固态配电技术在航天器中的工程应用

随着航天事业的发展,新一代航天器规模越来越大,相应的电子设备也随之增多,设备用电需求变得更加复杂,供配电系统也在不断地由传统式向着智能化方向发展,同时,为了提升运载能力,要求设备进行智能化、集成化设计,传统基于继电器的供配电系统在智能化、可靠性等方面已不能满足需要,采用固态配电技术是当前的发展趋势。介绍了固态功率控制器在航天器中的技术应用,采用固态配电技术设计了高可靠智能化供配电系统,满足了航天器中复杂的供配电需求,提出并解决了固态配电技术工程应用中的大电流配电、负载的开通关断、机内检测及保护设计难点,为固态配电技术在未来航天器中的工程应用提供了成功实践经验。     

CiADS固态功率源的可用性设计与分析

ADS加速器面临的一大技术挑战是高可用性要求,进行固态功率源可用性设计是为ADS加速器的可用性设计与分析做准备。首先对CiADS的可用性要求进行了分配,固态功率源的分配结果为0.999;然后对固态功率源进行了初步可用性设计,分析的结果无法满足要求;最后对固态功率源进行了冗余设计,使用Reliasoft软件建立了固态功率源的可靠性框图,分析结果显示:满足一定的维修条件下,当其他元件的平均故障间隔时间（MTBF）达到171 702 h,25/28冗余设计可以满足0.999的可用性要求。One of the challenging technologies of ADS is the high availability requirement. The availability design of the solid-state amplifier is the preparation for ADS. Firstly the availability requirement of CiADS is proposed as 0.8. The distribution result of the solid-state amplifier is 0.999 according to this requirement. Then the availability result shows the preliminary design of solid-state amplifiers can not reach the availability requirement. At last the power loss is considered to build the k/N redundancy model of the main amplifier and the mean time between failure (MTBF) is calculated for various redundancy models. The reliability block diagram of the solid-state amplifier is set up by Reliasoft and the simulation results show that the 25/28 redundancy model can meet the requirement 0.999 when MTBF of other components reaches 171 702 hours with the certain maintenance.     

基于IEEE1451.2标准的传感器智能化研究与实现[BT)]

为解决不同类型传感器互不兼容的问题,在研究IEEE1451标准基础上,提出了统一传感器的TEDS接口;为实现温度传感器AD590的智能化,介绍了IEEE1451.2标准下的智能传感器接口模块STIM的实现方案;利用MATLAB软件生成传感器电子数据表格(TEDS),导入FPGA的ROM IP核,同时结合了软件虚拟TEDS和硬件TEDS的优势;利用FPGA作为中央处理单元控制主从总线适配器之间的数据传输。设计了热插拔保护电路,提高系统工作可靠性;最终在系统平台上,实现了传感器即插即用和自我管理信息的功能。      

强流RFQ的固态功率源模块故障分析

用于中科院近代物理研究所的ADS项目中的射频四极加速器(RFQ) 的新RF系统在2017年初升级,原来的电子四极放大器被两个新的固态功放(SSA) 所替换,它们是两台相同的额定功率为80 kW的功率源,通过两个相同的耦合器在腔内合成至少100 kW的功率。但是对于SSA来说,为了功率组合,太多的功率模块的振幅和相位进行了调整和优化,一个或几个损坏的环形器(包括吸收负载) 可能导致整个射频系统的失效。特别是,根据实验和仿真,发生失配问题后,如果两级合成器之间的传输线电长度满足某一特定条件时,系统的散射参数会有很大的波动,甚至切断。详细介绍了北京北广科技股份有限公司用于模拟多级合成放大的模拟方法、放大链路的故障分析及相关实验情况。     

MCNP5在固态燃料熔盐堆功率分布计算的应用

采用蒙特卡罗输运程序MCNP5对固态燃料熔盐实验堆(TMSR-SF1)能量沉积比例及功率分布进行了计算分析。针对MCNP5不能处理缓发β及缓发γ的能量沉积问题进行了类比等效处理。对固态燃料熔盐实验堆在寿期初、寿期中、寿期末相应的能量沉积比例及功率分布进行了研究。通过计算发现,固态燃料熔盐实验堆内燃料球相比于压水堆棒状燃料元件(95%~97%左右)而言,能量沉积比例有所偏小,约为93%。同时,由于堆芯功率分布均匀,功率峰因子较小(约1.5),堆芯安全性较好。     

光网络中基于模糊PID控制器功率补偿研究(英文)

为了限制光链路中传输功率物理损伤的影响,引进了基于模糊识别的模糊PID控制器进行功率补偿.该控制器结合了PID控制器和模糊控制器,在不改变PID控制参数的情况下能够完成在线、实时的功率补偿.通过Optisystem和Matlab搭建联合仿真平台并检验控制器的性能.仿真结果表明该控制结构能够较好地调整信道功率并实现光信噪比的优化.     

射频等离子体光源高效固态功率源的设计

针对射频等离子体光源(LEP)开发了一种较高抗负载失配能力的高效驱动功率源.采用三次谐波开路和偶次谐波短路,并利用集总参数和分布参数相结合的拓扑结构,实现了谐波控制的高效F类功率放大器;利用单片机控制固态源的工作频率,使其与光源谐振频率的变化一致,减小功放输出的驻波比,提高长期可靠性.对高效固态功率源进行连续波满功率测...     

基于时分复用技术的组网地基雷达半实物仿真系统[BT)]

该套基于时分复用技术的组网地基雷达半实物仿真系统,包括L波段雷达半实物系统、P波段雷达以及P波段雷达功能级数学模型。三个系统联合工作,更加完整的模拟战场元素,提高了仿真逼真度与可信度。此外针对半实物模型与功能级数学模型应用时分复用技术,缩减了设备成本,简化了试验方法,降低了试验难度。     

固态Marx发生器的过流保护研究

具有快速上升沿、低开关损耗的SiC MOSFET已逐渐在固态高压脉冲电源中使用。针对固态Marx发生器中的常见短路故障,分析了SiC MOSFET的过流损坏机制,提出了一种新型的带过流保护的驱动系统。该驱动系统不仅实现了宽驱动信号同步输出,同时能够在整个SiC MOSFET导通期间提供过电流钳制效果。驱动系统中的保护电路利用SiC MOSFET门极电压与漏极电流的关系,通过单个采样电阻和一对反向串联的稳压管将SiC MOSFET门极电压拉低的方式来限制过电流。实验结果表明：当开关管的导通电流较小时,虽然门极电压会有轻微下降,但是SiC MOSFET的导通阻抗仍然很低;而在过电流故障发生时,门极电压会被快速拉低,开关管的导通阻抗急剧上升,从而迅速将导通电流钳制在安全范围内。     

基于MOSFET的6×10单元快速固态调制器

 利用快速高重复频率的脉冲凸轨技术可以实现合肥光源的光脉冲间隔的可调。为了获得这一快速高重复频率的强流短脉冲,采取基于MOSFET的固态调制器技术。设计出了一套10路MOSFET开关并联、6级感应叠加的实验样机结构,包括快速时钟信号产生、功率驱动电路设计、感应叠加式阵列结构。样机获得了底宽为100 ns、重复频率20 kHz、峰值电流60 A、峰值电压2 kV的功率脉冲。     

Design, Calculation, and Experiment for the Quasi-Optical Power Combiner of Solid State Source in 3 mm Band

It is described that novel Quasi-Optical Power (Q.O.P) Combiner of Solid State Source (S.S.S) in 3 Millimeter Wave (M.M.W) band in this paper. The paper explains with emphasis methods for design, calculation and experiment of the Q.O.P. Combiner.     

用相对强度法测量固体推进剂火焰温度分布

许多高温体如火焰,由于本身伴随着非常复杂的化学反应,辐射出的光谱非常复杂。这些光谱通常包括连续谱、谱线和谱带三部分,而且在许多情况下谱线非常密集。如果用谱线强度法测温,就会发现由于谱线非常密集,很难找到合适的孤立谱线。文章针对这些密集谱线,在特定条件下提出用多条谱线的总强度代替一条谱线的强度来测量温度的方法,改进了常用的相对强度法表达方式,使用密集谱线的总强度与另一条谱线强度的比值来计算温度,成功测量了固体推进剂火焰的温度分布,并将结果和热电偶测量的结果做了比较。     

EAST极向场电源本地控制器软件设计与实现

本地控制器是EAST (Experimental Advanced Super—conducting Tokamak)极向场电源控制系统重要的子系统,实现对12套电源系统的实时控制,设备状态监控以及系统保护。本地控制器采用主从结构的实时控制软件架构,共享内存实现内部数据传输,脉冲式消息传递触发进程执行;通过现场总线、硬件板卡、反射内存网络等与现场设备和主控制器进行数据传输;通过数字移相板卡实现对整流器的环流、四象限等运行控制。经实验测试,该设计运行稳定,能满足极向场电源控制系统对本地控制器的实时性可靠性的需求。     

LD侧面泵浦固体激光器泵浦光分布模拟

利用Gauss光束通过光学系统的变换规律,将激光二极管阵列发出的光作为Gauss光束处理.应用矩阵光学方法,解析分析与数值模拟相结合,给出了激光二极管阵列侧面泵浦棒状固体激光介质内泵浦光的强度分布.比较了侧面环绕激光二极管阵列数量不同时泵浦光分布的均匀性;以及考虑准直系统后,不同准直透镜焦距时,晶体内泵浦光半径的大小;同时针对泵浦光在晶体内聚焦时的情况进行了简单讨论.将半解析法与光线追迹法所得结果进行了比较,二者十分相近,但前者计算要简单得多.     

Multi-User Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution Based on GHZ Entangled State

As a multi-particle entangled state, the Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) state plays an important role in quantum theory and applications. In this study, we propose a flexible multi-user measurement-device-independent quantum key distribution (MDI-QKD) scheme based on a GHZ entangled state. Our scheme can distribute quantum keys among multiple users while being resistant to detection attacks. Our simulation results show that the secure distance between each user and the measurement device can reach more than 280 km while reducing the complexity of the quantum network. Additionally, we propose a method to expand our scheme to a multi-node with multi-user network, which can further enhance the communication distance between the users at different nodes.     

全固态碟片激光器的多孔泡沫热沉传热特性研究

高功率全固态碟片激光器在运行中产生的热透镜效应会引起激光器输出功率降低、光束质量退变,针对该问题本文将多孔碳化硅泡沫和毫米通道引入到全固态碟片激光器的换热热沉中,并将其应用于多冲程泵浦的全固态碟片激光器.利用有限元分析软件对其结构模型参数进行了优化,当碳化硅厚度为2 mm,孔隙率为40%,入水口压力为4 kg(0.4 MPa)时,系统理论换热系数为1.51×10^5 W/m^2·K,实验测量结果为1.45×10^5 W/m^2·K,理论和实验结果较为接近,验证了理论模型的正确性.最后利用该新型热沉搭建了基于Yb∶YAG的24冲程全固态碟片激光器实验装置,获得输出功率为393 W,波长为1030 nm的连续激光输出,光-光转换效率达到52%,光束参数乘积为5.918 mm·mrad.     

基于现场总线的高隔离度可调直流电源嵌入式控制器设计

模块级联是用于绝缘实验所需的高性能对称双极型矩形波脉冲电源的一种方法,为实现级联,需要有能够协调工作的高隔离度直流电源。设计出嵌入到各电源的板级嵌入式控制器BEC,使各BEC作为从节点利用RS485接口和ModBus协议与嵌入式主控制器EHC构成一个主从式现场总线网络,并在主节点EHC的控制下协调工作。利用BEC内的STM32F103C8处理器产生隔离DC-DC桥的互补PWM控制信号和高隔离输出电压,并进行电流和输出电压的隔离检测。由基于电流切换的变参数增量式数字PI算法来确定脉冲宽度值,产生Buck调压电路的闭环PWM控制信号,实现输出电压的调压和稳压控制。实验结果表明该嵌入式控制器能够满足级联式对称双极型矩形波脉冲电源对高隔离度可调直流电源的需要。     

基于FPGA和SSPC的智能配电系统设计与实现

航天及航空领域智能配电技术发展迅速。配电系统是航天及航空飞行器的重要分系统,其性能的优劣直接影响到飞行任务的成败,为了提高配电系统的可靠性和灵活性,提出了基于FPGA和SSPC的智能配电系统设计,从航天及航空飞行器智能配电技术的发展现状出发,具体阐述了该系统总体方案的设计思路及关键技术,同时分析了采用FPGA、SSPC和总线通信带来的控制灵活、易于实现故障隔离和系统重构、可靠性高以及系统重量轻等诸多优点。该系统已开展了相关的试验验证,试验结果表明该系统稳定可靠,具有广泛的应用前景。     

车载控制器浪涌抑制技术研究

车载控制器电源部分的可靠设计是保证控制器正常工作的关键。其中,车辆电气环境中沿电源线的瞬变传导骚扰是造成车载控制器失效的一个重要原因。为了实现对车载控制器电源部分瞬态传导干扰的抑制,同时通过国际标准ISO 7637-2《道路车辆——由传导和耦合引起的电骚扰：第2部分沿电源线的电瞬态干扰》的测试,对车载控制器浪涌抑制及电源保护的几类常用设计电路进行了研究,比较了各自的优缺点,再结合ISO 7637-2的测试经验,提出了一种简单可靠的浪涌抑制电路的综合性设计方案。试验证明该电路设计能够完全通过ISO 7637-2的测试,特别是能够连续通过5a测试脉冲,具有良好的浪涌抑制性能及很高的可靠性,与设计要求相吻合,可以广泛地应用于车载控制器的电源保护和浪涌抑制上。