一种钳位电压源时域发射电路研究与设计

针对时域电磁发射电路发射电流的关断时间长,线性度差等问题,提出采用钳位电压源建立时域发射电路模型,在发射电流关断沿期间,将负载钳位于恒定的电压源,钳位电压小于设定值时开关断开电容充电,钳位电压大于设定值时开关导通电容放电。分析了该时域电路的工作机理,设计了发射电路参数。仿真结果表明,该时域发射电路发射双极性脉冲波在电流输出阶段电流稳定,端口参数变化时,快速关断能力强,线性度良好,输出功率较大,可应用于时域电磁探测发射样机。

总剂量效应对CMOS图像传感器中光电二极管钳位电压的影响

钳位电压(V_(pin))是影响CMOS图像传感器(CIS)中钳位光电二极管(PPD)电荷转移效率和满阱电荷容量的关键物理量。在辐照条件下,V_(pin)受辐射总剂量(TID)增加而升高,因此研究其机理对抗辐照CIS的设计有重要意义。文章利用TCAD仿真软件分析了CIS器件的电学特性,研究了V_(pin)受TID影响的机理。结果表明,当辐照引起的氧化物陷阱电荷浓度达到3×10^(16)cm^(-3)时,浅沟槽隔离(STI)附近的耗尽区将PPD中的pin层与地极电学隔离,从而导致pin层电势易受到传输晶体管TG沟道电势影响而增加,使得相同电子注入条件下PPD可存储的电子增多,复位所需电压增大,导致V_(pin)随着辐射总剂量增加而增大。

一种高功率密度低钳位电压TVS结构

手机等电子设备的电池模块VBAT&VBUS端由于工作电压多样和应用环境的电应力强,需要其保护器件TVS提供适应4.5/7/12/15/18/24/26 V电源电压。并且在配合OVP的保护方案时,不仅要求TVS击穿方向具有高功率密度低钳位电压的特点,对正向导通方向也提出了耐大电流冲击和低钳位电压的要求。分析PN结单向二极管和NPN结双向二极管的静态I-V特性和动态浪涌残压特性,开发了结合两种结构优点的TVS器件,该器件在提供低漏电流的同时可降低击穿电压,其峰值电流IPP大幅度提升,钳位电压VC也下降到被保护器件的安全区内。

一种低钳位电压轴向引出片式压敏电阻器的关键技术研究

压敏电阻器的性质对电子整机和设备的稳定性能起着至关重要的作用。在电子整机和电子设备中需要使用轴向压敏电阻器,其具有过电压保护、消噪、限幅、防雷、保护半导体器件等作用,是各种电子、通信、信息、军事及航天等军工电子产品的重要组件。对轴向引出片式压敏电阻外形尺寸设计、限位电压和能量耐量等进行了研究,报告了轴向引出片式压敏电阻作用、制作工艺和设计现状,进行了轴向引出片式压敏电阻器的使用需求和应用场景展开了调查,对轴向压敏电阻器的流延成膜制备控制、排胶烧成工艺曲线等关键技术进行了研究。

基于新型矢量选择表的电压型三电平中性点钳位整流器直接功率控制策略

在电压型三电平中性点钳位(NPC)整流器的控制策略中,直接功率控制(DPC)策略具有算法简单和动态性能好的优点。分析了电压型三电平NPC整流器DPC策略的基本原理,推导了系统瞬时功率与交、直流侧参数的关系,并研究了系统直流电压利用率对瞬时功率的影响,提出一类新颖的三电平NPC整流器DPC策略。该策略将系统直流电压利用率分成若干区域,在每个区域中选择不同的矢量选择表对系统瞬时功率进行控制。此外,通过合理选择DPC策略矢量表对应的开关状态,解决了三电平NPC整流器直流电容电压不平衡问题。最后,针对某些直流电压利用率区间内系统瞬时无功功率存在非正常波动问题,分析其产生原因,并通过添加过渡扇区及与之对应的矢量选择表格,对系统瞬时无功功率的非正常波动进行修正。仿真和实验验证了理论分析的正确性。

RCD钳位反激变换器的回馈能耗分析及设计考虑

对RCD钳位反激变换器的能量传输过程进行深入分析,指出为避免反馈电压Uf在整个开关管关断期间向RCD钳位电路提供能量而增大能耗,钳位电容电压UC必须大于Uf;推导得出反馈电压产生的回馈能量Wf的解析表达式,并指出Wf随着UC的增加而减小,且RCD钳位电路的总能耗等于Wf与变压器漏感储能Wlk之和。令Wlk与Wf相等,得出钳位电容的临界钳位电压UCK=2.6 Uf,并指出当UC大于UCK时,回馈电压产生的能量将小于Wlk,并以此作为确定钳位电容电压UC的依据,得出RCD钳位电路元件参数的设计方法。给出实例,通过仿真和实验结果,验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。

混合钳位式三电平变流器控制方法研究

分析了混合钳位式三电平逆变器的4种开关工作状态及其钳位桥臂内侧功率开关器件关断过电压的原理,对其64种电压空间矢量在不同功率因数情况下对中点电位的影响特性进行分析,并给出了独特的中点电位平衡调制策略;在对钳位电容电压充、放电过程分析的基础上,针对不同能量流动方向,分别提出了利用开关状态切换的方式实现钳位电容电平衡的调制策略,并给出了详细的电压空间矢量优化选择方法。设计了基于TMS28335+XinlinxCPLD/FPGA的控制电路和主电路,验证了其钳位机制的正确性及调制方法的有效性。

RCD钳位电路参数设计范围研究

反激式开关电源变压器的原边漏感对电路性能及电路中的功率开关管有很大影响,在变压器原边添加RCD钳位电路可抑制由原边漏感产生的电压过冲。但在实际电路设计中,RCD钳位电路参数没有明确的设计范围,大多由经验获得。给出RCD钳位电路参数设计范围,指出参数设计超出该范围会影响反激式开关电源变压器的能效。试验采用TNY277PN开关芯片电路,分析试验测试结果,验证理论研究的正确性和参数设计范围的实用性。

一种触发型ESD电源钳位电路

ESD电源钳位的应用始于20世纪90年代中期,到现在它已经成为半导体芯片设计及ESD设计综合的典型应用。将ESD电源钳位综合应用到半导体芯片结构中的发展已经成为ESD设计规则的组成部分,同时也是ESD设计艺术的基本组成部分。在CMOS工艺中,MOSFET型ESD电源钳位在芯片设计中已经成为一种标准的ESD设计实现。触发型MOSFET ESD电源钳位电路能够弥补栅极接地的NMOS(GGNMOS)在经受二次击穿时的ESD保护缺陷。

一种新型零电压切换双向DC/DC变换器的设计与仿真

由于电动汽车电源变换器在行驶过程中,电机的调速范围很宽,加减速频繁,因此对电源变换器的动态响应速度,续航能力提出了更高的要求。但汽车电源存在低电压大电流、di/dt和du/dt较大、转换效率低和电磁干扰严重等问题。为此,设计一种新型的具有升压-降压功能的零电压转换双向DC-DC变换器。在传统的升降压变换器的基础上,通过增加两个辅助开关器件和一个LC谐振电路,构成一个H-软开关控制转换电路,产生的有源钳位电压加载到主开关两端,实现电路零电压转换。在Matlab环境下,对所提出的电路进行仿真,结果表明,所设计的电路能降低开关器件的导通损耗,提高电源的效率,并在6 kW双向升降压变换器样机上进行实验。

Mesa沟槽终端耦合U型平面结的雪崩型SiC-TVS器件研究

瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor,TVS)作为常用的防护型器件具有吸收功率高、响应速度快等特点。目前,雪崩型SiC-TVS器件尚缺乏合理的终端设计,以常用N型衬底为基础的外延P+N-N+/Mesa结构SiC-TVS器件在反偏P+/N-结边缘处易形成负斜角边缘结构,导致器件因边缘电场集中而提前击穿,严重影响器件的工作可靠性。本文基于Sentaurus TCAD数值仿真,研究了一种雪崩型SiC-TVS器件结构,该结构采用离子注入形成大曲率半径的U型平面PN结,并将其边缘与Mesa沟槽终端顶点在器件上表面以距离x进行耦合设计,使器件表面形成正斜角终端,有效地避免了边缘电场集中效应。同时x的选取具有一定余量,在工艺上较易实现。最后利用该结构仿真得到了响应时间约5.3ns、钳位因子达到1.01的雪崩型SiC-TVS器件,仿真结果表明新型耦合结构器件对异常瞬态浪涌信号表现出良好的抑制效果。

一种改善瞬变电磁发射电流波形的系统设计

为了减小瞬变电磁发射机发射电流的关断时间,保证发射电流关断沿的线性度,抑制关断后电流过冲,简化钳位电压电路,设计了一种简便的瞬变电磁发射系统。提出了一种利用TVS管和电容相结合的恒压钳位电路并采用传统的在负载两端并联匹配电阻的吸收方式。通过调节TVS管的稳压值,可以调节关断时间和关断沿斜率;选择直接在负载两端匹配合适电阻,保证了关断前期处于欠阻尼状态,关断后期处于临界阻尼状态,在快速关断的前提下,有效防止关断后电流过冲,达到了改善发射电流波形的目的。实验结果表明,该系统电路结构简单、稳定、易于实现,在短关断延时、关断沿线性化和关断后无过冲方面,得到明显改善。

甘松挥发油对大鼠心肌细胞及HEK细胞Nav1.5钠电流的影响

目的本实验应用膜片钳技术研究HEK细胞Nav1.5电流频率依赖性阻滞时间恢复过程及甘松挥发油对其影响,以及不同浓度甘松挥发油在不同电压钳位下对大鼠心肌细胞钠内向电流的影响。方法发放两次刺激脉冲,间隔从16 ms到1s,电压钳置在-80～-140 mV,观察3ppm(1:333K)浓度甘松挥发油对HEK细胞Nay1.5电流频率依赖性阻滞时间恢复过程。测定不同浓度甘松挥发油在不同钳位电压下对大鼠心肌细胞内向电流的影响。结果 (1)甘松挥发油比对照组产生电流频率依赖性阻滞时间恢复过程缓慢(对照组33.2±5.77 ms,3 ppm甘松挥发油组52.5±6.08 ms,P<0.01),钠电流抑制随刺激频率脉冲间隔时间缩短(56.50～16 ms)而阻滞加重。对照组阻滞恢复时间开始于19.5 ms,完成于36.5 ms;3 ppm甘松挥发油阻滞恢复时间开始于36.5 ms,完成于56.5 ms。(2)浓度1:20 K(相当于生药3.4 g/L)在钳位电压-100mV时无明显静息阻滞,钳位电压在-80 mV时有明显的内向电流阻滞作用;钳位电压在-100 mV,药浓度达1:1K(68 g/L)时,呈现明显的内向电流抑制。结论 (1)HEK细胞Nav1.5通道电流频率依赖性阻滞恢复与刺激频率,钳置电压高低有关,甘松挥发油能延缓电流频率依赖性阻滞恢复时间过程。(2)不同浓度的甘松挥发油对大鼠心肌细胞在不同钳位电压下对钠内流阻滞影响不同。

消除进入PC机的浪涌冲击

PC机可能会遭受通过电源线、地线及数据线引入的大电流冲击,造成严重损坏。避免这种损坏可以通过模块叠加和交流保护与信号保护分立两种方式有效地化解通过线路进入PC机的电流冲击。

基于幅值追踪法的航空电磁波形优化控制

针对时间域航空电磁法双极性梯形脉冲的下降沿线性度低和高压钳位电路损耗大等问题,提出一种波形优化控制方法,通过分析全桥逆变电路原理,推导出发射电流表达式,求解下降沿关断的初始时刻;建立最佳拟合直线并代入电流公式,推导出钳位电压理论公式;采用幅值追踪法对钳位电压进行闭环控制,优化下降沿线性度。仿真与实验结果表明:系统在长时间运行下,过渡时刻波形稳定度高,系统测量精度高;当发射电流峰值为400 A时,下降沿线性度可提高至99.77%;降低钳位电压有效值可以减小电容热损耗,并实现馈能,提高系统效率;调节下降沿关断速度,可以满足不同探测要求。

梯形脉冲瞬变电磁发射机

电磁发射机是瞬变电磁探测系统的重要组成部分。论文提出了一种单极性脉冲电流发射机,介绍了该发射机的设计电路,实现了发射电流、发射电压及延迟时间的测量。该发射机具有体积小、重量轻、发射电流延迟时间短、线性度高、幅值稳定等特点。经实验测试,其各项性能基本达到了设计要求。

全桥三电平DC-DC变换器优化控制策略

针对全桥三电平(FBTL)DC-DC变换器两个占空比协调优化控制、传输功率太小以及钳位电容电压平衡等问题,该文提出一种基于查表法的FBTL DC-DC变换器优化控制策略。首先,详细分析FBTL;DC-DC变换器输入、输出特性,并设计一种钳位电容电压自平衡调制策略。其次,在所设计的钳位电容电压自平衡调制策略基础上,提出一种抗钳位电容电压扰动控制策略,并根据钳位电容输入功率差与电压最大调节能力的关系计算出占空比必须满足的条件。然后,建立一种以变压器输入电压谐波为目标函数,功率传输能力、钳位电容电压调节能力等为约束条件的优化模型,进而得到FBTL;DC-DC变换器的优化控制策略。优化占空比离线计算,然后存储在数字控制系统里,控制时直接采用查表法得到最优占空比。所提出的方法无需变换器精确模型,控制过程简单、高效,控制效果优于传统控制策略。最后,在Matlab/Simulink平台和一台实验样机上验证了所设计的优化控制策略的正确性和有效性。

高效率二次整流电路

传统中心抽头式容性二次整流电路因其在变换效率及功率密度方面的优势被广泛应用于电流型DC-DC变流器中,如LLC谐振变流器及隔离型推挽Boost变流器等。但是因变压器二次漏感与整流管寄生结电容在换流时产生的寄生振荡所引起的电压尖刺增加了整流管的电压应力,限制了更低耐压等级整流管的应用,不利于整机效率及功率密度的进一步提高。另外,传统中心抽头式容性二次整流电路具有较大的电流纹波,增加了导通损耗及输出滤波器的设计难度。本文对改进型容性二次整流电路进行了深入地分析研究,利用飞跨平衡电容能够有效实现二次整流管电压应力钳位及输出电流纹波抑制,从而显著提高整机的变换效率,降低输出滤波器的设计难度。

半导体二极管在以太网端口的应用研究

利用半导体二极管的单向导电原理和嵌位电压特性作为保护电路,该电路具有结构简单,实用性强、电压低、容性小、时间短等特点。用它来保护高速发展的以太网端口,特别是千兆的以太网端口,高性能的集成块具有很强大的保护作用,能够使精密的仪器免受瞬态电压的破坏。

一种单向负阻TVS产品设计

手机等消费电子充电电路由于充电电流、电压越来越高以及安全性和可靠性的要求,需要使用低钳位电压的浪涌防护TVS产品来满足VBUS端口保护需求。配合OVP组成保护充电IC芯片的方案中,要求TVS产品正向浪涌钳位电压和负向浪涌钳位电压均小于OVP瞬态耐压极限。分析单向TVS的优缺点和双向TVS保护器件封装小型化过程中出现的问题,最终通过改进背面电极,提出了带负阻特性的单向TVS器件,该结构在具有双向TVS二极管低钳位电压和低击穿电压优点的同时,又具有单向TVS二极管负向浪涌钳位电压低的优点。