内电器元件,对高压隔离开关安全运行具有重大作用。

退役动力锂离子电池老化特性及温度特性研究

为实现退役动力电池的梯次利用,以软包磷酸铁锂电池为研究对象展开了电池容量与循环的特性研究,通过实验分析电池老化的机理及其老化的本质原因,认为活性锂离子损失、电极活性物质损失和电池内部极化反应是电池老化的根本原因。将电池循环老化过程分为循环初期、中期和后期3个阶段,发现循环初期电池容量衰减速率较快,中期衰减速率最慢,后期急速衰减。实验发现电池温度与倍率电流呈正比关系。且不同老化程度的电池在2C倍率放电状态下与温度存在正相关规律,即随着老化程度的加深,电池内部副反应热、极化热等情况增多,电池放电时温度不断上升,且温度变化率加快,健康状态最低的电池温度变化率最高达0.127℃/s。

Y_(2)O_(3)掺杂对钛酸锶钡陶瓷材料介电-温度及电阻率-温度特性的影响

钛酸钡基电介质陶瓷因具有良好的介电和正温度系数特性已被广泛应用于科技、工业以及日常生活中,在新兴领域的需求下,开发具有低居里温度和高常温电阻率特性的电介质陶瓷材料具有重要意义。因此,采用固相法制备了不同掺杂浓度氧化钇(Y_(2)O_(3))的钛酸锶钡(Ba_(0.7)Sr_(0.3)TiO_(3),BST),正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)陶瓷材料,通过X射线衍射和扫描电镜测试了试样的理化特性,利用宽频介电谱仪和电阻率–温度测量系统分别获得了试样的介电–温度特性和电阻率–温度特性,并构建了四象限模型分析钇(Y)对材料介电–温度特性和电阻率–温度特性的影响机理。研究表明:随Y_(2)O_(3)含量的增大,介电常数和居里温度均呈先增大后减小的趋势,而常温电阻率呈现相反的变化趋势。0.0008 mol的Y_(2)O_(3)掺杂可大幅提高BST材料相对介电常数(>105)且具有较低的居里温度(34.1℃)和较大的常温电阻率(5.6×106Ω·cm)。实现了低居里温度和高电阻率特性的协同调控,拓宽了PTC材料的应用范围。

微机械谐振器温度特性分析及频率漂移补偿

针对微机械谐振器工作温度的变化导致谐振频率漂移问题,提出了基于RBF神经网络的频率漂移补偿方法。首先理论分析了微机械谐振器的温度特性:在10~90℃范围内,计算得到杨氏模量随温度变化而导致的频率漂移为-1.325Hz/℃,有限元仿真漂移为-1.353Hz/℃。其次,以绝对温度、温度变化量、测试频率作为RBF神经网络的输入,恒温箱测试频率为目标值,利用某空间实验仓的样本训练构建了RBF神经网络模型。最后在10~90℃范围内,进行了频率漂移补偿验证,实验结果表明,0.5℃间隔下升温补偿相对误差为7.1 ppm,降温补偿相对误差为4.5 ppm,较“GA+BP”补偿方法,相对误差减少50%以上。证明了所提补偿方法具有较好的适用性。

基于气相沉积法的掺铒光纤制备与温度特性

为了研制温度稳定性满足中高精度光纤陀螺仪中超荧光光源使用要求的掺铒光纤,采用螯合物气相沉积法制备了Al-Er共掺和Al-Ge-Er共掺两种掺铒光纤。同时对两种光纤的吸收系数和本底损耗进行了测试研究,并搭建超荧光光源测试平台,对Al-Ge-Er共掺光纤的温度稳定性进行了实验验证。结果表明,在制备光纤时通入等量的铒的螯合物,Al-Er共掺光纤具有更高的吸收系数,但本底损耗较高;两种光纤在1530 nm的吸收系数分别为35.6 dB/m和20.0 dB/m,在1200 nm的本底损耗为31.7 dB/km和6.3 dB/km;在-45.0℃~70.0℃变温范围内,Al-Ge-Er共掺光纤的自发辐射光谱在中心波长为1560.84 nm,10.51 nm带宽的平均波长变化约为6.52×10^(-7)nm/℃,该光纤可满足高精度光纤陀螺的超荧光光源使用要求。该研究为掺铒光纤的研制提供了参考。

靶丸支撑结构对低温靶温度特性影响研究

针对支撑结构的引入对靶丸温度分布产生扰动这一问题,建立带不同靶丸支撑结构的三维低温靶模型,基于离散坐标辐射模型和Boussinesq假设,研究了支撑结构对靶丸温度特性的影响,并对比了不同支撑结构靶丸温差对黑腔内氦气压力变化的敏感程度,最后针对泡沫垫衬薄膜支撑研究了泡沫材料参数的影响规律。结果表明:支撑膜能显著降低黑腔内自然对流强度,薄膜支撑与两极支撑靶丸温度均匀性优于无支撑膜的充气管支撑和支撑杆支撑,薄膜支撑相比两极支撑靶丸温度均匀性略高;充气管直径越大,靶丸温度均匀性越差。基准工况下,薄膜支撑靶丸外表面最大温差最小,温度均匀性最好,两极支撑、充气管支撑及支撑杆支撑最大温差较薄膜支撑分别增大了5.92%、32.71%及17.99%;氦气压力升高,靶丸外表面温度均匀性逐渐恶化,薄膜支撑和两极支撑靶丸温差对氦气压力变化的敏感度更低;对于泡沫垫衬薄膜支撑,通过选用导热系数较大的泡沫材料并减小其厚度可获得较好的靶丸温度均匀性。该计算结果可为靶丸支撑结构的工程设计提供一定的理论支撑。

电容薄膜真空计的温度特性研究

电容薄膜真空计(Capacitance Diaphragm Gauge,CDG)是一种常用的粗低真空测量传感器,具有较高的测量精度和稳定性。温度是影响真空计量准确性的重要因素之一,环境温度的变化会导致CDG的测量结果发生较大的偏移。为探究温度对CDG测量结果的影响情况,开展了温度环境实验,考察了保温型与非保温型CDG在-30℃~50℃环境中测量结果的变化情况。实验结果表明,保温型CDG在额定温度0℃~45℃环境中测量结果较为稳定,温度高于或低于该区间范围时,测量结果会发生一定程度的偏移;温度对非保温型CDG造成的影响较大,利用温度-压力误差曲面可以修正CDG误差,提高真空计测量精度。

SiC MOSFET的温度特性及结温评估研究进展

与Si器件相比,SiC器件具有更加优异的电气性能,新特性给其结温评估带来了新挑战,许多适用于Si器件的结温评估方法可能不再适用于SiC器件。首先对SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的温度特性进行了分析,阐述了本征载流子浓度、载流子迁移率等参数受温度的影响机理,分析了器件阻断特性、输出特性、转移特性等参量,以便找到能够表征结温特性的电气参量;然后研究分析了功率器件结温测量的各类方法,并重点阐述了温敏电参数(TSEP)法在SiC MOSFET结温评估领域的应用前景,从线性度、灵敏度等6个方面对比分析了各方法的优缺点,并指出阈值电压和体二极管压降作为TSEP具有显著优势;最后分析了TSEP法在目前工程应用中面临的挑战,并对未来的研究工作进行了展望。

急降怠速工况下DPF主动再生温度特性试验研究

为了探究柴油机颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)在急降怠速(drop to idle,DTI)工况下再生时内部温度变化规律,开展DTI试验,分析DPF内部温度场。结果表明:在靠近DPF出口位置,中环以内温度偏高,出现最大峰值温度,碳载量为11 g/L时最高摄氏温度可达1163.1℃;在中环到边缘处出现最大的径向温度梯度,碳载量为11 g/L时最大径向温度梯度为221.83℃/cm;峰值温度和径向温度梯度均随碳载量的增加而增大,增大载体烧裂风险;堇青石DPF在碳载量为5 g/L左右时应进行再生,碳化硅DPF的极限碳载量可拓展至10 g/L以上;相比堇青石DPF,碳化硅DPF可减少主动再生频率,降低再生油耗,提高燃油经济性。

一款100 V的GaN HEMT功率器件及其温度特性

功率器件应用于航空航天等领域,可以起到功率转换、开关控制等作用。以GaN为代表的宽禁带半导体材料器件已逐渐地成为新型功率器件的不二选择。介绍了一款p型GaN栅的100 V GaN HEMT功率器件,给出了该器件各项参数的仿真情况、常态测试参数和三温实验数据,并给出了仿真结果与器件实测结果的对比情况。相较于25℃,在125℃环境温度下,器件阈值电压漂移-0.1 V;在-55℃环境温度下,阈值电压漂移+0.1 V;在-55~125℃全温范围内,器件击穿电压没有明显的变化,均为108 V。说明该GaN HEMT器件有较强的全温范围适应能力。