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[硕士论文] 朱金龙
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:双盘异步磁力耦合器是一种以电磁感应原理为基础的新型永磁传动装置,不仅具有柔性启动、无摩擦和对中性要求低等优点,更重要的是它可以根据实际工况条件调节永磁体盘与导体转子盘之间的气隙进而达到所需的输出转速与转矩,因此其调速装置在整个磁力耦合器传动过程中起到尤为重要的作用。
  本文介绍了磁力耦合器的研究现状及意义,分析了调速装置对磁力耦合器调速的重要性,通过与传统的磁力耦合器调速机构进行对比,提出了更具优势的双盘异步磁力耦合器连杆调速装置。
  以双盘异步磁力耦合器的基本结构为基础,详细阐述了其工作原理和调速机理;基于平面连杆机构,设计出一种新型双盘磁力耦合器调速装置,磁力耦合器调速装置的运动精度可以直接决定其输出转速与转矩的调节精度;利用复数矢量法对调速机构进行了运动分析,推导出了其运动方程,利用Matlab绘制出相应的特性曲线图,更加直观的反映出了调速机构的运行状况;利用Adams仿真软件,对该调速机构进一步辅助分析验证,保证了调速装置的准确性及稳定性。
  对双盘异步磁力耦合器调速装置中的丝杠进行理论分析,利用Matlab绘制出不同时刻丝杠的变形图;运用ANSYS Workbench有限元分析软件对双盘调速机构进行了静力分析和模态分析,对其结构的强度和刚度进行了验证。
  设计出双盘异步磁力耦合器调速装置的控制系统,基于PID控制理论,利用Simulink对其进行仿真,给出了控制系统中加入PID后的输出响应图,并对该调速系统进行了可控性分析。根据实际工程环境条件,设计出一种适用于矿用带式输送机的40KW双盘异步磁力耦合器,对其调速装置中的传动轴和转矩进行了校核,验证了双盘异步磁力耦合器调速装置设计的可行性。
[博士论文] 钱广
仪器科学与技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:光波导谐振腔是集成光学领域重要的光子器件之一,是目前光电子领域的研究热点。其中,基于聚合物材料的光波导谐振腔,凭其独特的易调控、低成本及制备工艺简单等优势,在高性能光信号处理及光传感领域呈现出巨大的应用前景。尤其,最新报道的基于聚合物表面等离激元波导的谐振腔,利用聚合物-金属界面的等离激元效应实现光信号的传输与谐振,具有单偏振及波导芯层光电复用等优越特性,为新型高性能、可调控光子器件的实现提供了崭新技术途径。
  本论文的研究目的是针对聚合物光波导谐振腔新的应用需求,探索大尺寸聚合物光波导谐振腔的优化设计方法和制备工艺,在此基础上研制出高性能谐振腔并研究其光传输特性及应用。同时,探索具有低传输损耗特性的聚合物长程表面等离激元波导在谐振腔中的应用,研究新型谐振腔的结构设计、传输机理、制备工艺和光学特性,并从实验角度揭示其传输规律,验证光模式与等离激元模式在谐振腔中传输的兼容性和等离激元波导为谐振腔引入的新特性。
  本论文首先从聚合物光波导谐振腔的基本类型、制备技术和应用等几个方面概述了该技术领域的发展情况及关键技术问题,随后介绍了在聚合物谐振腔的理论、结构设计、制备及实验测试方面的研究工作。论文主要工作如下:
  (1)针对聚合物谐振式集成光学陀螺芯片中的角度率传感单元,研制出了低损耗大尺寸聚合物光波导谐振腔。首先,研究了聚合物光波导的单模条件、最小弯曲半径和耦合器结构,得到了谐振腔的优化结构参数;探索了降低聚合物光波导损耗的工艺方法,首次实现了尺寸达厘米级的聚合物光波导谐振腔;实验测试了聚合物光波导谐振腔的谐振特性、偏振特性和温度特性,得到了聚合物光波导谐振腔在不同偏振及温度情况下的谐振规律,为该谐振腔在光传感及其它光子器件中的应用提供了实验依据;研究了聚合物光波导谐振腔在谐振式光学陀螺中的应用,得到了可实现的陀螺极限灵敏度及其进一步提升的方法。该大尺寸聚合物光波导谐振腔的研制为聚合物谐振式集成光学陀螺芯片中核心传感单元的设计与制备提供了思路与方法。
  (2)为了解决聚合物光波导谐振腔中的偏振噪声问题,同时避免表面等离激元波导因传输损耗大而无法实现大尺寸谐振腔的难题,基于表面等离激元波导的单偏振特性和聚合物光波导的低损耗特性,提出了一种聚合物光波导/长程表面等离激元波导垂直耦合谐振腔。研究了聚合物光波导与长程表面等离激元波导的耦合效应,展示了两种不同模式的垂直耦合规律。通过工艺优化,制备出了厚度为纳米尺度的银条,实现了传输损耗为0.173dB/mm的聚合物表面等离激元波导。在此基础上,首次实现了环形介质光波导与金属等离激元波导垂直耦合的谐振腔结构,测试出了谐振效应,发现该谐振腔具有单偏振传输特性。该工作不仅验证了光模式与表面等离激元模式在谐振腔中的垂直耦合转换,也为光波和表面等离激元波具有共同的电磁波属性提供了实验证据。这种垂直耦合谐振腔,具有单偏振、低损耗和集成化等优点,为新型低噪声、高性能集成光子器件和光传感器件提供了新的技术支撑。
  (3)提出并研制了一种聚合物表面等离激元波导耦合器/光纤混合谐振腔。首先,分析了聚合物表面等离激元波导弯曲半径对传输损耗的影响,得到了该波导的最小弯曲半径;并依此设计并制备了聚合物表面等离激元波导耦合器,实验验证了其单偏振传输特性;在此基础上,首次实现了基于聚合物表面等离激元波导耦合器的石英光纤谐振腔,测出了谐振效应,证明了光波与表面等离激元波在混合谐振腔内可以实现模式转换、循环传输和谐振,并发现了该谐振腔的单偏振特性;另外,建立了混合谐振腔的温度波动性分析模型,论证了该混合谐振腔的温度不敏感性。这种单偏振、温度不敏感的谐振腔,为解决光纤谐振腔器件(如:谐振式光纤陀螺)中的偏振噪声和温度噪声提供了崭新的技术途径。
  (4)首次探索了基于柔性聚合物表面等离激元波导的光纤谐振腔。设计了柔性聚合物表面等离激元波导结构,并分析了不同弯曲半径对传输模式的影响;研究了柔性聚合物表面等离激元波导的制备工艺,制备出了可实现侧向弯曲的柔性表面等离激元波导样品,并测试了其光传输特性和弯曲特性,发现其最小弯曲半径比传统平面型表面等离激元波导降低了超过50%;在此基础上,首次研制出了基于柔性聚合物长程表面等离激元波导的光纤谐振腔,实验测试了其在不同偏振态下的谐振特性,发现了其单偏振特性。该谐振腔同时具备单偏振特性和温度敏感特性,且将柔性聚合物表面等离激元波导引入混合谐振腔,可有效降低谐振腔内的弯曲损耗并提高混合谐振腔的性能,为新型高性能谐振腔拓展了又一崭新结构类型。
[硕士论文] 戴书槐
无线电物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:伴随着这些年微波技术的发展,波导功分器作为可以分配以及合成功率的微波组件,在雷达阵列以及国防武器等领域有着必不可少的地位,在构建卫星通信系统以及环境遥感领域中,都扮演着不可或缺的地位,尤其是在需要大功率的通讯系统中用波导功分器进行功率合成,直接关系到整个系统的所能达到的最大功率,波导功分器的隔离度、相位一致性、插损等指标,直接关系到了大功率系统的功率合成效果。并且在频段很高,甚至是到了毫米波波段的时候,选择用波导来制作功分器是我们的首要选择。虽然现在的微波电路在向着易于集成的趋势发展,但是波导功分器的高功率、低插损、高频段,起着用其它结构所制作而成的功分器不能替代的作用,因此研究波导功分器有着非常重要的意义。
  随着许许多多的学者对波导功分器的研究,使其有了长足的发展,但同时也存在一些问题,如隔离度不好,因立体结构而不宜加工等,所以本论文的目的是在保证各项指标性能优越的情况下,设计结构紧凑易于加工的波导功分器。本论文的主要工作如下:
  第一,首先介绍了国内外各类功分器的发展现状与发展进程,分析了其中存在的一些问题,其次分析了一些常应用实际工程中的三端口功分器以及四端口功分器的工作原理以及特性。
  第二,设计了一款 E面波导功分器:利用波导宽边没有电流流过的特性,把它设计成以宽边对称的结构使其可以沿宽进行抛开,在一定的程度上可以减小设计与加工的误差。
  第三,设计并加工了一款Ku波段四端口功分器:利用了阶梯结构匹配,使其能在全带宽内指标性能都优越,并做成了准平面结构使其结构更加紧凑以及易加工。
[硕士论文] 耿红亮
航天工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:射频微波行业突飞猛进,促进手机终端、智能控制系统、通信市场的快速发展,使得人们越来越依赖性能优良的收发系统,对高集成度、高性能和低成本射频前端的需求愈发迫切。本设计中的射频微波开关是射频前端的关键元件,其电路性能将直接影响射频系统性能。
  设计针对收发系统的导通关断需求的单刀双掷开关进行研究,首先探讨了射频开关芯片市场的需求现状,针对几款常见芯片进行参数对比综合评价,进而提出设计目标。然后讨论目前业内常用工艺,对比得出用于专门设计开关芯片的0.5μm栅宽砷化镓基赝配异质结高速电子迁移率晶管(GaAs pHEMT)工艺的优势。此工艺能较好实现射频前端集成模块中的功率放大器、开关、低噪放等元件的设计,性能参数优良。可以满足高集成度的需求,功耗低且成本可控。
  文中针对发射支路与接收支路性能要求不同,创新设计非对称结构的开关拓扑;利用场效应管的堆叠理论、对于开关管芯的多栅理论、开关控制的基本原理等在保证插入损耗以及隔离度的情况下着重提高其线性度。通过优化接地电容增大开关的使用带宽、提高谐波抑制能力。同时考虑减小键合线引入的电感影响等。为了进一步提高功率处理能力,针对性设计大小合适的前馈电容。然后利用ADS软件进行原理图与整体版图设计、仿真,将插入损耗、反射损耗、隔离度等小信号性能参数与线性度包括谐波抑制比和输入三阶交调截点等进行综合分析,取性能折衷最优,完成版图设计。最后完成流片、封装,芯片大小为3*3 mm2。采用射频微波试验台对开关芯片进行实测,测试结果表明,本设计开关芯片工作带宽为10MHz-2.6GHz,插入损耗(IL)小于0.6dB,隔离度(ISO)大于26dB,发射支路功率处理能力可达42dBm(70dBc),接收支路为35dBm(68dBc),符合应用需求。
[硕士论文] 尉伍
电路与系统 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着环境污染以及能源危机等问题日益凸显,世界各国都在积极发展新能源产业,而新能源汽车作为新能源领域的代表,凭借其在环保、技术、经济等方面的优势获得了人们的广泛关注。双向DC/DC变换器作为电动汽车能量传输的中间部件,不但可以将动力电池的能量传递给电机,也可以将汽车再生制动能量反向回馈给能量源,能量使用效率大大提高,因此设计一款能够实现能量双向流动、成本低廉、效率高、动态性能好、安全性高的DC/DC变换器具有重要的现实意义。
  本论文将交错并联双向DC/DC变换器作为研究对象,通过主电路加装肖特基二极管,硬件保护与软件保护以及制动时恒压限流策略多重保护,设计了一款高效率、安全性能好的DC/DC变换器,最后以STM32F4作为控制平台,通过搭建的硬件实物电路对所设计的DC/DC变换器进行实验验证。
  首先本文对双向DC/DC变换器几种常见的拓扑结构进行分析,在对各种拓扑以及效率的分析基础上,最终确定选取交错并联两相双向半桥变换器作为本次研究的主电路。接着详细分析了主电路的工作原理,并对电动汽车处于不同的运行状态时,给出了变换器相应的Boost以及Buck工作模式,之后对变换器各器件进行研究设计选型,并对变换器的各元件的损耗进行了详细分析,得出了变换器的损耗分布,最后在此基础上,通过并联肖特基二极管提高变换器的效率。
  其次针对变换器两种不同工作模式以及变换器的需求,明确了双向DC/DC变换器在两种不同工作模式下的控制目标,并采用了状态空间平均法进行系统建模,详细推导了小信号模型,在此基础上分别设计了两种模式下的双闭环控制器,采用恒压限流的控制策略充分保证DC/DC变换器的安全性,最后,通过SIMULINK对所搭建的模型进行闭环仿真,充分验证了系统各参数以及控制器设计的合理性,所设计的DC\DC变换器性能良好,具有高的动态响应速度。
  随后给出了变换器系统的硬件设计、搭建以及软件设计。其中,硬件电路包括主电路、采样调理电路、驱动电路、保护电路等模块,软件部分包括对采样信号进行AD转换及处理、控制PWM信号的产生、实现PI运算以及过压过流的保护等部分。
  最后对实验平台进行搭建,在Boost模式下对所搭建的硬件电路进行测试以及在小功率条件下,对变换器的效率进行了测试,验证了理论推导的正确性。
[硕士论文] 吴乙雨
电子科学与技术;微电子学与固体电子学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:功率因素校正技术(Power Factor Correction,PFC)已经普及,单级PFC变换器由于拓扑简单、电路成本低等优势,在照明、低功率开关电源、离线充电机等领域广泛应用,但还存在输出倍工频纹波大、动态性能差、受非线性影响等问题。采用数字技术,能优化系统环路、提高采样精度、提高动态和稳态性能、避免次谐波现象,是当前的研究热点。
  本文设计了一种具有高动态响应的数字多模式单级PFC反激变换器控制算法。论文分析了有源功率因素校正技术的基本原理、典型拓扑以及单级PFC反激变换器的基本控制策略,并总结各种拓扑和控制模式的优缺点。针对宽功率范围下不同的PFC实现模式,设计了固定导通时间控制算法,可兼容DCM、CRM和CCM模式,同时该方法规避了CCM模式下的次谐波振荡现象。针对单级PFC反激变换器输出端倍工频纹波大的问题,设计了平均值采样算法及其在CCM模式下的补偿技术,避免了误调现象,提高了负载调整率,且本采样方法不需要采样输入电压和原边电流,大大降低了电路成本。针对单级PFC反激变换器动态性能差的缺点,设计了数字动态变参数PI算法和快速动态响应算法,提高了环路的稳定性和动态性能。综合上述所提出的算法,实现了整套单级PFC反激变换器的数字控制策略,并利用Matlab和Modelsim实现了算法的代码级仿真。最终在一套20V/5A的电源系统上,利用FPGA进行了算法性能的有效验证。
  仿真和测试结果表明:所设计的单级PFC反激变换器控制算法在全输入电压、全负载范围内功率因数(Power Factor,PF)值最大达到0.998,总体大于0.90,系统平均效率达到86.13%,输出工频纹波小于3.6V,50%以上负载切换时间小于100ms,启动时间小于80ms,满足设计指标要求。
[博士论文] 俞居正
电子科学与技术;微电子学与固体电子学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在通信基站、服务器、数据中心、雷达等应用领域中,由于空间有限、散热条件较差,开关电源的功率密度和变换效率成为核心指标。效率和功率密度的提升也是电力电子领域中永恒的主题,具有理论指导意义和实用价值。在应用第三代宽禁带功率器件GaN HEMT的背景下,可在1MHz开关频率以上维持较高效率,且无源器件和散热器的体积在此频率下大大降低,因此进一步提高功率密度变得可能。然而,GaNHEMT在反向电流的情况下压降高于现有硅基器件,作为同步整流器件时损耗较高;调压Buck变换器+隔离非调压LLC谐振变换器所构成的两级结构在独立控制时的动态性能差;控制参量较多时全负载范围效率难以优化等问题限制了效率的进一步提升。
  本文针对上述关键技术问题,分别研究了同步整流器件的关断过程与寄生延迟之间的关系、两级变换器的集成化控制方法、多控制参量的控制策略,提出双重判断机制的同步整流检测及谐振频率追踪技术、基于快速查找表(LUT)的PID控制算法、基于多对象优化技术的效率优化策略。主要研究内容与创新点如下:
  (1)研究了同步整流器件的关断过程与寄生延迟之间的关系,提出一种双重判断机制的同步整流检测技术,使同步整流器件在稳态下关断于体二极管导通时间最短的时刻,保证变换器的可靠性和效率。测试表明,本文提出的方法彻底消除了负载到变换器存在的100mA反灌电流,保证了变换器的可靠性,并使LLC谐振变换器的效率提高至94.5%;
  (2)研究了LLC变换器中励磁电感与谐振电感的比值对软开关实现的影响,提出一种数字谐振频率追踪技术,使LLC变换器总是工作在谐振频率处,在作为隔离非稳压变换器时实现最高效率。测试表明,在1MHz开关频率下,峰值效率可达96%,20%负载效率超过92%;
  (3)研究了两级变换器的集成化控制方法,提出一种快速LUT-PID控制策略,通过降低PID系数表格维度,缩短查询、计算时间,使变换器在各负载条件下的稳态误差得以降低,还大幅提高了变换器的动态性能。测试表明,在1MHz开关频率下,LUT-PID技术使变换器在负载切换时所需输出建立时间降低60%,输出电压稳态误差为0.1V,电流稳态误差为0.5A;
  (4)研究了多个控制变量对系统效率的影响,提出一种基于遗传算法的在线式多对象优化技术,以效率作为适应度函数,并基于功率器件和磁性元件的可靠性建立了控制参量的约束条件,从而对变换器的全负载范围效率进行了优化。测试表明,变换器的峰值效率达到90%,20%负载效率达到85%。
  在此基础上,搭建样机对提出的技术、算法和策略进行验证,变换器在400V输入时的峰值效率达到90%,20%负载效率为85%,功率密度可达160W/in3。测试结果证明,本文提出的算法提高了变换器的效率、动态性能和功率密度。
[硕士论文] 钱圣宝
集成电路工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:氮化镓(GaN)器件的出现使图腾柱无桥PFC(Power Factor Correction)变换器能够工作在连续导通模式。图腾柱无桥PFC变换器所用半导体开关管数量最少,工作时其原边电流只流过一个高频开关管和工频开关管,在工作运行时具有最少的通态损耗,因此图腾柱无桥PFC变换器成为效率最高的功率因数校正变换器。然而,其拓扑在交流输入电压过零点附近存在的电流尖峰,导致了更多的电流谐波畸变和电磁干扰问题,使图腾柱无桥PFC变换器难以推广应用。因此分析图腾柱无桥PFC变换器交流输入电压过零点附近的电流尖峰问题具有重要意义。
  本文设计了一种解决交流电压过零点附近电流尖峰问题的图腾柱无桥PFC变换器,主要完成了三个方面的工作:首先,分析了图腾柱无桥PFC变换器的结构特点和工作原理,并从全桥变换器结构的角度详细分析了电流尖峰问题的产生机理。其次,针对高频桥臂最小占空比限制和低频桥臂转换延时导致的交流电压过零点附近的电流尖峰问题,采用了对低频桥臂进行死区时间补偿、对高频桥臂进行占空比数字归并的控制方法。最后,完成了一台1kw图腾柱无桥PFC变换器样机的软硬件设计。
  基于1kw变换器样机,本文对以上分析和设计进行了验证。实测结果表明,变换器的工作频率为100kHz,在全负载范围内,变换器样机的PF值均大于0.96,且轻载时的效率达到96.4%,满载时效率达到98.1%。并且交流电压过零点附近的电流尖峰明显减少,总谐波失真(THD)最小为3.7%。
[硕士论文] 高海钰
仪器科学与技术;精密仪器及机械 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着微电子机械系统(MEMS)技术的发展,导航器件在民用设备中的大量使用和微型化需求,以及传统半球谐振陀螺仪自身所展现出来的独特优势,使得微半球谐振陀螺仪(μHRG)已经成为MEMS传感器领域研究的热点之一。本文从减小微半球陀螺仪的频率裂解和降低能量损耗两个方面对提高微半球谐振陀螺仪的品质因数(Q)进行了深入的分析,为制备高品质因数的微半球谐振陀螺仪奠定了基础。
  首先,对微半球谐振陀螺仪的研究背景和国内外发展现状进行了详细的阐述,为微半球谐振器的结构建模和加工工艺提供了借鉴,为微半球谐振陀螺仪的设计拓宽了思路。
  其次,对微半球谐振陀螺仪的几种主要的建模方法进行比较,并利用基于基希霍夫半球谐振子数学模型对微半球谐振器的进动特性和谐振频率进行了分析;分析了球壳材料的密度、弹性模量不均匀和球壳的半径不均匀的四次谐波对频率裂解的影响,为减小微半球谐振器的频率裂解提供了理论指导。
  第三,对微半球陀螺仪的各种能量损耗机理进行了分析,包括热弹性阻尼、支撑损耗、压膜阻尼、表面损耗等,阐述了品质因数和能量损耗之间的关系;采用数学建模的方式,对热弹性阻尼进行了粗略的预测,接着使用COMSOL软件仿真分析了球壳的结构参数和材料对不同结构形式的微半球谐振器的热弹性阻尼、支撑损耗的影响,为降低微半球谐振陀螺仪的能量损耗奠定了基础。
  第四,利用ANSYS有限元仿真软件对四种常见的球壳结构进行了模态和谐响应仿真,确定其固有频率和频率裂解;接着对内外球面不对称误差、球壳和支撑柱的中心不对称以及在球壳表面沉积金属导电层引起的频率裂解进行了仿真分析,确定引起频率裂解的主要因素;在此基础上,提出了一组微半球谐振器的结构参数和材料。
  最后,对微半球谐振器的加工工艺进行了介绍和比较分析;接着比较了三种不同加工微半球模子的工艺,并分别利用HNA溶液和SF6气体进行了初步的试验加工;对基于硅—玻璃晶圆级封装工艺和基于SOI的晶圆级封装工艺进行了分析。在此基础上对提出了基于SOI封装的组装式微半球谐振陀螺仪的加工工艺,绘制了相应的加工流程图,对各个加工步骤进行了详细的描述,并根据加工方案设计了相应的掩膜板,利用HNA溶液湿法腐蚀和SF6干法刻蚀对半球壳模子进行了初步的试验加工。
[硕士论文] 陈晓明
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:实现电子产品的全自动化加工是改善产品质量、提高生产效率、降低人工成本的有效途径。扬声器的振膜薄而软,不易加工。全自动转台机是实现振膜的全自动化加工的关键设备。本文针对手机扬声器的振膜加工,设计一种全自动转台机并进行结构优化。全文主要研究工作如下:
  分析了手机扬声器振膜的物理特性。根据振膜的工艺流程和设备要实现的工艺动作,提出了全自动转台机的总体设计方案,确定了每部分结构的工作流程和工艺要求。振膜产品通过全自动转台机进行翻转、激光切割和码盘。
  根据各个部件的工艺分析,利用SolidWorks对全自动转台机各个部件进行结构设计。通过对各个机构的虚拟装配,检验了设计的合理性。对全自动转台机的传输机构中的初定位机构中的缓冲器进行了选型计算。
  进行了全自动转台机中电气控制系统控制器类型的选择。提出了控制单元与控制系统的整体方案,给出了控制系统硬件选型依据。对电气控制系统进行了工艺设计。对全自动转台机进行了协调性分析,主要针对上料搬运的周期进行了优化计算,使其满足生产需求。
  进行了样机的装配和调试。对全自动转台机的工作性能进行了测试。测试数据表明:设计的全自动转台机具有自动化程度高、生产效率高以及设备稳定等优点。
  最后,针对全自动转台机转台机构的缺点进行了结构优化,对转台机构中的定位夹紧机构进行了优化设计。优化后的定位夹紧机构应用于振膜加工设备中,有利于提高转台的重复定位精度,便于设备的调试。
[博士论文] 程维昶
电子科学与技术;微电子学与固体电子学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:高功率密度变换器是一种应现代电子产品的小型化、轻型化发展趋势而新近出现的开关功率变换器,其优点在于能大大降低在系统中为电源模块分配的体积。目前学界对该类变换器的关注还停留在动态特性、温度特性及效率等系统电参数层面,而对其独特EMI特性的研究还远远不够。事实上,EMI作为功率变换器产品化中的认证标准之一,对系统的可靠性有重要影响。因此,研究高功率密度变换器的EMI特性具有重要的学术意义和实用价值。
  本文针对采用同步整流LLC谐振半桥拓扑的高功率密度变换器中存在的EMI研究模型复杂、平面变压器及多层PCB对系统EMI特性的影响及由过孔导致的栅极驱动近场耦合干扰等核心问题进行了研究。主要创新成果如下:
  1.以LLC谐振高功率密度变换器为研究对象,提出了解析/数值混合(HAN)EMI模型。该模型结合噪声路径与EMI接收机算法,并应用二分逼近、截断取值等方法,大幅降低了模型复杂度与计算资源消耗,基于该模型,在系统设计时便可对EMI情况进行预测。仿真结果显示,误差可控制在±3dBμV以内,达到了快速、精确预测的目的。
  2.通过修正平面变压器绕组电压梯度描述,提出了更精确的寄生电容解析算法,并以此建立了三电容式平面变压器等效模型,该模型能更好地描述EMI噪声传递特性。结合该模型,进一步揭示了EMI噪声通过原副边互电容传递的机理。
  3.提出了一种新型并联等电位式平面变压器结构。该结构采用特殊的绕组并联结构,使相邻层绕组间电势相等,在不降低耦合效率及器件集成度的前提下,可使原副边间互电容减小90%以上。
  4.揭示了多层PCB传递EMI共模与差模噪声的特殊机理,并基于理论分析提出了一种新型多层PCB铺地层屏蔽结构。仿真结果显示,该结构可有效减小噪声节点对地等效电容达56%。
  5.设计并研制了基于平面变压器与多层PCB新结构的EMI优化样机,实测结果显示,其EMI噪声在全频段下降9dBμV以上,个别频段最高下降达30dBμV以上。
  6.修正了P/G层谐振理论中谐振频率端接大导纳时造成的阻抗计算误差;在此基础上利用Z参数转换,提出了双层与多层P/G结构中的过孔间近场耦合干扰模型;并应用模型分析了过孔结构参数对近场干扰的影响。实验表明,基于分析结果提出的优化方案可使驱动耦合噪声尖峰降低30%以上。
[硕士论文] 靳惠雅
农业工程;农业电气化与自动化 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:DC-DC(直流-直流)变换器在开关电源中起到一个核心作用,由于它是强非线性系统,所以导致其动力学行为极其丰富。DC-DC变换器在实际工作过程中经常会出现不明噪声、电磁干扰、次谐波振荡等一些奇异或者不规则等现象。这些现象会导致一些电器设备无法正常运行。因此,随着对DC-DC变换器工作性能要求的不断提高,运用动力学理论对其变换器的非线性行为产生的机理进行了深入的综合分析,有着十分重要的研究意义。
  首先,本文介绍了DC-DC变换器的基本类型及非线性现象的基本理论,针对PWM型DC-DC变换器运行过程中出现了倍周期分岔、混沌等各种途径导致的不稳定现象,对DC-DC变换器所建立的非线性动力学模型产生分岔和混沌的原因进行了深入的理论研究,并且对DC-DC变换器控制策略和控制技术的研究现状进行了阐述。
  其次,本文是以电压模式Buck变换器为例,利用基本的理论基础推导其状态方程,采用Matlab/Simulink软件建立其分段光滑开关模型并进行仿真,从而得到与Buck变换器相对应的相图和时域波形图;通过频闪映射的方式对电压模式Buck变换器进行采样,建立了其精确离散迭代映射模型,并在Matlab中的M文件进行编写,从而得到输出电压和电感电流的采样离散值。同时将这两种模型所得到的仿真结果结合在一起,更好地证明了电压模式Buck变换器中存在分岔和混沌现象。
  最后,针对电压模式Buck变换器中存在不稳定的问题,如电磁干扰、输出波纹大等。本文所采用的是比例积分控制法和外加驱动控制法分别对Buck变换器进行了分岔和混沌等方面的抑制。通过比例积分(PI)控制方法得出PI调节参数和分岔点的关系曲线,明确了系统高频行为的稳定性主要取决于PI调节器的比例因子,从而对电压模式Buck变换器进行了分岔控制。若当系统电路敏感参数发生变化时,采用外加驱动控制法,通过对控制信号的幅值及相位进行调节,使系统达到一个最优的非线性控制结果。本文搭建了基于DSP(数字信号处理)对电压模式Buck变换器的混沌控制实验平台,进一步验证了该方法对于控制非线性现象具有可行性。同时为开关变换器的硬件设计提供了新的思路。
[硕士论文] 马玉秋
电气工程 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:随着人类社会的快速发展,越来越多的人开始意识到节约资源、爱护环境的重要性。传统燃油汽车伴随与日俱增的污染问题,使得新能源的发展愈发得到关注。新能源电动汽车(EV)的运行是用电能代替汽油,既节能环保而且能量利用效率也高,可以很好的解决传统燃油汽车所面临的问题,为社会发展谋得福利。随着新能源电动汽车受到越来越多的关注,研究人员加大了对其的研发,国家也加大力度对其进行发展,因此电动汽车在中国能源发展的战略上占了越来越重要的地位。电动汽车与电网的互动,有优势也有不容忽视的挑战,挑战来源于大范围接入电网所带来的影响,优势来自可以作为分布式储能元件来为电网削峰填谷。然而,电动汽车的飞速发展伴随着一些技术的不完善,本文主要讨论了电动汽车的车载双向DC-DC变换器。
  首先,介绍了双向DC-DC变换器的工作原理以及性能优势。对比了几种拓扑结构的优缺点,并分析讨论其各自的适用范围,本文选择的是全桥双向DC-DC变换器。对于双向DC-DC变换器的两种控制方式,详细阐述了其中之一的移相控制。对单移相控制和双重移相控制运行过程进行了对比分析,通过比较变换器工作运行的效率,选择双重移相作为双向DC-DC变换器的控制方式。运用开关周期平均法加入小信号扰动对变换器数学建模。
  其次,考虑到双向DC-DC变换器在单移相控制方式下会出现功率回流的现象,使得系统的整体效率降低,器件损耗增大,影响了系统的运行。本文针对双向DC-DC变换器存在功率环流的现象,提出一种基于双重移相的回流功率优化控制策略。经过推导分析得到了经过标幺化后的回流功率的表达式,绘制出传输功率与内外移相比关系的等高曲线图,验证了双重移相控制可以有效地消除回流功率。通过仿真将两种控制方式进行比较,验证了双重移相优化控制策略具有较小的回流功率,系统的整体效率高,电流应力小等特点。
  最后,对双向DC-DC变换器系统进行软硬件设计。设计了采样电路,IGBT和继电器驱动电路,调理电路,保护电路等。软件部分主要分为主程序和中断主程序进行说明。最终进行样机测试,验证了设计方案的可行性。
[硕士论文] 相春蕾
控制科学与工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:磁耦合谐振无线电能传输系统(RWPT)在传输功率和传输距离上与感应式和电磁辐射式相比有明显的优势。因此RWPT有较大的应用价值。功率变换器是RWPT的重要组成结构,而由外界条件影响引起的系统工作频率偏离固有谐振频率会导致系统的传输功率和效率都下降。本文针对上述内容进行研究。
  首先,对DC-AC功率变换器建立互感等效电路模型,分析了功率变换器特性和LC谐振电路特点。基于电路中的共振理论和电路模型,从理论和Multisim仿真上分析了不同条件下交流电源频率大小、传输距离和负载大小等因素对传输特性的影响。并且对不同拓扑结构的传输特性也进行研究。最终选用发射端串联、接收端并联的SP拓扑结构作为本课题的设计。
  其次,通过对频率跟踪的理论上的学习,明确了对RWPT系统进行频率跟踪能使系统工作在固有谐振频率点上,实现更高效率、功率的传输。从理论公式基础上研究SP结构的频率特性。分别对串并的SP拓扑结构进行跟踪原边、跟踪副边和不具有跟踪三种情况的仿真设计,得到在起振的频率和负载发生变化时,只有跟踪原边的情况下系统会回归到固有的谐振频率上。
  随着高频功率转换器发展,电力电子设备也朝着更高的开关频率发展,开关损耗成为迫切的问题。软开关开关管是有效切换损耗的解决方案之一,通过软开关实现零电流导通和零电压关断。单独考虑逆变电路部分可靠性,分别在硬开关和软开关状态进行电路元件可靠性分析和外界环境干扰的可靠性分析,生成可靠性分析报告。考虑到DC-AC逆变电路部分分别处在硬开关和软开关的状态下时,计算电路元件和外部环境的可靠性,并形成分析报告。报告显示,软开关下的DC-AC转换器的寿命比硬开关的寿命长14%。
  最后,给出产生驱动脉冲的思路。通过硬件和软件设计,基于SAEJ2954标准85kHz传输频率,采用频率跟踪无线电能量传输实验平台,点亮白炽灯,并通过明暗的白炽灯变化验证理论。
[硕士论文] 喻刚
光学工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:硅光子学的发展激发了人们对硅基光波导器件的研究以及设计多功能的光信号处理芯片和光通信器件。其中磁光硅基波导器件(如磁光隔离器)的研究是目前大规模集成芯片的一个研究热点。本文基于磁光相移的原理,主要研究磁光硅基波导结构在微环中的应用,分析磁光微环谐振器的磁场传感特性和磁光Sagnac微环结构的磁光开关特性。本文主要的内容和创新如下:
  1.分析了三种磁化方向下磁光效应对导波光传播特性的影响,重点研究了水平和垂直两种横向磁化时二维平板波导和三维矩形波导的磁光相移特点。采用COMSOL仿真软件计算分析了Ce:YIG/Si/SiO2和SiO2/Si-Ce:YIG/SiO2两种磁光波导结构中磁化强度对导波光场分布及其传播常数的影响。研究表明,平行于Ce:YIG/Si波导界面磁化时,上述两种波导结构中可获得明显的磁光相移,它们对应的导波光模式分别为TM波和TE波。
  2.采用SiO2/Si-Ce:YIG/SiO2硅基磁光波导设计了一种微环谐振结构用于磁场测量,仿真计算了准 TE模导波光传输时微环谐振波长移动随垂直磁化强度的变化。对于半径为20μm的磁光微环,优化波导宽度可使磁场测量灵敏度达到0.0054nm/(kA/m),饱和磁化时微环谐振波长移动为0.52nm。
  3.提出一种基于Ce:YIG/Si/SiO2波导结构的Sagnac微环谐振型磁光开关器件,当微环长度为100μm时开关磁化强度为53.82kA/m(低于饱和磁化强度),可实现0.96nm带宽信号的光开功能。与基于直波导的Sagnac磁光开关相比,大大降低了器件尺寸和开关磁化强度;与基于微环谐振器的波长移动光开关相比,具有更大的器件带宽和开关消光比性能。
[硕士论文] 董盎然
电路与系统 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着微波毫米波技术的快速发展,介质材料被广泛应用,对介质材料介电参数的准确测量也变得越来越重要。介质材料的介电参数与频率和温度有着密切的关系,在不同工作频率和工作环境下,材料会呈现出不一样的电磁特性。随着微波设备应用的频率越来越高、应用的环境越来越恶劣,环境温度甚至达到零下几十摄氏度,因此建立一套能够在高频,低温环境下对材料介电参数进行准确测试的测试系统变得越来越重要。
  首先,文章介绍了国内外关于材料介电参数变温测试技术的进展,并通过比较不同测试方法的优缺点,最终将准光腔法作为本文的测试方法。
  其次,文章对准光学谐振腔进行理论分析,并通过MATLAB对准光学谐振腔内部的电场和能量分布进行模拟,同时对材料介电参数的测试原理进行了详细介绍。基于理论分析,设计了可以同时工作于3mm、8mm两个频段的准光学谐振腔。利用搭建的系统在真空和非真空状态下对材料进行了测试,并通过数据分析了温度、结霜度对准光腔性能的影响。为了消除这些影响,对准光腔腔体进行结构改进并研制了密封装置和测试夹具,同时为了方便与外部设备连接,设计了与准光腔相匹配的耦合装置。
  再次,选用冷却液循环制冷作为系统的制冷设备,通过对比不同除湿技术的优缺点,本文选择半导体制冷除湿作为除湿方案,并研制了相应的除湿装置。为了实时测试,研制了加热与温控装置。
  最后,对各个子系统进行测试,最终搭建可以工作在-50~100℃的准光学谐振腔变温测试系统,确定了测试流程并用VC++编写了测试软件。利用研制的变温测试系统对标准样品进行测试,对测试结果进行了误差分析。
  测试结果表明本文研制的变温测试系统具有良好的稳定性和实用性,可以对低损耗材料的介电参数进行准确测试。对于高损耗材料,只能在某几个频点上对材料的介电参数进行准确测试。
[硕士论文] 郭贞裕
电路与系统 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代无线通信的迅速发展,特别是超大规模集成电路的发展迫使着微波电路朝着小型化、高性能、低成本的方向快速发展。微波功率分配器作为一种重要的微波无源器件承担着信号的分配和合成,并且常与滤波器级联的方式出现在微波电路中。因此,研究小型化、高性能的微波功分器有着重要的学术和工程研究意义。本文从功分器原理出发,针对四分之一波长阻抗变换器、滤波功分器和宽带耦合超宽带功分器,提出了几种不同结构的功分器。本文主要内容如下:
  首先,基于等效四分之一波长阻抗变换器思想,给出了基于阶跃阻抗谐振器(SIR)的功分器、基于平行双线的功分器和小型化谐波可控功分器。采用ABCD矩阵理论结合MATLAB进行分析得到初始设计参数。所有功分器都通过电磁仿真和实物测试验证上述设计方法的正确性。
  其次,基于耦合谐振理论和多模谐振器(MMR)理论,给出了基于短路四分之一谐振器和基于短路枝节加载对称环形谐振器两款滤波功分器,并结合耦合谐振理论引入源与负载交叉耦合以改善功分器的低频选择性。此外,通过将短路枝节加载谐振器通过枝节加载方式变成双频多模谐振器,构成双频带滤波功分器。最后,提出一个基于三端口宽带巴伦滤波器的功分器。所有功分器都通过电磁仿真和实物测试验证上述设计方法的正确性。
  最后,为适应超宽带研究需要,探讨了微带-槽线过渡结构宽带特性,并给出了基于此类结构的二端口超宽带滤波器向三端口功分器的转变方法。提出了利用微带-槽线耦合的宽带特性将双频结构功分器拓展为超宽带功分器,同时进一步引入渐变阻抗线形成小型化的超宽带功分器。最后,为改善基于微带-槽线过渡的超宽带功分器输入端驻波和输出端隔离度的矛盾性,通过微带-槽线-微带耦合方式,分别引入一个零欧姆电阻和100欧姆电阻用以改善功分器带内驻波和隔离度。所有功分器都通过电磁仿真和实物测试验证上述设计方法的正确性。
[硕士论文] 李伟
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:现代通信、雷达等无线技术的迅速发展和广泛应用对系统信息容量和传输速率提出更高的指标要求,传统窄带系统已经无法满足实际应用需求,因此具备大容量、高速率、低功耗等优良特性的宽带甚至超宽带无线技术成为学术界研究的热点方向。微波滤波器在系统中发挥着选择频率的重要作用,良好的频率选择性保证了对系统通带范围外干扰信号的有效抑制。本文主要针对微带多模谐振器(MMR,multi-mode resonator)进行了研究,设计出多个具有较高性能指标的宽带带通滤波器,得到实际测试结果的良好验证。本文主要工作内容如下:
  1.研究了一种π型谐振器,运用传输矩阵理论对其谐振特性进行了分析。研究表明,该谐振器具有两个主要谐振模式。基于该双模谐振器,通过将它的两个传输极点设置在适当频点处,设计了一个3dB通带频率范围为2~4GHz的宽带带通滤波器。在此基础上,通过在π型谐振器顶端耦合加载短路枝节,在通带右侧引入了一个传输零点,可以有效地改善带外抑制性能。
  2.基于阶跃阻抗谐振器(SIR,step-impedance resonator),在其中心位置分别加载环形谐振器和开路枝节,设计了两个多模谐振器。采用奇偶模分析方法对其谐振特性进行了分析。其谐振特性表明:它具有三个主要谐振模式。同时,该谐振器在通带低频端产生了一个传输零点,再通过耦合馈线加载开路枝节的方式在通带高频端引入一个传输零点,进而设计出两个宽带滤波器。实测结果表明,两个滤波器的3dB通带范围覆盖2~4GHz,通带左右两侧过渡带滚降率都分别高于200dB/GHz和122dB/GHz。
  3.研究了一种枝节加载半波长谐振器,采用奇偶模分析方法对其谐振特性进行了分析。其谐振特性表明:它具有三个主要谐振模式。利用此三模谐振器,构造了一个超宽带带通滤波器。测试结果表明:该滤波器的通带可以覆盖3.1~10.6GHz的频率范围,并且通带左右两侧的过渡带滚降率分别高达26.4dB/GHz和50dB/GHz,实现了较高的频率选择性。在此超宽带带通滤波器基础之上,通过延长耦合馈线中的一条线以形成不对称性,进而设计了一个在6.2GHz处具有陷波特性的超宽带滤波器。
[硕士论文] 弓冬冬
材料科学与工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近些年,随着各国研究机构对AlN薄膜应用领域的大力拓宽,AlN薄膜也被应用在了 SAW传感器领域,而且也已经出现了很多相关研究的报道。但是在这些报道中,基本采用的都是一些有硬质刚性单晶衬底或者机化合物衬底,例如 Si、金刚石、聚酰亚胺、LGS、聚乙烯等,而刚性衬底无法应用于一些弯曲表面的测试,有机化合物衬底则会在超过400℃的工作环境中发生分解甚至会释放出气体,这极大地局限了 SAW器件的应用前景。为了能够解决这些局限性,本文提出了采用耐高温的柔性合金作为衬底,就可以完美的解决弯曲表面的测试和耐高温的要求,例如本文中应用的柔性哈氏合金衬底,其可以在1000℃以上的温度中工作。从科学和应用研究方面,在耐高温柔性金属衬底上制备出高性能 SAW传感器具有重要的意义。
  首先,通过研究C轴择优取向AlN薄膜在氮气和真空两种氛围中退火一定时间后发现AlN薄膜的FWHM有了较为明显的降低,晶粒有了较为明显的长大,表面RMS粗糙度也有了明显的升高;然后本文研究了不同溅射气压、溅射功率、氮气含量下制备出的AlN薄膜的压电性能,并测试了其压电系数,发现随着FWHM的减小,压电系数会逐渐增大。为了能够进一步的反映FWHM与压电系数之间的关系,我们参考Lughi模型建立了其之间关系的物理模型,并通过该模型验证了本文中得到的FWHM与压电系数之间的函数关系。
  其次,通过分析传感器结构,确定了传感器的设计参数:IDT宽度10μm、波长40μm、叉指对数50对、金属化比例1、孔径长度100倍波长、叉指电极与反射栅相距30μm、反射栅对数100对。接着利用Comsol软件对该器件结构进行了仿真,分析了对称和反对称两种模态的特征频率,得到了SAW的传播速度为2964.66m/s;接着仿真了薄膜厚度和电极厚度对特征频率的影响,发现随着AlN薄膜厚度的增加特征频率也会相应的增加,然而随着电极厚度的增加特征频率却是减小的。
  最后,采用微细加工工艺制备了基于AlN/Y2O3/Hastelloy衬底的SAW传感器,并且优化了其微细加工工艺的参数;接着对制备好的SAW传感器进行测试发现,器件在74.21MHz处出现了谐振峰,说明该器件具备了SAW传播特性,但是其S11达到了-2dB,通过分析导致SAW传感器性能并不理想原因主要有两点:(1)AlN压电薄膜表面存在这大量的异常长大的晶粒所形成的黑点,而且黑点的直径可以达到10μm,这与叉指电极宽度在同一个量级,可能会导致叉指电极和反射栅断路或者短路,这对SAW器件的性能造成了极大的影响;(2)由于本文采用的是Hastelloy柔性金属带材作为衬底,其厚度只有0.1mm而且其本身也是弯曲的。
[硕士论文] 王艳艳
电子信息材料与元器件 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:微波开关的作用是控制微波信号通道的切换,广泛应用于雷达,通讯,电子对抗等重大领域中。基于相变材料的微波开关具有高关开电阻比、速度快、尺寸小、低寄生电容、低功耗的优良特性,拥有应用于新一代高速可重构射频模块的巨大潜力。其中,GeTe薄膜的晶化温度较高,相变前后的电阻比更大,是研究低损耗相变微波开关的理想材料。本文首先对GeTe薄膜晶化前后的微观结构和表面形貌进行了分析,然后通过电压脉冲触发实现开关特性,最后设计并制作了基于GeTe薄膜的开关器件原型。主要结论如下:
  1.研究GeTe薄膜的制备工艺并分析微观结构。通过优化的射频磁控溅射工艺制备的GeTe薄膜,其Roff/Ron高达5个数量级,Ron约为20Ω;通过XRD分析证实退火后,薄膜相变,形成斜方六面体结构;通过AFM观察薄膜表面形貌得出退火后薄膜晶粒长大,表面粗糙度增大;通过紫外-可见光测试吸收系数,拟合出非晶态和晶态的禁带宽度分别为0.81eV和0.64eV。通过霍尔测试得到晶化过程中载流子浓度和迁移率增大,导致电导率增大;通过阻抗谱分析得到非晶态存在容抗,阻挡了载流子的迁移,导致电阻率过大,晶化后容抗很小,载流子迁移率增大,电阻率降低。
  2.测试直流电压脉冲对GeTe薄膜相变过程的影响。通过测试得到从非晶态转变为晶态的脉冲幅值为5V,宽度为980ns,从晶态转变为非晶态的脉冲幅值为10V,宽度为20ns,实现一次开关转换大约需要1μs。
  3.设计并仿真基于GeTe薄膜的低损耗微波开关的性能。从仿真结果得出,改变几何尺寸,可以使微波开关的插入损耗低于1dB,隔离度大于20dB,但是这两者之间存在此消彼长的关系,很难同时得到大幅度提高。
  4.制作基于GeTe薄膜的微波开关器件原型并测试其插入损耗和隔离度。采用光刻工艺制备了开关器件并测试其微波性能,得到在0-20GHz的频率范围内,插损约为10dB,隔离度约为20dB。
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