按键式密码电子锁电路的设计

数字电路的设计在计算机、电子和自动化等专业中占据着非常重要的地位,另一方面,现代的教育理念要求加强对学生分析能力、实践动手能力和创新应用能力的培养。为了更好地将理论知识与实践结合起来,详细地阐述了利用集成芯片和门电路设计生活中常见的电子密码锁设计过程,包括核心器件触发器的选择、通过几种方案的比较确定最优设计方案、密码锁的工作过程及相关电路的设计。通过实验室实验验证,增强了学生对电路的感性认识,提高了学生的学习兴趣与效率。

基于级间自触发Marx电路的高压阻尼振荡发生器

为了增大输出电压的同时减小高压阻尼振荡发生器的体积和降低其成本,建立了一种4×4级间自触发Marx结构的阻尼振荡发生器模型。该模型每级的主开关采用基于电容触发方式的串联IGBT模块,只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断,通过级间电容实现对相邻级放电管的栅极自动充电和放电,使其导通和关断。该模型提高了Marx单级的工作电压和简化了每级的驱动电路,并且通过加入缓冲电路,解决开关管动态、静态均压问题。基于这种拓扑结构搭建了一台高压阻尼振荡发生器样机,在电感负载上输出16 kV、振荡频率1 MHz的阻尼振荡波形,波形上升时间约为75 ns,重复频率500 Hz。样机体积小巧、工作稳定,验证了该方案的可行性。

同步触发和级联滤波的分幅相机皮秒高压脉冲研究

脉冲展宽分幅相机是脉冲展宽技术与微通道板(microchannel plate,MCP)分幅相机的结合体,其时间分辨率与皮秒高压脉冲呈非线性波动关系.采用同步触发模式和级联结构LC高通滤波器产生皮秒高压脉冲,将其与影响时间分辨率的阴极电压和漂移距离结合,应用于脉冲展宽分幅相机的时间分辨率研究中.结果表明,同步触发式多级Marx电路能产生半高宽优于1 ns的高压脉冲,随着级联LC高通滤波器从1阶增至7阶,产生皮秒高压脉冲的半高宽从558 ps降至409 ps,幅值从-3.6 kV降至-1.4 kV,上升沿斜率的非线性波动为5.03~10.25 V/ps;将其加载于MCP通道内的光电子倍增模型,获得的MCP分幅相机时间分辨率由206 ps提高至149 ps;而将其应用于脉冲展宽分幅相机,随着阴极电压和漂移距离增加,时间分辨率的非线性波动为3.8~39.4 ps.通过数据统计和对比发现,当同步触发Marx电路与3阶LC高通滤波电路相结合时,脉冲展宽分幅相机的时间分辨率能达到最优.

新型电磁感应式无源触发器分析与设计

针对混合型限流熔断器中电子触发器存在的有源触发和不能全范围分断问题,该文提出了一种能够实现无源供电且具备全范围分断能力的新型电磁感应式无源触发器方案。首先介绍了新型触发器的工作原理,开展了自感应供电、幅值整定两个内容的分析设计;然后利用有限元仿真软件将电磁场和电路进行耦合建模,基于该模型分析了铁芯线圈磁感应强度随位置的变化特性;提出了采用单霍尔芯片进行短路电流幅值判断的方法,减小了芯片的功耗,从而解决了新型触发器在低上升率工况下感应供电不足的问题;同时为了提高触发器的可靠性,设计了延时控制电路;最后根据设计参数制造样机,在短路判断幅值10 kA的限流条件下分别对混合型限流熔断器进行了8 A/μs最小短路电流上升率和33 A/μs最大短路电流上升率的检测试验,试验结果验证了分析设计方法的可行性和有效性。

几种基于忆阻器的触发器电路设计

在晶体管逐渐接近理论性能极限的情况下,为了进一步提高集成电路的集成度,减小电路面积,降低功耗,除进一步压缩晶体管特征尺寸的思路外,可以采用另一种提高集成度的思路,即尝试使用电路面积极小的新型元件忆阻器替代晶体管。文章提出基于忆阻器的触发器电路设计方法:根据传统的电路理论、数电、模电以及忆阻器的原理与特性,结合CMOS(互补金属氧化物半导体)与忆阻器的优势,对于传统的SR触发器、D触发器、JK触发器以及T触发器电路进行重新设计,并且运用LTSPICE软件对设计的电路进行仿真和验证电路结构的正确性。与传统的触发器电路对比,基于忆阻器的触发器使用的电路元件数量更少,电路的复杂度大大降低,因而能够在一定程度上减小触发器的电路面积。

基于改进事件触发与1-D CNN的MMC冗余子模块开路故障实时诊断策略

在模块化多电平换流器(MMC)中存在大量的子模块(SM),其可靠性直接影响整个系统的安全稳定运行。本文引入了具有容错能力的新型冗余SM,并在此基础上提出了一种基于改进事件触发与一维卷积神经网络(1-D CNN)的MMC冗余SM开路故障实时诊断策略。首先,选定MMC中特定SM构成的集成单元的电容电压作为事件触发对象,大大减少了传统诊断策略中需要观测的电容数量;其次,从有效地减少计算负担角度出发,改进事件触发流程,并结合1-D CNN算法有条件地对集成单元电容电压和桥臂电流波动情况分别进行检测,构建出MMC故障实时诊断系统;最后,综合考虑故障集成单元与故障桥臂位置定位出开路SM,进而完成新型冗余SM条件下MMC的容错运行。利用Matlab/Simulink搭建的19电平MMC模型,验证了所提实时诊断策略的有效性。

浅析剩余电流动作断路器试验回路设计

围绕GB/T 16917.1标准试验装置条款,探讨剩余电流动作断路器在应用端使用过程中测试按钮操作潜在的安全风险。分析了常规试验回路的安匝数设计及电阻选型,提出了试验回路双断点结构、触发式试验回路及自检式试验回路的设计方案,从而提高用电安全性。

锂离子电池单层电芯内短路建模与热失控触发特性

锂离子电池内短路诱因复杂,为深入研究内短路引起的电池失效问题须构建合适的精细化仿真模型。本工作以NCM/石墨电池为研究对象,围绕电池内短路失效机理,基于电化学-热耦合物理场,建立了考虑热失控放热副反应的三维单层电芯内短路模型,探究了热失控触发边界,并从内外部特征讨论了单层电芯内短路-热失控的演变过程。首先利用Arrhenius公式得到内短路触发的四种放热副反应产热量与反应速率,探究对电池温升影响最大的副反应类别,结果表明内短路过程放热副反应中负极与电解液反应总热量最大。进一步分析单层电芯内四种典型内短路形式的热失控触发特性,综合考虑组分材料导电性和导热性,得到铝-阳极内短路危险程度最高,其短路电阻值与热失控触发时间呈现正相关趋势,且临界短路电阻的高温热点区域面积值约为30 mm^(2)。模拟结果获得了四种形式内短路临界短路电阻值,并揭示了单层电芯内短路-热失控触发时内部锂离子浓度和温度分布的空间演变规律,相关结果可为研究内短路失效机制和设计安全锂离子电池提供理论指导。

防溜车控制系统的微机触发电路设计及可靠性分析

盾构施工过程中,当轨道坡度较大时,电瓶车会发生溜车现象。针对防溜车控制系统,对晶闸管微机触发电路进行可靠性预计,有助于提高电瓶车运行的可靠性,有效减少安全隐患。采用可靠性框图分析方法建立可靠性数学模型,通过应力分析法,对每一个单元进行了可靠性预计。分析结果表明:晶闸管微机触发电路在工作2000 h以内,其可靠度为97.36%。说明优化的防溜车控制系统能够按照要求安全可靠制动,达到了盾构施工过程要求。

自触发驱动的双极性脉冲叠加器

为了简化全固态双极性脉冲发生器中多个开关管的同步隔离驱动电路的复杂性,提出了一种自触发驱动的双极性脉冲叠加器。该电路将自触发驱动结构与特殊全桥电路相结合,只需提供2路隔离信号分别控制正、负极性第1级开关管,其他开关管通过自触发驱动电路逐级导通与关断,从而实现双极性高压脉冲输出。对电路的结构设计、工作原理、参数设计进行了分析,并利用Pspice软件对电路的可行性进行了仿真验证。所研制的15级电源样机上的实验结果表明:在10 k?阻性负载上产生了稳定的重频双极性脉冲,正压与负压幅值2~5 kV可调,脉宽1~10μs可调,频率0~1k Hz可调。该脉冲叠加器体积小巧,结构紧凑,可进行模块化设计,为研制小型化脉冲电源提供了技术支持。

一种宽频隔离SiC功率器件驱动电路

提出了一种新型双边沿触发隔离驱动电路,该电路能够实现驱动信号的全隔离,抗干扰能力强;开关频率范围宽,能够实现0 Hz~500 kHz信号传递;驱动能力强,可以很好满足SiC功率器件的应用需求。首先,详细介绍了电路结构和工作原理,阐述了边沿调制和解调技术。然后,论述了电路参数设计准则。最后,通过实验验证了电路理论分析和参数设计的正确性。

Z箍缩实验装置高压低抖动Marx发生器

中物院的初级实验平台(PTS)低抖动Marx发生器由60个标称电压为100 kV、电容量为1μF电容器和30个低抖动环轨式场畸变开关构成,采用以S型线路为基础的超前触发型电路。近千次实验结果表明:在工作欠压比71%、触发电压200 kV的条件下,Marx发生器的建立时间175 ns,抖动极差小于±10.0 ns,均方根抖动小于7.0 ns。Marx发生器的串联电感13.5μH,串联电阻3.2Ω,在电容器充电80 kV时,实验测得输出电压4.3 MV,Marx发生器电压建立时间175 ns,与电路模拟结果(输出电压为4.6 MV,电压建立时间160 ns)吻合良好。

变压器混合式有载分接开关熄弧方法的仿真及试验研究

变压器传统有载分接开关切换过程中的电弧会显著降低触头寿命和加速变压器油劣化。为了解决该问题,提出了一种新的混合式有载分接开关方法,并试制了实验室的模型样机。这种方法采用伸缩动触头保证切换时序,以机械组件的运动实现晶闸管模块的无源触发,以晶闸管辅助机械开关实现切换过程中的熄弧。搭建了熄弧电路的仿真模型进行仿真,并建立了标准的低压切换试验回路进行试验。仿真结果表明:晶闸管门极触发回路简单可靠,能有效抑制电弧电压的建立,从而消除电弧。试验结果表明:晶闸管在一个切换过程中会被触发4次,其中2次电流自然过零关断,2次被机械开关旁路后关断。仿真与试验结果相互验证,充分说明了提出的混合式有载分接开关无弧切换方法的可行性。

具有保护功能的配电变压器无触点有载自动调压分接开关

为防止有载自动调压分接开关(OLTC)的电力电子组件击穿而引起调压绕组短路进而导致OLTC损坏,设计了一种应用低压空气开关对调压绕组进行过流保护的无触点OLTC。通过低压空气开关、监控系统、触发电路的配合,实现当任一组电力电子组件被击穿时,有载调压功能退出,变压器自动恢复到额定分接头继续运行,从而保证了供电可靠性。实验结果表明,所设计的无触点OLTC在配电变压器一次侧出现环流时,能对调压绕组起到保护作用,使变压器可以在额定分接头下继续工作;在配电变压器正常运行时,所设计的无触点OLTC能根据负载电压变化自动调节变压器输出电压。

基于Ethernet技术的安全关键实时网络

随着实时计算技术日益广泛应用于航空航天、国防及交通运输等安全关键领域,多类型的同步实时、异步实时和非实时网络传输需求给现场网络提出了新的目标和挑战,其中安全关键实时网络的实现方式与调度分析是需要解决的关键问题.在分析、总结现有COTS网络技术不足之处的基础上,基于事件触发与时间触发,提出了一种基于Ethernet技术的高可靠实时通信协议E&TTE(event- and time-triggered Ethernet),使实时网络不但具有较高的灵活性,而且具有较好的可预测性.为证明E&TTE协议的合理性与可行性,建立了网络调度模型,进行了全局调度分析,并通过具体实例进行了例证.E&TTE协议的提出,满足了安全关键实时网络的多种传输需求,同时也可广泛应用于工业现场控制网络.

数字存储示波器触发电路的数字化技术研究

提出了一种全数字化的数字存储示波器用的触发电路结构。采用先进先出存储器 FIFO,利用其存储数据先进先出的特性 ,结合高速数字比较器的比较特性 ,控制采样数据的存储 ,从而实现触发电路的多种功能。给出了数字触发电路原理框图以及在 CPL D上的设计实现 。

天广直流工程换流阀异常导通原因分析及对策

针对2014年7月以来天广直流工程相继发生的4起换流阀异常导通事件,首先通过研究电触发换流阀晶闸管电子板(TE板)工作原理,搭建TE板电路仿真模型进行仿真分析,然后在南方电网公司直流输电设备状态评估与故障诊断重点实验室搭建TE板加压试验平台,开展了正常情况以及高湿度环境下的TE板加压试验。结果表明,电触发换流阀TE板长时间运行后表面积污严重,在高湿度运行工况下造成其后备触发功能门槛值大大降低,导致在换流变正常充电过程中换流阀异常导通。提出的定期清洗换流阀TE板和控制好阀厅湿度等反事故措施已在天广直流成功应用,彻底解决了电触发换流变充电过程中出现的换流阀误导通问题。

一种光隔高压触发电路的研究

根据逆变原理研究一种光隔高压触发电路 ,利用研制的 1 0 0 k V红外发射和接收二极管光隔离开关并采用其它措施 ,实现了高低设备以及控制电路之间的隔离 ,对整体电路触发的可靠性、控制灵敏度。

3.5MeV注入器脉冲功率系统

用于直线感应加速器的3.5MeV注入器脉冲功率系统采用了感应叠加原理.整个系统包含了脉冲形成系统、触发系统以及感应腔负载.脉冲形成系统主要由Marx发生器和Blumlein脉冲形成线组成,产生12个脉宽约90 ns,幅度约200kV的高压脉冲,通过12个感应腔和变阻抗阴阳极杆,在阴阳极间隙处产生3.5 MV的二极管电压,由天鹅绒阴极发射强流电子束.触发系统主要由两级触发开关构成,严格控制12个高压脉冲的输出时间,时间分散性统计值小于1 ns(动作时间抖动).采用该脉冲功率系统注入器能产生能量约3.5 MeV,电流2～3 kA的强流电子束.

一种多级重接式电磁发射系统的触发电路

重接式电磁发射是电磁发射的一种形式,利用电磁能量推动发射体前进。多级发射的关键在于各级能量的有序释放,因而要求开关正确而可靠地动作。所研究的触发电路中,高压触发脉冲发生电路采用三电极间隙产生陡化的高压触发脉冲,使触发真空开关导通延时的精度被控制在1μs以内。触发信号发生电路采用HFBR-0400系列光发射器和光接收器作执行元件,抗干扰能力强,在多级电磁发射实验中,消除了级间互扰造成的误触发。光发射器和光接收器之间采用光纤连接,有效地实现高压触发部分和低压控制部分的隔离。