Degradation and breakdown behaviors of SGTs under repetitive unclamped inductive switching avalanche stress

The repetitive unclamped inductive switching(UIS)avalanche stress is conducted to investigate the degradation and breakdown behaviors of conventional shield gate trench MOSFET(C-SGT)and P-ring SGT MOSFETs(P-SGT).It is found that the static and dynamic parameters of both devices show different degrees of degradation.Combining experimental and simulation results,the hot holes trapped into the Si/SiO_(2) interface and the increase of crystal lattice temperature should be responsible for the degradation and breakdown behaviors.Moreover,under repetitive UIS avalanche stress,the reliability of P-SGT overcomes that of C-SGT,benefitting from the decreasing of the impact ionization rate at bottom of field oxide caused by the existence of P-ring.

Comparison of Stress Distribution of Platform-switched and Non-platform Switched Abutment for Implant Supported Single Crown

The influence of platform-switched abutment on stress distribution within the surrounding bone,fixture,abutment,and screw under various loading conditions were studied.Two 3-D finite element models representative of an implant-supported metal crown for the mandibular first molar and its surrounding bone were computed.Model A simulated the implant with non-platform-switched abutment and model B was for platform-switched abutment.A load of 100 N was applied vertically and obliquely at the center fossa,the tip of the buccal cusp and the distal fossa,respectively.The results show that the distribution of Von Mises stress in the two models is similar.When platform-switched abutment is used,the maximum Von Mises stress within the surrounding bone is lower;however,this value is higher within the fixture and screw.

基于DAB的蓄电池最小电流应力控制策略研究

双有源桥(DAB)变换器是一种适用于蓄电池充电的双向DC/DC变换器。为减小蓄电池充电过程中的功率损耗并提高传输效率,提出了双重移相(DPS)最小电流应力控制策略,分析DAB变换器全部开关管的零电压开通(ZVS)的电感电流约束条件,求解得到ZVS区域内电流应力最小时的移相比组合,能够减小蓄电池的充电损耗,提高充电效率,并通过理论对比验证了优化效果。仿真与实验结果均表明,所提优化策略可以实现开关管ZVS以及最小电流应力,从而减小损耗,提高变换器的性能。

基于Switch-Capacitor网络的单开关升压变换器

在新能源并网发电系统中,传统Boost变换器存在升压能力有限、纹波大和效率低等问题,为此,提出了一种基于Switch-Capacitor网络的单开关升压变换器,并推演出了相应的多级单开关升压变换器。详细分析了该变换器在CCM和DCM模式下的工作原理和工作性能,并搭建了实验模型,实验结果表明:①在不增加开关器件电压应力的情况下,随着串联的Switch-Capacitor网络个数的增加,这类变换器的升压能力逐渐增强;②输入电流纹波和输出电压纹波小;③变换器中只有一个开关管,控制电路简单;④可以根据串联网络个数的奇偶性改变输出电压的极性,扩大了该变换器的适用范围。

基于占空比主动调节的钳位开关电容型DC/DC解耦控制策略

钳位开关电容型DC/DC(Clamping Switched Capacitors-based DC/DC,CSC)是构建具有直流故障自清除能力直流变压器的有效模块。由于传统控制策略下的CSC中直流电压与电容电压存在着耦合效应,直流电压的变化将直接引起电容电压与交流环节电压幅值的变化,使得CSC在两端直流电压不匹配时可能发生软开关丢失、电流应力增大、功率损耗增加等运行性能下降的现象。鉴于此,为改善CSC在直流电压不匹配时的开关及效率性能,提出了一种基于可变占空比的CSC电容电压解耦控制策略。该策略可以在CSC的整个运行范围内保证交流电压幅值的自动匹配,对于改善CSC的整体运行性能具有明显效果。基于试验样机,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

混合励磁磁悬浮开关磁阻电机转矩建模与分析

针对传统磁悬浮开关磁阻电机的输出转矩小及转矩与悬浮的耦合问题,提出一种四相16/14/8极混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机。介绍了该电机的拓扑结构、转矩原理与悬浮原理,并优化了转矩绕组的励磁方式,运用有限元法比较分析了该电机与同参数不加永磁体电机的电磁特性,包括电机的转矩特性以及解耦特性,仿真结果验证了该电机自解耦结构的合理性及能有效提高输出转矩。在麦克斯韦应力法基础上,根据电机工作时的磁通分布建立了等效磁路图,采用分段函数拟合铁芯磁化曲线,推导出了考虑磁饱和的转矩数学模型,有限元仿真分析验证了转矩模型与仿真结果较吻合,最小相差约1.4%,最大相差约26%。

高轻载效率少功率器件的可模块化扩展ZVS高增益变换器

提出一种高轻载效率且少功率器件的可模块化扩展零电压开关高增益Boost变换器。该变换器可以通过增加升压模块数量n,极大地提高变换器的升压能力;具有2个开关管和n+1个二极管,且各功率管承受相同的电压应力,均为[(n+1)U_(in)+U_(o)]/(n+2);输入电感工作在连续导通模式,其余电感工作在双向导通模式,且反向峰值电流之和大于输入电感电流的谷值,从而实现所有功率管的软开关。所提变换器采用柔性开关频率控制策略,即根据输入电压和负载大小适当地调整开关频率,使电感电流脉动量维持在合适的范围内,既确保实现功率管的软开关,又具有较小的通态损耗,因此在整个负载范围内均具有较高的运行效率。以一个扩展模块为例,对所提变换器的工作原理、稳态特性、软开关条件、控制方法进行深入分析,并通过一台250 W的样机实验验证了理论分析的正确性。

基于Switch-Capacitor网络实现分时供电的多输入升压变换器

在新能源联合发电系统中,多输入直流变换器可分时或同时向负载提供能量,具有简化系统结构、降低系统成本等优点。然而,现有的多输入直流变换器不能很好地满足新能源发电领域对高升压比、低纹波、低开关应力等技术参数的要求。因此,本文基于Switch-Capacitor网络串联放电、并联充电和多个网络累加升压的工作特性,推导出一种新型多输入升压变换器。本文以三输入升压变换器为例,详细分析了其在连续工作模式下的工作原理和工作性能,进行了仿真分析,并搭建了实验模型,仿真分析与实验研究的结果表明:①升压能力强,其升压比与Switch-Capacitor网络组中的网络个数有关;②开关器件的电压应力、输入电流纹波和输出电压纹波小;③所有开关管由同一控制信号隔离驱动,控制电路简单;④实现分时供电,元器件利用率高;⑤推演出对应的同时供电多输入升压变换器。

新兵知觉压力与认知灵活性、生活满意度的关系及正念认知干预研究

目的探讨认知灵活性在新兵知觉压力与生活满意度中的关系,构建正念认知干预方案,研究该方案对新兵认知灵活性和生活满意度的影响作用。方法采用整群抽样法对某部965名新兵进行问卷调查。评估工具包括中文版知觉压力量表(Chinese Perceived Stress Scale,CPSS)、认知灵活性量表(Cognitive flexibility Inventory,CFI)和生活满意度量表(Satisfaction Life Scale,SWLS)。其中61名新兵,以排为单位分为训练组(n=31)和对照组(n=30),训练组接受6周正念认知干预,对照组每周仅接受心理健康教育。采用问卷以及行为学实验(线索任务转换范式)对训练效果进行评估。结果①知觉压力和认知灵活性、生活满意度均呈显著负相关(r=-0.78,P<0.01;r=-0.64,P<0.01),认知灵活性和生活满意度呈显著正相关(r=0.59,P<0.01);②认知灵活性在新兵知觉压力影响生活满意度之间起着中介作用,效应量为-0.12,占总效应的29.27%;③正念认知干预后,2组新兵在认知灵活性、生活满意度和线索任务转换范式上具有显著差异,训练组的认知灵活性、生活满意度及线索任务转换范式中的正确率和反应时均显著优于对照组(P<0.05);与前测结果比较,训练组后测的认知灵活性和生活满意度、线索任务转换范式均显著提高(P<0.05),而对照组前、后测结果差异无统计学意义。结论正念认知干预能有效提升新兵认知灵活性水平,提升新兵的生活满意度水平。

一种两级式宽范围输入的高位取能电源设计

介绍了一种用于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的宽范围输入高位取能电源设计方法,根据电源高电压、宽范围输入和多路小功率输出的特点,电源采用两级式结构。第一级源变换器采用输入串联输出并联(Input-Series Output-Parallel,ISOP)的反激拓扑,主要实现降压功能;第二级负载变换器采用三路单独的反激电路,保证精准调压。在此基础上,设计了一台输入电压DC 400~3 500 V、输出电压DC 15 V/15 V/400 V的高位取能电源样机。通过最高输入电压下开关管源漏极电压波形和不同负载下输出电压波形,证明了该设计方案可在宽输入范围内可靠运行,有效地减小了单个开关管所承受的电压应力并且具有优良的带载性能。

面向撞击载荷的疲劳寿命分析及验证

针对宇航用波导开关在反复切换撞击工况下的寿命指标要求,开展疲劳寿命设计与验证。在实际工况应力谱难以获得的情况下,基于数值计算方法,采用两种不同方法获取应力谱后开展疲劳寿命分析并进行了试验验证,验证结果表明:基于瞬态动力学的疲劳分析有较高的准确性,在此基础上,优化改进产品结构,使产品切换寿命满足指标要求。

新型电压自均衡开关电容多电平逆变器

为了使用更少的器件实现更多的输出电平,同时解决传统多电平逆变器开关器件在高电压下工作时,其电压应力较大,容易损坏的问题,提出一种新型单电源开关电容多电平逆变器拓扑。该开关电容逆变器拓扑通过研究开关电容技术与级联H桥逆变器的结合,采用脉宽调制的方式经过逻辑组合进行调制,实现了高效的电压增益和电平输出。在保证电容电压自均衡的前提下,仅使用单个直流电源输入,产生三倍电压增益的七电平输出。然后,为了进一步拓展该逆变器的应用范围,介绍所提逆变器的扩展结构,并简要分析其工作模式。同时与其他类似拓扑进行对比,证明该拓扑优势。最后为了验证理论分析的正确性,设计了仿真和实验样机,对逆变器的性能进行了详细测试。

Electrical Aging Phenomena of Power Cables Aged by Switching Impulses

Due to the insufficient information regarding the aging phenomenon of cables caused by switching impulses, we aged 15 kV XLPE and EPR cable samples by 10 000 switching impulses in experiments and tested them. Plus in order to compare the aging phenome- non under multi-stress conditions, additional EPR cable samples were aged by rated AC voltage and current with switching impulses superimposed. We used measurements of partial discharge parameters to monitor the cables’ conditions during their aging process, and the AC breakdown voltages measurement to evaluate the cables after aging. Moreover, the Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy measurements revealed the changes of insulation materials after aging. The measurement results confirm that the accelerated aging of cable samples had taken place. The impacts of each individual aging factor are shown through the selected measurements and comparison. The study also helps to assess the reliability of the XLPE and EPR cables under similar condition while serving in power systems.

Induction of oxidative stress in human aqueous and vitreous humors by Nd:YAG laser posterior capsulotomy

AIM： To evaluate whether the Q-switched Nd：YAG laser treatment applied in routine capsulotomy elicits oxidative stress in aqueous and vitreous humors. METHODS： Thirty-six patients who had to undergo a 25 gauge pars plana vitrectomy due to vitreoretinal disorders were enrolled, 15 of them underwent a Q-switched Nd：YAG laser capsulotomy 7 d before vitrectomy due to posterior capsule opacification（PCO）（Nd：YAG laser group） while the remaining 21 patients were not laser treated before vitrectomy（no Nd：YAG laser group）. Samples of the aqueous and vitreous humors were collected during vitrectomy from all patients for the assessment of oxidative parameters which were compared between the Nd：YAG laser group and no Nd：YAG laser group. Thiobarbituric acid reactive substances（TBARS）, a product of membrane lipid peroxidation, nitrite levels, the antioxidative activities of SOD and catalase, the 4-HNE-protein conjugate formation, indicating structural modifications in proteins due to lipoperoxidation, were assessed in aqueous and vitreous samples. RESULTS： In the human vitreous humor TBARS levels are significantly higher in the Nd：YAG laser group compared to the no Nd：YAG laser group and importantly, there is a significant correlation between the TBARS levels and the total energy of Nd：YAG laser used during capsulotomy.Moreover the anti-oxidative activities of SOD and catalase were significantly decreased by Nd：YAG laser treatment, both in aqueous and vitreous humors. In accordance with the TBARS data and anti-oxidative enzyme activities, significantly higher levels of proteins were conjugated with the lipoperoxidation product 4-HNE in the aqueous and vitreous humors in the Nd：YAG laser-treated group in comparison to no Nd：YAG laser group. CONCLUSION： These data, clearly suggest that any change that Q-switched Nd：YAG photo disruption may cause in the aqueous and vitreous compartments, resulting in a higher level of oxidative damage might be of considerable clinical significance particularly by accelerating the aging of the anterior and posterior segments of the eye and by worsening the intraocular pressure, the uveal, the retinal（especially macular） pathologies.

新型六开关两倍电压增益五电平逆变器

倍压多电平逆变拓扑具有自主升压和多电平输出的突出优点。提出了一种新型六开关两倍压增益五电平逆变拓扑,该拓扑由两个半桥单元和一个开关电容单元组成,通过载波层叠调制策略可以实现直流输入电源与电容器分时串并联运行,从而实现电路的自主升压和五电平输出电压波形。通过对比分析现有倍压多电平逆变拓扑,所提出的新型两倍压增益五电平逆变拓扑具有使用开关器件数量少、电压应力低、调制策略简单等优点。实验测试结果证明了所提五电平逆变拓扑在不同工况下的可行性与有效性。

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链,导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征,需要提出新的建模方法,揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题,该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析,明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势,提出“主-边磁路并行解析”策略,构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究,结果表明,建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性,实现稳定悬浮,进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。

基于扩展移相控制的高频DAB变换器ZVS控制方法

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)在需要高效能量双向流动的工作场景有广泛的应用。在高开关频率工作时,变换器开关器件结电容充放电时间无法忽略,导致扩展移相控制下DAB零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)范围断续。通过分析扩展移相控制下双有源桥DC-DC变换器工作模态,建立高开关频率工况下DAB变换器数学模型,提出一种利用磁化电流扩宽ZVS范围的方法。在此基础上,结合电感电流应力优化算法,提出一种适用于高频工况应用的电流应力优化下的软开关控制策略。采用该控制策略,可以有效减小导通损耗,消除开关损耗,显著提升高开关频率下的变换器效率。搭建400 kHz实验样机,验证控制策略有效性。

新扩展移相角下的双有源桥DC-DC变换器优化控制策略

为提高双有源桥(dual active bridge,DAB)DC-DC变换器的效率,降低其控制复杂度,提出一种基于扩展移相控制的最小电流应力闭环优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比与传输功率的正相关性;接着,基于开关管的通断顺序,对DAB的进行工作模态的划分,并择优选出两种作为其实际工作模态;然后,利用Karush-KuhnTucker条件法实现在软开关条件下全功率段的电流应力优化,并与新的移相比相结合设计出一种更为简洁的闭环优化控制策略;最后,搭建DAB仿真模型及实验样机进行验证,结果表明:所提控制策略不但具有控制简单、易实现的特点,同时能在全功率范围内实现最小电流应力控制和开关管的软开关特性。

用于辉光放电的有源箝位型高增益DC/DC电源

针对便携式氩气辉光放电气体检测应用研究了一种有源箝位型高增益DC/DC击穿电源,并分析了其工作原理及特性。该电源将有源箝位电路、升压变压器和倍压单元整合在一起,不仅实现了初、次级电气隔离,且在较小变压器匝比和较低占空比下实现了超高电压增益(HVG)和低开关应力。该电源通过有源箝位电路回收存储在变压器漏感中的能量,进一步降低了有源开关的电压应力。该箝位电路的引入使两个有源开关均实现了零电压开关(ZVS),有效降低了开关损耗。最后搭建了一台35 W样机,该样机可以实现从24 V到3.5 kV±300 V的超高转换比并实现氩气的击穿,且在约1 kV,35 mA的条件下可维持稳定的氩气辉光放电,稳态下效率可达92.5%。

模块化多电平开关串联型直流变压器的电流优化控制策略

针对模块化多电平开关串联型直流变压器在中压侧端口电压偏低和轻载情况下存在电流应力增大、运行效率降低的问题,提出了一种基于低压侧全桥内移相控制的电流优化控制策略。通过移相控制,在高频变压器端口产生零电平区间,抑制了传输电感电流尖峰,降低了器件电流应力及损耗。通过研究该直流变压器的工作模式,分析电流应力,以电流应力优化为目标制定优化控制策略。该策略采用分段计算移相角的方法,在维持开关管软开关特性的同时达到良好的闭环控制效果。最后,通过仿真和样机实验验证了所提优化控制策略的有效性。