一种低延时低功耗PWM比较器电路设计

设计了一种基于HHGrace 0.35μm BCD工艺的低延时低功耗电压型静态脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)比较器,主要应用于高频低功耗的开关电源系统。设计中包含动态尾电流源和改进型正反馈放大器,以改进传统跨导放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA)型比较器高延迟和高功耗等问题。仿真结果表明:在1.2~5.0 V供电电压范围内稳定工作,最大上升沿延时35 ns,最大下降沿延时41 ns,支持6 MHz开关频率的系统,比较精度8 mV,失调电压439μV,静态功耗仅为2.5μA(1.2 V供电)和4.4μA(5.0 V供电)。

一种低电流纹波高增益软开关直流变换器

提出了一种应用于新能源发电系统的低电流纹波高增益软开关直流变换器。在传统交错Boost变换器基础上,该变换器通过引入耦合电感和二极管、电容升压单元提高电压增益,耦合电感在整个开关周期过程中都传递能量,提高了磁芯利用率。输入侧工作在交错模式,两相电感电流纹波可以相互抵消,从而获得较低的输入电流纹波。由于耦合电感自身漏感的存在,减轻了整流二极管反向恢复问题,同时采用有源钳位电路回收利用漏感能量,实现了所有开关管零电压软开关,抑制了开关管关断电压尖峰,提高了变换器转换效率。详细分析了变换器的工作原理、电路特性以及软开关实现方法。最后,搭建了一台200 W的试验样机验证了理论分析的正确性。

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。

智能高速铁路中基于低轨卫星网络的通信关键技术研究

智能高速铁路是构建现代综合交通运输体系的重要组成部分,建立支持高移动性、高速率、高可靠性、高实时性的通信链路是列车安全运行的基石。针对高速铁路空间跨度范围大、轨旁通信设备成本高、越区切换频繁等问题,探讨基于低轨卫星互联网技术实现车地通信的可能性及关键技术。分析智能高速铁路通信业务需求并根据不同的业务类型采用对应的专网或公网进行承载。研究了基于公网卫星互联网络的高速铁路无线接入架构。并在此基础上进一步探讨了面向智能高速铁路的卫星接入与低时延传输、星地链路多普勒频偏、星内/间波束切换等关键技术,以期实现低时延、高可靠的星地通信链路。

高精度Sigma-Delta调制器设计

近年来,在过采样型模数转换器中,Sigma-Delta模数转换器以其较高的精度成为模数转换器的热点。介绍了一种高精度低功耗的Sigma-Delta调制器设计。使用Matlab工具完成三阶一位量化CIFF结构的系统仿真,在系统级仿真结果的指导下,积分器采用分级结构优化电路结构。积分器电路模块设计采用了全差分式开关电容电路,抑制了谐波失真对输出精度的影响。仿真结果显示:5 S/s挡位时,对应的PVT组合中最低有效位数为17.67 bits;2 kS/s挡位时,对应的PVT组合中最低有效位数为15.89 bits,整个调制器功耗低于3 mW。通过改进调制器整体架构、积分器结构和量化器的设计方法,降低了调制器功耗,提升了调制器精度。

一种基于新型低功耗开关策略的10 bit 120 MS/s SAR ADC

设计了一种10 bit 120 MS/s高速低功耗逐次逼近模数转换器(SAR ADC)。针对功耗占比最大的CDAC模块,基于电容分裂技术并结合C-2C结构,提出了一种输出共模保持不变的双电平高能效开关控制策略;在降低CDAC开关功耗的同时,摆脱了CDAC开关过程中对中间共模电平的依赖,使得该结构适用于低电压工艺。在速度提升方面,控制逻辑使用异步逻辑进行加速;比较器采用一种全动态高速结构,在保证精度的前提下其工作频率达到3 GHz;CDAC中插入冗余位,以降低高位电容对充电时间的要求。所设计的SAR ADC使用40 nm CMOS工艺实现,采用1.1 V低电压供电。在不同工艺角下进行性能仿真,结果显示,在120 MHz采样率下,有效位数为9.86 bit,无杂散动态范围为72 dB,功耗为2.1 mW,优值为18.9 fJ/(conv·step)。

低开关频率下基于高频方波电压注入法的永磁同步电机无位置传感器控制策略

文章提出了一种永磁同步电机低开关频率下利用注入的高频方波电压在低速工况下估计转子位置的方法。通过注入电压产生的q轴电流变化量获得估算转子位置误差的结论,设计龙贝格状态观测器利用q轴电流变化量估算转子位置,并给出了一种简单的龙贝格状态观测器零极点的设计方法。试验结果表明,文章所提的无位置传感器控制策略在低开关频率下估算转速与转子位置能准确跟踪真实值。

一种抑制高速电机低次电流谐波的调制方法

针对高速永磁同步电机低载波比、数字控制延时所引起的电流谐波较大的问题,提出一种抑制低次电流谐波的改进型特定次谐波消除调制方法。首先,对该调制方法的调制波形原理和数字实现特点进行分析,建立新的电压谐波方程和开关角求解方程;其次,以电流总谐波失真为目标优化函数,研究了调制比和载波比对开关角分布、电流谐波含量的影响;最后,以三相高速永磁同步电机为研究对象,搭建系统仿真模型对所提调制方法进行验证。验证结果表明,通过与特定次谐波消除调制方式相比,所提调制方法计算量更少,可以提高输出脉宽调制波形的对称性,具有更优的低次电流谐波抑制能力。

改进型高增益耦合电感Boost-Sepic变换器

针对光伏电池输出电压等级低、稳定性差的问题,本文将Boost-Sepic变换器进行改进,并加入耦合电感与开关电容两种增益单元,提出一种高增益耦合电感组合Boost-Sepic变换器。首先将组合后的Boost-Sepic变换器中输入电感替换为耦合电感原边,保证输入侧电流连续并钳位开关管电压;同时将耦合电感倍压单元与开关电容进行串联以提高电压增益。采用无源钳位吸收回路回收耦合电感漏感的能量,抑制开关管两端产生的电压尖峰。详细分析了Boost-Sepic变换器的工作模态、电压增益、开关器件电压/电流应力及器件参数的选择,并与其他高增益变换器对比。最后,通过200 W实验样机验证了变换器的可行性与正确性。

一种双极性输出的高增益变换器

随着分布式能源高渗透率接入电网,双极性直流微电网固有优势愈发突出。针对光伏电池投入到双极性直流微电网运行时,对于高增益双极性变换器的需求,提出一种组合式且可提供双极性输出的高增益变换器。在传统Sepic变换器的基础上加入一个二极管和电容,通过开关管控制电容、电感能量的交替传递,从而提升变压器增益;其次,基于元件复用的方法将开关电容单元和Boost电路进行组合,实现正负极电压均衡的双极性输出。此外,详细阐述了所提变换器的工作原理,开关器件的电流和电压应力、电路参数设计。为验证所提拓扑结构的可行性,搭建了一台24 V/336 V(±168 V)、112 W的实验样机,实测变换器增益可达14倍。实验结果表明,所提变换器具有增益高、器件电压应力低、输入电流连续的特点。

卡车变速箱中高低挡同步器的改进

对于工作于恶劣工况下的卡车来说,变速箱高低挡同步器的磨损率较高,导致卡车的故障率较高,因此,改进高低挡同步器是急需解决的问题。通过对同步器作用过程、受力分析提出改进方案,计算得到理论参数,开展试验验证新型同步器的工作能力,达到改进高低挡同步器的目的。

高低温环境下挡位开关性能提升探究

挡位开关是变速器上重要的电器元件之一,其输出信号指示变速箱是否挂入相应挡位,避免在挡启动发动机使车辆前冲的一种安全保护装置,挡位开关的工作可靠性直接影响驾驶员的驾驶体验,文章针对重卡变速箱用挡位开关在高低温环境下工作不可靠的问题,通过提升开关内部工程塑料件耐高温等级、优化橡胶件高低温性能和调整开关内部结构,使挡位开关满足变速箱复杂环境工况下的使用要求。

Non-blocking 2×2 switching unit based on nested silicon microring resonators with high extinction ratios and low crosstalks

In this paper,we propose and demonstrate a2 9 2 optical Benes switching unit based on two nested silicon microring resonators(MRRs)monolithically integrated on a silicon-on-insulator(SOI)wafer.High extinction ratios(ERs)of about 44.7/38.0 dB and low crosstalk values of about-37.5/-45.2 dB at cross/bar states are obtained with the fabricated device.The operation principle is theoretically studied and the switching function is verified by system demonstration experiments with 10 and12.5 Gb/s non-return-to-zero(NRZ)signals.The switching speed on the order of gigahertz based on free carrier effect in silicon is also experimentally demonstrated.

一种低输入电流纹波高增益软开关DC-DC变换器

针对新能源发电系统输出电压低、电压稳定性差等问题,提出一种非隔离型低输入电流纹波高增益软开关直流变换器。该变换器结合有源钳位技术和耦合电感与二极管-电容倍压结构,提高了变换器的电压增益,降低了开关器件的电压应力。耦合电感自身漏感有效缓解二极管反向恢复问题,并通过有源钳位网络回收利用了漏感的能量,开关管无关断电压尖峰。利用耦合电感漏感,所有开关管均实现了零电压软开关,提高了变换器的效率。详细分析了变换器的拓扑结构与工作原理,并对电压增益、器件电压电流应力、软开关等电路性能进行了分析。最后,搭建了一台40 V输入、400 V输出、额定功率为160 W的试验样机,实验验证了该变换器具有低输入电流纹波、高电压增益、高变换效率和低电压应力等优点。

基于切片理论高低转速下斜齿轮仿真可靠性的研究

齿轮修形作为微米级的结构设计,其设计结果的可靠性不仅受主观修形量的影响,更受模拟仿真计算网格精度的影响。模拟仿真的可靠性是评判仿真结果可信度的重要指标。以某纯电动汽车二级减速器开发设计中的齿轮修形模拟仿真为例,探究修形齿轮网格模型划分,并以一组修形斜齿轮为基础对模拟仿真中的网格划分方法进行研究,确定齿面网格划分方法。分析了高低转速下齿宽和渐开线方向上网格数量变化对最大齿面接触应力、峰峰值传动误差以及齿面接触斑分布的影响。结果表明,最大齿面接触应力、峰峰值传动误差以及齿面接触斑分布的仿真精度对渐开线方向网格数量变化不敏感;齿面网格数量变化对高转速下的仿真精度影响较小,对低转速下的仿真精度影响较大;当齿宽方向网格数量小于80时,齿面接触斑分布随齿宽网格数量增加先增大后趋于平稳;当齿宽方向网格数量超过110时,最大齿面接触应力、峰峰值传动误差以及齿面接触斑均可获得可靠的仿真结果。

一种适用于燃料电池的新型高升压DC-DC变换器

高升压DC-DC变换器是燃料电池实现并网的重要环节。针对燃料电池输出电压低、输出特性软的问题,提出一种基于开关电容的电流馈电升压变换器。首先,详细阐述了所提变换器的拓扑结构及其在连续导通和不连续导通模式下的工作原理。然后,具体分析了该变换器的电压增益、各元件的电压和电流应力。在此基础上,将其与SC-Boost、SL-Boost等变换器进行性能对比。最后,搭建一台200 W的实验样机验证了所提变换器的可行性和理论分析的正确性。所提变换器结合电流馈电结构和开关电容网络,具有电压增益高、输入电流连续且纹波低的优势,有利于延长燃料电池使用寿命。同时,通过复用开关电容中的电容-二极管(capacitor-diode, C-D)单元对开关管电压进行钳位,降低了功率元件的电压应力。因此,所提变换器适用于燃料电池并网系统。

新型单相低能耗半桥逆变器

为实现单相半桥逆变器的高效率运行,设计了一种新型单相低能耗半桥逆变器.在逆变器工作过程中,主开关和辅助开关均能完成零电压软切换,逆变器主开关采用高频金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)时,都能实现零损耗切换,消除了MOSFET内部结电容导致的容性开通损耗.文中具体分析了电路工作过程.在额定功率为1kW样机上的实验结果表明开关器件都实现了软切换.因此该半桥软开关逆变器拓扑结构对于提高逆变器的性能具有重要意义.

2~6GHz高性能开关滤波器组MMIC

基于0.25μm GaAs E/D赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计了一款2~6 GHz开关滤波器组单片微波集成电路(MMIC)芯片。片上集成了8路带通滤波器、输入、输出单刀八掷(SP8T)开关、3-8译码器和驱动器。通过输入、输出SP8T开关进行通道选择,采用三串两并结构,提高了通道间隔离度。带通滤波器组采用多级LC谐振器实现,最小、最大相对带宽分别为18%和100%,可用于宽带及窄带滤波器设计,具有通带插入损耗小,阻带抑制度高等优点。末级级联低通滤波器,实现远端寄生通带抑制大于35 dBc。在片探针测试结果显示,该开关滤波器组芯片在2~6 GHz频率范围内,每个带通滤波器的插入损耗均小于8.5 dB,阻带衰减为40 dB。该芯片具有通道多、功能复杂、集成度高的特点,可应用于宽带雷达系统进行频率预选。

面向低空预警雷达的信号处理控制平台设计与实现

为应对以民用无人机为代表的低小慢目标“黑飞”“滥飞”所带来的低空安全威胁以及巡航导弹、战术导弹所带来的低空军事威胁,文中引入数字波束合成技术,设计并实现了一种面向低空预警雷达的信号处理控制平台,该平台具有实时性强、运算量大、传输速率高等特点。通过选用高速光纤传输与串行总线VPX技术,同时采用高性能模数转换器、超大规模现场可编程门阵列及高速专用数字信号处理芯片,实现了此平台的硬件架构设计,并在此平台上实现了一种基于数据流驱动的软件信号处理方案。得益于灵活的系统架构和丰富的硬件资源,该信号处理控制平台可以适应新技术的快速应用,便于低空预警雷达功能的升级扩展及性能的进一步提升,有效应对低空威胁。

一种基于开关电容的高精度低温度系数振荡器

在分析传统环形振荡器的基础上,提出了一种基于开关电容的高精度低温度系数环形振荡器。采用了带开关电容电路的频率负反馈架构,使得输出频率的精度与其温度系数仅取决于外部设定电阻与片上电容,通过合理选择外部设定电阻,即可实现高精度、低温漂的时钟输出。设计的高精度低温度系数的环形振荡器采用0.6μm标准CMOS工艺设计。仿真结果显示,当输出频率为5 MHz时,输出频率误差≤1.74%,频率温度系数≤8.11×10^(-5)/℃。