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关键词： 智能功率模块   栅极驱动   电平位移   IGBT   软关断  

摘要： 在功率半导体时代技术发展背景下和芯片模块系统化的历史进展中,智能功率模块的概念逐渐发展出来,智能功率模块(IPM,Intelligent Power Module)是一种高集成度、高功率密度的功率混合集成系统化模块,因其模块面积小、性能优越,可针对电机、电源等提供完整的功率驱动和保护功能,因此它们在中低功率和中频范围的电源系统中得到了广泛的应用。栅极驱动电路对于智能功率模块的驱动性能和逻辑保护十分重要,在保证足够电气隔离、信号完整性的前提下,也要兼顾经济适用性和模块的系统稳定性。本设计基于智能功率模块项目,参与设计了一款基于华润上华高压BCD工艺的高压栅极驱动电路芯片,该电路具有欠压保护、过温保护和过流保护等优异的保护和故障安全操作的特点。 根据实际应用需求、IGBT产品手册等多方面因素考虑对驱动电路的要求,本项目的栅极驱动芯片的主要参数指标为:兼容3.3V/5V的高低逻辑电平,高电平有效,高低侧输入输出同相位;正常工作电压13.5V-16.5V,采用标准15V单电源供电;内置双高互锁、使能关断、软关断等功能;工作温度为-20℃至120℃,正常温度范围内工作,高低侧信号传输延迟差小于50ns;芯片的逻辑控制部分集成了高低侧通道的VCC/VBS的欠压保护、短路保护、过温保护、温度输出以及异常工作状态故障处理控制电路,能够有效输出故障信号,关断模块输出,避免模块遭受损坏。 本文首先根据智能功率模块的系统构成,解构了功率电路部分、栅极预驱电路部分和逻辑控制电路部分,确定了本设计的智能功率模块驱动拓扑为U/V/W三相全桥驱动,根据选用的IGBT器件的工作特性和实际应用需求确定芯片的参数指标,介绍了整体的栅极驱动电路的整体结构框图和工作原理。对智能功率模块的基本单元模块电路进行了详细的分析、设计,在Cadence仿真平台使用Spectre仿真器对各子电路模块进行了仿真和验证。并搭建整体仿真环境,验证了整体功能,保证功能的正确性和芯片参数的准确性,最后进行了实物验证测试。

摘要： 近年来，随着新一轮科技革命和产业变革的推动，集成电路技术已成为引导科技进步的核心技术，并在关系国计民生的多个领域得到了广泛应用。然而，当前我国在集成电路专业人才培养方面依然存在质量参差不齐、人才缺口大、结构性失衡等问题。[1]2020年9月，教育部、国家发展改革委、财政部联合发布《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》，提出要以超常规方式加快培养紧缺人才，要求“强化产教融合育人机制，加强专业学位研究生实践创新能力培养”。

关键词： 组合绝缘   电路参数   大气压辉光放电   室内空气净化  

摘要： 随着社会科技、经济的不断发展,室内空气污染的问题越来越严重。等离子体空气净化技术能够去除多种空气污染物,且无二次污染,在空气净化中具有较高的实用价值。在长时间放电条件下聚四氟乙烯电极存在绝缘击穿、陶瓷电极存在弥散性变差等问题。本文基于组合绝缘,设计了多种组合绝缘介质阻挡电极结构,通过ANSYS仿真对比各电极电场强度分布,最终确定一种在大气压环境下形成弥散性好的辉光放电新型组合绝缘介质阻挡电极结构。采用串联电感的方式对电路进行了优化,研制了基于组合绝缘介质阻挡电极结构的室内空气净化装置,在搭建的净化实验平台中,设计放电装置对甲醛、TVOC、甲苯的净化性能进行了检测。 首先,本研究基于组合绝缘,从层状电极理论计算进行了组合绝缘电场强度分析。然后,设计了组合绝缘棒棒接触式电极、组合绝缘螺旋接触式电极结构,利用ANSYS仿真软件对比各电场分布情况,探究各自之间的差异与联系,最终确定了内陶瓷外聚四氟乙烯组合绝缘螺旋接触式电极结构。通过改变组合绝缘层厚度比,进行电场分布优化分析,选择最佳参数。研究发现内陶瓷外聚四氟乙烯组合绝缘螺旋接触式电极结构既在绝缘层表面形成了好的辉光放电现象,又有效的抑制了绝缘层击穿,利于放电装置的长时间运行。 其次,在MATLAB仿真软件对介质阻挡放电过程搭建了仿真模型,通过采用在回路中串联电感、在电极两端并联电容的方式,对调控放电电流进行了仿真研究。然后,分别在低气压下对于单脉冲放电电流、大气压下多脉冲放电电流进行了实验验证。研究发现,在回路中采用串联电感的方式,可减小脉冲放电电流幅值、增大脉冲脉宽,可在一定程度上抑制丝状放电的产生;在电极两端并联电容,可使得放电电流脉宽变宽,放电弥散性有所增强,这有利于降低电源要求,减小电源电压。 最后,搭建了室内空气净化实验平台,设计了室内空气净化装置。对放电模块采用了阵列式分布排列的设计,并对放电效果进行了检测,在室内空气净化舱内完成了净化实验。实验结果表明,辉光放电加催化剂的处理方式效果最好,仅使用催化剂的效果相比较差。臭氧催化剂处理层可提高等离子体的去除甲醛、TVOC效率。放电等离子体对于TVOC的典型污染有机物甲苯的处理,40根电极放电32分钟后,甲苯去除率可以达到81.8%,对于甲苯有着较好的处理效果。

关键词： CDIO   《模拟电路基础》   线上线下混合式教学   项目仿真  

摘要： 《模拟电路基础》作为电气、电子类的一门专业基础课，对后续专业课的学习非常重要。本文主要讨论：将CDIO这一先进的工程教学理念应用在《模拟电路基础》课程中，实施线上线下混合式教学的主要措施和路径。本文还以分压式共射级放大电路为例，具体阐述如何利用项目仿真组织教学。通过本次教学改革，提升了学生自主学习的积极性，培养学生解决问题的能力，符合北京理工大学珠海学院(以下简称“我校”)的培养目标。

关键词： 摩擦纳米发电机   双转子结构   电源管理电路   波形叠加   电荷积累  

摘要： 化石能源作为数十年来能源供应的主要来源,其开发使用一直伴随着人类社会的发展,然而随着需求量不断增大,其不可再生性与环境污染问题逐渐尖锐。尤其在小型电子器件和分布式传感器的供能方面,采用传统电力、电池供电方式,会造成输电材料浪费及废旧电池处理更换等诸多问题。对此科学家们积极倡导新能源的开发利用,以实现绿色、经济、低碳的能源利用目标,此时,摩擦纳米发电机以无处不在的物理效应、丰富的材料选择、结构简单、可靠性高和生产成本低等优势,赢得了人们的重点关注。 基于摩擦纳米发电机原理和四种工作模式,面对在有限的空间提高能量利用率的需求,本文设计了一种双转子型摩擦纳米发电机机械结构,并且针对摩擦纳米发电机输出的电能是交流电信号、输出不稳定等问题,设计了一种结构简单、可以向负载供给纹波系数较低的稳定直流电能的电源管理电路,开展的具体工作如下: (1)根据摩擦纳米发电机的摩擦起电、电荷转移原理以及相关理论基础,基于工作模式、所处环境以及驱动能量的特点,设计了一种双转子型摩擦纳米发电机,用以增加机体有限空间内的发电单元数量,提高输出,并且双转子结构可以让每个发电单元中的两种摩擦材料向相反的方向运动,通过相对运动增加工作频率,进一步提高发电量,实现在所应用场景中高效俘能。同时利用COMSOL软件对发电结构进行建模和静电场仿真,验证了工作过程中电荷在电极间的分布转移情况,为之后分析发电机输出信号的特点提供了理论指导。 (2)针对目前电源管理电路中遇到的问题,如需外接电源使用的集成电路或有源器件、复杂程度高、电能损耗大等,提出了一种与发电机输出电信号特性相匹配的电源管理电路。电源管理电路包含整流、电荷积累和滤波三个模块,同时设定了双发电单元信号叠加效果的判定标准,通过理论计算指导信号叠加方式。所设计电路结构简单,分立元件少,损耗低,对摩擦纳米发电机适用性强,可以实现将交流原始信号变为稳定的直流电输出的目标,同时对该电路进行了理论分析与仿真分析。 (3)通过分析所设计摩擦纳米发电机的工作原理、设计和仿真发电单元与电源管理电路,验证双转子结构发电机发电系统的可行性,装配摩擦纳米发电机的实验样机实物,搭建电路与相应测试平台,进行系统性的实验测试。实验以测试样机原始输出信号、提高输出电压、稳定输出电能、降低纹波系数为目标,进行原始输出和整体性能测试,分析发电单元连接方式、样机工作频率对输出电压的影响,总结规律,确定电路中电容、稳压二极管、电阻等参数选取。根据实验结果,系统最终能够实现纹波电压为0.03 V、纹波系数为0.9%的稳定直流输出,与预期较为相符。研究工作展示了摩擦纳米发电机有限空间高能量利用率和稳定直流输出的发展前景,具有应用价值。

关键词： 近红外光谱仪   数字微镜阵列器件   阿达玛   嵌入式   信噪比   油菜籽  

摘要： 随着近红外光谱分析技术的广泛应用,传统近红外光谱仪由于其庞大的体积、高昂的成本以及复杂的操作流程,在现场快速检测和户外使用方面存在一定的局限性,因此开发具有低成本、高性能稳定性及操作便捷性的微小型光谱仪已成为发展趋势。其中基于数字微镜阵列(Digital Micro-mirror Device,DMD)的微小型近红外光谱仪因其光学结构稳定、分辨率高及优良的波长再现性展现出显著的优势。此外,采用阿达玛矩阵技术能有效提高光谱仪的信噪比,尤其在弱光谱信号检测领域展示出了极高的应用潜力。目前,研究主要集中在软件开发和检测技术的提升上,然而硬件电路的研究也至关重要。本文主要针对高速DMD驱动电路和嵌入式解码技术进行研究,主要研究内容如下: (1)对于其他DMD光谱仪采用FLASH接口传输DMD显示模板速度慢,同时采用上位机解码这种依赖电脑的方式,不利于光谱仪商业化。本文开发了一套基于DMD的微小型近红外光谱仪嵌入式硬件电路系统。该系统采用了FPGA和ARM架构,通过FPGA控制24bit-RGB接口来实时传输DMD显示模板,加快了DMD显示模板的传输速度。同时,通过ARM将阿达玛变换的生成和解码在嵌入式底层实现,进一步提升了光谱分析速度。 (2)通过分析阿达玛变换的原理,展示了阿达玛技术在DMD型光谱仪中的应用优势。同时,针对传统阿达玛模板因边界衍射效应导致频谱不准的问题,提出了使用奇偶阿达玛模板进行解决,以进一步提升信噪比。对比商用光谱仪的实验结果显示,单幅光谱的采集时间仅需约220 ms,采集效率较商用光谱仪提升了4倍。此外,在相同3 s的采集时间内,该光谱仪的信噪比达到了4600,比商用光谱仪提升了1.5倍。 (3)针对实际应用场景中,光谱仪反射模块结构光斑小、不能有效覆盖大量样品的问题,对光路进行优化,设计一种光纤采集的结构。基于这两种结构搭建了实验平台,对油菜籽样品进行光谱采集,并运用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)方法对油菜籽进行建模。得到反射模块结构油菜籽脂肪的校正相关系数为0.9865、预测相关系数0.9672,校正标准偏差0.4059、预测标准偏差0.5889;光纤结构油菜籽脂肪的校正相关系数为0.9950、预测相关系数0.9864,校正标准偏差0.2529、预测标准偏差0.4089。模型评估结果表明,两种结构都能够满足油菜籽成分的检测需求,但是光纤采集结构在采集大量样品时更具优势,验证该光谱仪能够实际应用于商业领域。

摘要： 各省、自治区、直辖市及计划单列市、新疆生产建设兵团发展改革委、工业和信息化主管部门、财政厅（局），海关总署广东分署、各直属海关，国家税务总局各省、自治区、直辖市、计划单列市税务局：为促进我国集成电路产业和软件产业持续健康发展，根据《国务院关于印发新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》（以下简称《若干政策》）和配套政策有关规定，以及《财政部、税务总局、国家发展改革委、工业和信息化部关于提高集成电路和工业母机企业研发费用加计扣除比例的公告》（以下简称《公告》）有关规定，经研究，2024年享受税收优惠政策的集成电路企业或项目、软件企业清单（以下简称“清单”）制

关键词： 移频轨道电路   分数阶特性   Q-D算法   时域分析   暂态响应  

摘要： 高速铁路信号系统中ZPW-2000型无绝缘移频轨道电路用来检查线路空闲状态、钢轨完整性以及向列车传送行车信息,是我国铁路信号系统中的重要设备。随着我国高速铁路的发展,信号系统受到外界电磁干扰的可能性也相应提高。ZPW-2000型无绝缘移频轨道电路受到外界电磁信号干扰时,会导致轨道电路错误动作,影响行车安全,因此,研究电磁干扰对轨道电路系统的影响显得十分重要。实际的电路系统中,电感和电容具有分数阶特性,整数阶模型无法准确描述电感和电容的实际电气特性。同时,现有方法对轨道电路端接频变负载及针对由集肤效应引起的频变损耗问题,具有处理难度大、用时长的缺陷。基于此,开展基于分数阶传输线理论的轨道电路暂态分析,为轨道电路抗干扰研究提供了一种新的理论参考。 首先,本文介绍了全并联自耦变压器(Autotransformer,AT)供电系统和ZPW-2000型无绝缘移频轨道电路结构,以及分数阶微积分相关理论。通过结合Carson理论、镜像法及有限元法计算各传输线的电气参数。基于理想电感和电容的整数阶模型,利用分数阶微积分理论,对实际电感、电容进行建模,通过实验确定了电感和电容的拟合分数阶次。建立了计及牵引网线路的轨道电路分数阶多导体传输线(Multiconductor Transmission Lines,MTL)系统模型。 其次,由于轨道电路中包括调谐区等,无法直接根据所建模型推导出轨道电路传输线方程表达式,对此提出在复频域内对ZPW-2000型轨道电路接收端电压进行求解。求解过程中考虑由于集肤效应引起的轨道电路频变损耗,将频变损耗纳入分数阶阻抗计算。利用改进的节点法(Modified Nodal Approach,MNA)建立系统的频域方程,并采用傅里叶变换结合商差(Quotient-difference,Q-D)算法求得轨道电路受电端时域解,本文方法通过与时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)对比验证了正确性。 最后,对不同暂态信号激励下的轨道电路受电端电压进行计算分析。结果表明,本文方法能很好地解决计及钢轨频变损耗的移频轨道电路时域分析问题,并且考虑了实际电容和电感的分数阶特性,为移频轨道电路的准确建模与高精度分析提供了一种新的理论支撑。