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关键词： 超混沌电路   模拟电路   忆阻器   多稳定性   弱信号检测  

摘要： 混沌系统在电气领域发挥着重要作用,通过深入研究电力系统中的混沌现象能更好地理解系统的不稳定行为,并提升系统的稳定性和可靠性。混沌理论为未来研究和应用混沌系统搭建、电路设计以及电力设备故障的及时发现和预防提供了新的可能性。 论文首先利用混沌理论建立混沌系统模型以探索其动力学特性,并设计相应的模拟电路进行验证;其次基于忆阻器为基础构建具有多稳定性特征的动力学复杂系统;最后利用混沌系统对微小扰动的高度敏感性,通过相图识别系统状态以此判断信号是否存在,实现在噪声背景下检测和处理电气设备的微弱信号。 论文的工作内容如下: (1)基于经典混沌Lü系统,引入新的状态反馈控制器改造四维超混沌系统。理论分析和MATLAB软件数值仿真表明系统具有丰富的混沌动力学特性,通过控制位移变量调整吸引子位置展示系统可控性。利用基本运算放大电路搭建超混沌系统模型,并在Multisim软件中验证电路实现的准确性。 (2)利用三次非线性型磁控忆阻器作为系统的反馈项,将三维混沌系统与忆阻器结合,形成一个四维忆阻混沌系统,并对其动力学特性进行了分析。重点讨论了在对称初始参数下,初始值对吸引子的影响,以及参数变化下系统生成的共存吸引子。随着初始值的改变,观察到系统呈现极限环、周期和混沌等吸引子类型,表明系统具有多稳定性特征。 (3)针对电气设备微弱信号检测问题,设计了一种基于四维Lorenz超混沌系统的检测方法。结合分析Duffing混沌系统和Lorenz系统,分析两个混沌系统的动力学特性。并基于混沌系统对参数的敏感性以及混沌吸引子阶跃变化的理论,通过设定阈值并加入待测信号后,研究结果显示该混沌吸引子的变化情况,来检测故障信号。 图32表3参81

关键词： 高频   开关电源   数字化控制   电路设计  

摘要： 为充分发挥和利用高频开关电源的高效节能、多重保护、智能化等优势，提高数字化控制电路设计质量，本文介绍了高频开关电源的工作原理、构成、特点，研究了数字化控制电路应用的优势，并从主控制器选择、输出采样电路设计、MOSFET驱动电路设计、通信电路设计等多个方面入手，完成对基于高频开关电源的数字化控制电路设计。

关键词： 动态电路   电功率   最值  

摘要： 动态电路是中考物理中的一个重要考点.在动态电路中，电功率最值问题通常涉及到多个物理约束条件和复杂的数量关系，计算公式也具有很大的选择性和灵活性.因此，学生在理解问题、推理计算过程中常常面临困难.为解决该问题，本文对不同解法的特点进行了分析，并总结出了每一个方法适用的场景.

关键词： 荷电状态   锂电池   二阶RC等效电路   粒子群算法   扩展卡尔曼滤波算法  

摘要： 锂电池作为电动汽车的核心部件,已成为重点关注的研究对象。由于电池系统高度非线性和复杂工况,如何精准地评估电池性能已成为一个研究热点。其中,电池荷电状态(State of Charge,SOC)是电池性能的关键参数,在电池管理系统中起重要的作用。在实际电池管理系统中,SOC的错误估算会导致过充或过放,加剧电池容量衰减,甚至引发安全问题。准确估算电池SOC,对于提供电池使用的安全性、延长使用寿命和提高能源利用率方面具有重要意义。本文选择目前应用领域较广的磷酸铁锂电池为研究对象,针对锂电池等效电路模型的参数辨识与SOC估算,旨在提升SOC估算的有效性和可行性,开展以下研究: 首先,针对电池模型复杂性的问题,本文通过对比各种电池模型,提出了以二阶RC等效电路为基础的电池模型。通过复合脉冲测试实验(Hybrid Pulse Power Characteristic,HPPC)获取实验数据,并采用指数拟合方法得到OCVSOC关系。利用离线参数辨识方法,验证了二阶RC等效电路仿真模型的可用性。 其次,针对离线参数辨识无法实时获取数据的问题,本文采用了带遗忘因子的递推最小二乘法(Forgetting Factor Recursive Least Squares,FFRLS)和粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)进行在线参数辨识,并进行了对比。结果证明,粒子群优化算法在参数辨识上具有较高的准确度。 最后,针对EKF算法估算精度不足的问题,本文提出了结合深度卷积神经网络(Deep Convolutional Neural Networks,DCNN)和扩展卡尔曼滤波(DCNNEKF)的算法。实验验证表明,在城市道路循环工况(Urban Dynamometer Driving Schedule,UDDS)和动态应力测试(Dynamic Stress Test,DST)工况下,DCNN-EKF算法相较于EKF算法,在UDDS工况下的误差准确度提升了0.5%,在DST工况下的误差准确度提升了0.16%。结果显示,所建模型和提出的DCNN-EKF算法在提升电池SOC估算的准确度及可行性方面是有效的。

关键词： 感应加热   单管谐振   PID控制   PWM整流器  

摘要： 与传统的加热技术相比,电磁感应加热技术展现的优势包括高效、绿色、安全等。其常见结构通常分为全桥、半桥和单管谐振等。桥式逆变器所含器件较多,且其频率受主控电路限制。单管谐振只含有一个开关管,且频率大小由负载的等效电感和电容决定,能够设计较高的频率,从而使系统整体体积变小,建造器件所需材料变少,整体使用更方便快捷。本文针对单管感应加热电源进行相关的研究与设计,相关内容如下: 首先比较三种常用的电磁感应加热电源主电路,分别分析其拓扑结构并对比各电路优缺点,最终选择单管谐振电路作为感应加热系统的主回路拓扑。同时对比分析整流侧调功、逆变侧调功等功率调节方式的特点,加热系统的传统整流控制没有考虑对电网的谐波污染,抗干扰差以及容错性低等问题,整流侧选择改进PWM调功的控制方式,逆变侧则采用PID闭环控制方式对载波频率进行控制,进而可以控制输出的电压频率,完成逆变侧的调频,确保负载工作在谐振或准谐振状态。并且针对电路的特点在其主要器件的选取与相关参数计算方面进行设计。 其次,在上述理论基础上,在Matlab-simlink和Multisim软件里进行控制电路的搭建并仿真,得出电路的工作特性曲线,验证加热电源设计的合理性和可行性。同时根据仿真参数设计了加热体的具体参数,并利用ANSYS-Maxwell软件中的饱和磁感应强度曲线选取合适材料,而后对其涡流损耗和电感值进行计算对比,通过调整导线与铁管距离比较涡流损耗,找到趋肤效应的最佳距离,在该距离下整个系统效率最大。 最后,搭建感应加热系统的样机,对所设计的变频感应加热控制电路进行了实验验证。通过分析波形发现,改进后的整流变换器与传统变换器相比,能减少谐波对电网的影响,并且可以稳定谐振电路的输入电压,且在负载变化时能够反应迅速,最终实际实验结果与仿真结果基本相似。表明所设计的控制电路具有较好的控制效果,且能够达到所要的功率。

关键词： 相控阵   CMOS   SiGe BiCMOS   射频集成电路设计   衰减器   可变增益放大器   相位补偿  

摘要： 宽带低轨卫星通信是第六代（6G）通信网络的重要组成部分,未来将与中高轨卫星星座联合协助组成天基、空基、路基以及海基多维卫星通信体系,以实现全覆盖、全天候、全地形,按需服务的全维度通信网络。相控阵技术因其能够实现射频信号的叠加提升信噪比并具有强大的波束赋形和扫描能力,是提升卫星通信前端系统综合性能的关键技术手段。幅度控制电路作为相控阵系统中的关键组成部件,主要用于补偿移相器或者其它元件带来的幅度误差和抑制阵列天线的旁瓣电平,从而使得波束具有更好的指向性。与此同时,随着硅基半导体工艺的快速发展,其特征频率和器件速度不断提升,使得低成本、小型化和高性能的卫星通信前端芯片的设计成为可能。本文针对宽带低轨卫星通信的几个典型应用频段,对硅基幅度控制电路进行了较充分的研究,主要研究内容和创新点被总结如下: 数控衰减器是相控阵系统中广泛使用的幅度控制电路。传统的数控衰减器设计为了改善衰减单元之间的阻抗失配而引起的幅相误差,需要引入多个电感或传输线进行补偿,存在芯片尺寸大和传输损耗恶化的问题。本文详细地分析了开关内嵌型衰减结构的工作原理和相位补偿机制,通过精心设计衰减单元的顺序和采用容性相位补偿技术,基于55nm CMOS工艺设计了一款无电感的开关内嵌型五位数控衰减器芯片。仿真结果表明,所设计的CMOS数控衰减器在DC-20GHz超宽带频率内,实现了0-15.5d B的衰减范围,0.5d B的衰减步进,插入损耗小于5.7d B,幅度均方根误差（Root Mean Square Amplitude Error,RMSA）和相位均方根误差（Root Mean Square Phase Error,RMSP）分别优于0.31d B和1.18°。整个芯片包括所有的测试压焊盘在内的面积大小仅为0.26mm2,其中,核心电路面积仅为0.01mm2。与同类衰减器相比,所提出的数控衰减器表现出低插入损耗、低相位均方根误差和十分紧凑的芯片尺寸。 针对毫米波高频段数控衰减器存在插入损耗大和衰减精度低的问题。提出了一种交叉耦合宽带耦合器代替传统的3d B耦合器或定向耦合器用于实现大位衰减单元,同时获得了高衰减精度和低插入损耗。此外,利用RC正斜率和负斜率校正网络分别应用于不同的衰减单元进行相位补偿,可极大地改善衰减器的附加相移。基于此,采用130nm SiGe BiCMOS工艺设计了一个毫米波W波段的五位宽带数控衰减器芯片。经过仿真验证,在95-105GHz的宽带工作频率内,衰减器芯片在0.10mm2的紧凑的尺寸下实现了0-15.5d B的衰减范围,步进为0.5d B,参考态插入损耗小于2.5d B,RMSA小于0.31d B,RMSP小于2.2°。与其它衰减器芯片相比,本文提出的衰减器芯片在综合性能上具有较好的竞争性,在紧凑的芯片尺寸下,获得了小插入损耗、高衰减精度以及低相位均方根误差。 数控可变增益放大器（Variable Gain Amplifier,VGA）是相控阵系统中另一种广泛使用的幅度控制电路,其具有精度高、正增益和小型化的优势,但面临线性度差和功耗大的挑战。基于此,本文提出了一种无源衰减单元、有源放大单元相融合的混合拓扑结构用于实现高性能的数控VGA。其中,无源衰减单元采用开关π型对称无源结构,而有源放大单元采用Cascode-电流舵复用结构以实现高精度的d B线性调节。为了验证,采用55nm CMOS工艺设计和制造了一个K波段的VGA原型。常温下（25℃）测试结果表明,在17-22GHz的感兴趣频带内,实现了-13.4至3.1d B的宽增益调节范围,控制步进为0.5d B,峰值增益大于2d B,RMSA低于0.19d B,RMSP小于3.55°,输入1d B压缩点高于-1d Bm,功耗小于7.5m W。同时,所设计的CMOS VGA在高温（+125℃）和低温（-55℃）范围内表现出优异的鲁棒性,RMSA均优于0.35d B,RMSP均低于3.64°,峰值增益波动均小于2.87d B,输入1d B压缩点均大于-2d Bm。包括测试压焊盘在内的VGA芯片尺寸为0.49mm2,核心电路尺寸为0.17mm2。与同类VGA芯片相比,所提出的VGA芯片表现出低RMSA和高线性度,以及优秀的温度鲁棒性。 综上所述,本文较为详细地论述了包括衰减器和可变增益放大器在内的硅基幅度控制电路的设计与优化方法。通过具体的实例从设计方法、电路实现以及仿真测试等方面详述了硅基射频幅度控制电路的相关设计工作,工作频率覆盖毫米波以下频段和毫米波W波段,为硅基幅度控制电路的研制提供了有益技术积累和方案借鉴。

关键词： 量子计算   超导/半导体量子比特测控   低温CMOS器件表征与建模   低温CMOS电路  

摘要： 量子计算被认为是硅基芯片摩尔定律走向尽头后重要的潜在延伸技术,目前已有多个相关研究表明量子计算机在处理一些特定问题时较传统超级计算机具有更快的速度和更低的功耗。在有望实现量子计算的诸多物理体系中,超导量子计算和半导体自旋量子计算这两种体系的量子芯片制作工艺与现代半导体工艺技术高度兼容,发展潜力较大,近年来一直具有较高的研究热度。超导/半导体量子计算机主要包含工作在稀释制冷机中的核心量子芯片和制冷机外部测控系统,二者之间需要通过复杂而冗长的线缆连接。跨越极低温区和常温区的连接线缆会引入噪声导致测控信号失真、延长信号传输时间以及带来热泄漏。为解决这些问题,将室温(Room Temperature,RT)测控系统进行低温集成化是一条可行的技术路径。半导体和超导量子芯片所处的毫开尔文(mK)温区,空间较小,制冷功率有限,而与其相邻的4.2开尔文(K)液氦温区(Liquid Helium Temperature,LHT)具有较大的空间和瓦(W)级制冷功率,适用于测控系统低温集成。 互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)技术具有集成度高、扩展性强、工艺成熟及开发成本低等特点,且可工作在4.2 K温区,是实现低温测控系统的可靠路径。标准工艺制程CMOS器件的通用电路分析程序(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis,SPICE)模型最低适用温度只有-40℃,无法准确描述CMOS器件在4.2 K温区的工作特性,阻碍了低温测控电路的设计实现。当前国内在不同工艺制程CMOS器件4.2 K温区模型和低温缓冲器、逐次逼近型模数转换器(Successive-Approximation-Register Analog-to-Digital Converter,SAR ADC)等方面的进展较少,仍需开展大量研究工作。为推进量子芯片测控系统低温集成化,本文主要研究内容和创新如下: 1、考虑到低温量子比特测控电路的集成需求,设计了一款用于产生中低频时钟信号的全MOS电流饥饿型环形压控振荡器电路(Current-Starved Ring Voltage Control Oscillator,CSRVCO),并将该电路工作温度扩展到4.2 K温区,实现了113.75 MHz/V的调谐线性度和61.63 MHz最高输出频率。相较于常用LC压控振荡器电路,该电路面积缩小至十分之一以下,且更易于集成。同时,该电路调谐性能与电流源MOS管的直流特性密切相关,有效验证了自研低温CMOS器件SPICE模型库的准确性、可用性,为低温电路设计提供了参考。 2、为提升低温测控信号在大容性负载中的传输能力,设计了一款低温模拟缓冲器电路,该电路在约40pF负载下实现了+4/-2.9V/μs的压摆率。同时,考虑到低温电路的低功耗需求,缓冲器电路利用自偏置互补差分输入级,结合Class-AB输出级实现了 70 μW的静态功耗。 3、针对低温下双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)机能失效,无法设计出基准电压产生电路的问题,设计了两种无片上基准电压低温SAR ADC:(1)设计了一款PMOS输入动态比较器电路,在电源与尾电流管之间增加一个被偏置在饱和区的PMOS管,使输入差分对的过驱动电压不随共模电平变化而变化。后仿结果表明,通过结合单调开关时序,整体SARADC电路能够实现共模电平持续向下的转换;(2)提出了一种新的复制拆分电容数模转换器(Digital-to-Analog Converter,DAC),将原有的两组电容阵列进行复制,形成四组相同的电容阵列。通过改进电容阵列切换逻辑并使每个电容阵列的最低位电容不参与切换,实现共模电平不变的转换。该设计较单调开关时序提高了共模电压的稳定性、减小了动态失调,并通过流片及测试,验证了本设计方案的可行性。