低温功率器件驱动电路实验研究

低温电力电子技术的发展日益得到重视,主要是由于功率器件(如功率MOSFET和IGBT等)在低温下表现出更好的性能,如更低的通态阻抗,更高的开关频率等.为了实验测试和充分利用功率器件在低温下的这些性能,急需寻找或设计可以在低温下稳定可靠工作的功率器件驱动电路.我们在对目前商业化的驱动芯片进行分析的基础上,从中挑选了三种在低温下进行实验,对其输出波形随温度的变化进行研究,首次发现了可以在-196℃(77K)稳定工作的驱动芯片,其驱动性能基本能够满足低温下驱动功率器件的要求,为功率器件低温特性测试及低温功率变换电路的设计奠定了坚实的基础.     

基于热膨胀效应的可调光功率分束器设计

可调光功率分束器是集成光子系统中的重要功能器件,其光功率输出具有动态可调控特性,诸多光子系统对其有着广泛需求.本文基于空隙槽型Y分支波导结构,利用热膨胀效应,提出了一种新型可调光功率分束器实现方法,通过调控温度来改变分支处空隙槽的宽度,以实现其分支波导的光功率输出的动态变化.采用有限元方法,对其热膨胀形变和光学性能进行了模拟分析.其模拟结果表明,该器件能实现大范围光分束调控,且对波长和偏振态依赖性低;同时,该器件具有结构简单、易于设计和制作、易于调控等优点,这种新型器件在各种光子系统中具有重要应用前景.     

基于单片机的激光发生器的驱动电路设计

为了更有效地控制和调节激光器的温度与功率,设计了一种基于STC11F08XE单片机控制的具有温控和功率控制功能的激光发生器驱动电路。通过使用ADN8830芯片的温度控制功能和ADN2830芯片的功率控制功能实现激光器的温度控制,同时能够手动改变激光器的输出功率。实验结果表明,该系统温度控制模块能够稳定控制激光器温度,使目标温度误差低于0.01 ℃,波长可以在1 535.17 nm~1 563.24 nm之间变动。功率控制模块可实现手动控制,激光器功率在0~10 dBm间变化,误差在0~0.05 mW之间。     

GaN基半导体新热点:从半导体照明到功率电子器件

Ⅲ族氮化物(又称GaN基)宽禁带半导体属于新兴的第三代半导体体系,在短波长光电子器件和功率电子器件领域具有重大应用价值。过去10多年,以蓝光和白光LED为核心的半导体照明技术和产业飞速发展,形成了对国家经济和人民生活产生显著影响的高技术产业。近年来GaN基功率电子器件受到了学术界和产业界的高度重视,形成了新的研发和产业化热点。首先介绍了半导体照明技术和产业的发展历程和现状,分析了当前GaN基LED芯片技术面临的关键科学和技术问题;然后重点介绍了GaN基微波功率器件和电力电子器件的发展历程和动态,包括微波功率器件已经取得的突破性进展和产业化现状,电力电子器件相对Si和SiC同类器件的优势和劣势,并对GaN基功率电子器件当前面临的关键科学和技术挑战进行了较详细的分析。     

基于固态功率控制器的器载配电器的BIT设计技术研究[BT)]

航空航天飞行器发展迅速,用电设备数量增多,飞行任务复杂性增大,对飞行器配电系统的智能程度以及可靠性提出更高要求。配电器是配电系统的核心设备,为飞行器所有用电负载设备分配电能,其性能的优劣直接影响到飞行任务的成败,BIT（Built-In Test）技术是一种能够显著改善系统或设备测试性能和诊断能力的重要手段。研究了以固态功率控制器为核心器件的配电系统总体方案,对固态功率控制器的故障模式与测试方法进行了分析,给出了测试点设计和优选方法,通过故障诊断能力计算结果表明BIT设计技术可提高配电系统的可靠性和智能化程度。     

激光照明用驱动电源的设计

设计了一种功率可调式激光器驱动电源,包括驱动电路和温控电路,实现了对激光器的直接强度调制.采用慢启动、断电保护、过流保护等多种技术较好地提高了电源的工作性能.基于温控技术设计了一种实用的温控电路,保证激光器在较宽的温度范围内安全正常工作.通过理论分析,探讨了提高调制带宽的方法.该电源输出电流0～2 A,可以同时驱动多个并联大功率激光器,工作性能稳定可靠,具有广泛的应用价值.     

“LPP-EUV”光源中的高功率CO_2激光监测与控制系统

为了满足激光诱导等离子体（LPP）体制下极紫外（EUV）光源对CO2激光器提出的稳定性需求,建立了简化的CO2激光传输系统模型,根据光束稳定性需求对光束功率、指向和位置的监测与控制方法进行了理论和实验研究。根据高功率CO2激光传输系统特点,在实验室内建立了上述光束监测和控制实验系统,包括光束功率控制模块、光束指向控制模块和光束参数监测模块,其中光束参数监测模块可实时测量光束功率、指向、尺寸及发散角等重要参数。仿真与实验结果表明：光束功率控制模块对线偏振激光功率的控制接近1%～100%,光束指向控制模块实现的光束指向稳定度在10μrad以内,可满足CO2激光驱动源的高稳定性要求。     

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应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

HIAF-BRing电源样机模块故障联锁保护系统设计与实现

强流重离子加速器装置（HIAF）的增强器（BRing）二极铁电源样机采用多模块串并联的全储能快循环脉冲电源实现方案,电源功率达到MW级。由于电源规模庞大和功率巨大,为了在运行中迅速保护电源设备,设计并实现了一套双冗余的基于可编程逻辑控制器（PLC）、模块故障联锁板和现场可编程门阵列（FPGA）的模块故障联锁保护系统,利用硬件和软件同时对电源功率单元模块实施故障检测、故障传递和故障保护。设计完成后分别从电源联锁环路的响应时间、核心控制板故障引发电源环路联锁的总时间和设备故障响应等三个方面进行测试,测试结果表明,在电源发生故障时,模块故障联锁保护系统满足电源样机对实时性和可靠性的要求,达到设计目标。     

12kW二极管泵浦激光模块

二极管泵浦固体激光器（DPL）具有寿命长、热负载小、结构紧凑等优点，在工业加工、军事、通讯等领域都得到了广泛的应用。在高光束质量、高平均功率DPL激光器的研究中，目前普遍采用MOPA结构的光路布局——由谐振腔产生出低功率的单横模激光输出，经多路放大后达到满足需求的功率水平。而激光放大模块作为放大光路中的核心部件，其增益分布特性将直接影响到光束放大过程中的波前变化，因此如何在提高激光放大模块储能的同时提高模块增益分布的均匀性，从而减少光路放大过程的波前畸变，对于进一步研制高平均功率、高光束质量的半导体泵浦固体激光器具有非常重要的意义。     

EAST低杂波电流驱动的数值模拟

应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

模块化固体开关脉冲功率源触发技术

为满足高功率脉冲源小型化和高重复频率运行的研制需要,提出了一种基于固体开关(可控硅)的电感隔离型高压脉冲发生器触发控制设计方案。这种方案采用光纤收发器件及其驱动电路和高耐压脉冲变压器,研究了固体开关脉冲功率源控制技术中的触发信号高压隔离、光分多路及脉冲变压器分立或并联使用等关键技术。给出了单模块触发控制电路的设计及测试结果:5级LC回路在每级充电电压4 kV输入时,实现最终32 kV的输出,功率源模块输出/输入电压转换效率达到80%。同时对其应用特点进行了分析和讨论。     

二极管泵浦高能激光研究进展和展望

高能激光广泛应用于材料加工、科学研究、空间碎片清除、军事应用等领域。二极管泵浦高能激光具有结构紧凑,系统简单、全电驱无限弹仓的特点,近年来,各类二极管泵浦高能激光围绕着同时实现高功率、高效率、高光束质量这一总目标发展迅速。详细综述了国内外高平均功率块状固体激光、高功率可见光波段激光、高峰值功率激光、高功率光纤激光、碱金属蒸气激光等二极管泵浦高能激光的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

功率器件热性能的测试与分析

本文利用红外热像仪测温系统,系统地对三种典型的航天用功率器件进行了测试和分析。研究结果对功率器件可靠性分析具有重要的作用。同时对功率器件进行了数值模拟,在定性方面可为器件的热设计提供改进方向和合理方案。     

T/R双模微波功率模块技术及其应用

微波功率模块（MPM）是真空电子器件和固态电子器件组合而成的一种新型微波功率器件,具有频率高、频带宽、功率大、体积重量小等特点,它使常规行波管的应用变得更加便利和广泛。现代战争向雷达、电子战综合一体化方向发展,这就要求功放既能工作在高峰值功率、低占空比的高模工作方式,也能工作在低峰值功率、准连续波的低模工作方式,针对这一需求,结合电子系统收发共孔径的要求,提出了T/R双模MPM技术。T/R双模MPM技术的核心是T/R双模行波管,基于三端口双向T/R行波管,通过在慢波系统的衰减器附近设置一个耦合口,实现行波管的信号反向接收功能;通过T/R双模行波管设计、双模放大均衡组件、双调制栅极电源等技术实现MPM的双模双向功能。T/R双模MPM应用前景广阔,特别是在基于无人机平台的作战应用中的具有明显优势。     

硫化锌电致发光材料在智能可穿戴领域研究进展

近年来,伴随着柔性电子产业的快速发展,发光显示作为可穿戴集成器件中必不可少的组成部分,人们对其提出了柔性、可拉伸性、自愈合性等额外的需求。基于硫化锌材料的电致发光器件由于发光寿命长、发光组件结构简单等优点,在智能可穿戴领域得到了广泛的研究和关注。本文对硫化锌电致发光材料在智能可穿戴领域的研究进展进行梳理和总结,主要介绍了硫化锌电致发光材料的发光机理、研究热点及未来应用,以期对智能可穿戴领域起到有益的启示和指导作用。     

基于电力电子低温应用的超导电力集成研究

本文探讨了基于电力电子低温应用的超导电力集成的基本概念,分析了集成设计的基本原理.提出了超导集成低温功率系统应用的三种基础单元:超导集成低温DC/DC单元、超导集成低温AC/DC单元以及超导集成低温整流桥单元.它们将电力电子低温应用与超导电力应用有机的集成了起来,实现了无引线磁体功率系统、电压补偿型超导限流器以及无需偏压源的超导限流器等新的超导电力应用.最后讨论了实现超导集成低温功率系统的关键技术.     

快中子脉冲堆快响应功率保护系统研制

快响应功率保护系统的主要功能是对爆发脉冲时的快中子脉冲堆实施快速超功率定值保护。在快中子脉冲堆爆发脉冲时，堆系统处于超瞬发临界状况，反应堆功率迅速上升。当堆系统功率超过与快响应功率保护系统设定保护阈值相对应的功率时，快响应功率保护系统输出保护电平信号和触点信号至报警和安全保护系统，使主传动快退，反应堆自动解体，从而保证反应堆能及时从超临界状态转为次临界状态，防止反应堆因积分功率过高可能出现的毁损事故发生。     

紫外光通信用日盲型LED研究进展

紫外光通信在激光雷达、战术通信、航空航天内部安全通讯和片上集成通信等领域有着重要应用前景。传统的紫外光通信LED光源的调制带宽窄、输出光功率低和制造工艺复杂等缺点限制了它在长距离、高速率通信和片上集成通信领域的广泛应用。实验表明，增加单个器件发光面积可提升光输出功率，但增加的器件电容对带宽提升是不利的，因此紫外光通信LED未来的重要研究方向是提升并优化带宽的同时增加器件的光功率密度。UVC Micro-LED器件有着光提取效率高、时间常数小、载流子寿命短、调制速率快及工作电流密度高等出色性能，因此在通讯领域受到科研界和工业界的广泛青睐。本文总结了紫外LED、特别是UVC MicroLED的相关研究进展，并重点介绍了它们在光通信及其片上集成互联方面的应用。研究发现，对UVC MicroLED及其阵列制备与性能提升加强研究，是未来提升自由空间和片上互联紫外通信系统性能的最佳解决方案之一。     

光阴极注入器驱动激光器的调试与测量

光阴极注入器可产生高亮度电子源，广泛用于自由电子激光研究中。光阴极注入器包括：驱动激光器、光阴极制备室、光阴极RF腔、高功率微波功率源及测试设备等，其中驱动激光器的性能和工作稳定性是影响实验成功的关键。由于泵浦二极管的性能明显下降，种子光振荡器的输出降低，导致光阴极注人器输出束流降低，为恢复光阴极注入器的性能，更换了激光二极管，将新的激光二极管泵浦模块安装好以后，要对驱动激光系统进行仔细的调试与测量。