基于升压原理的整流电路设计

为了提高微波无线输能系统接收装置中整流电路的RF-DC转换效率，本文提出了一种新的基于升压原理的整流电路设计方法。首先，通过对整流电路的工作原理进行分析，得到整流电路的等效电路模型。然后，通过推导整流电路转换效率的公式，分析了影响整流效率的关键因素。在分析了影响整流二极管能量损耗因素的基础上，提出了用提高整流电路中整流二极管输入端的电压幅值来提升整流效率的方法。在相同的输入功率下，通过升高二极管的输入电压幅值，可以降低流过整流二极管的电流，从而减小整流二极管的能量损耗。仿真结果表明，在整流电路与功率源匹配良好的情况下，通过提高二极管的输入电压幅值明显提升了整流电路的效率，在输入功率为20 dBm时得到了最高81.25%的整流效率。该设计方法能为快速提升整流电路的效率提供指导。     

一种高压直采ADC的抗总剂量辐照设计

由于γ射线对SiO2的电离作用，会引起MOS管阈值电压负漂移和二极管死区漏电变化，负漂移和漏电变化程度随MOS管栅氧厚度增加而加大。这样在设计高压直采ADC时，实现稳定基准和低漏电开关是个难点，通常的解决方法是优化电路参数裕量和版图，但很少考虑MOS管的反型和二极管的死区漏电。重点研究了MOS器件阈值和二极管死区漏电流变化对器件参数影响的机理，并提出一种不同电源电压MOS管结合设计思路，同时考虑了减小二极管死区漏电的影响。最后，通过使用不同电源电压MOS管设计和二极管死区漏电流分析，高压ADC在50krad（Si）总剂量条件下仍能达到设计要求。     

一种高压PMOS器件低剂量辐照效应分析

对MOS器件总剂量辐照机理的研究，多从γ射线在SiO2中产生电子 空穴对，以及γ射线作用在SiO2 Si界面上产生新生界面态方面出发，分析γ射线对MOS器件的阈值影响，但很少分析γ射线对高压MOS器件漏源击穿电压的影响。文章针对低剂量γ射线对高压PMOS器件中漏源击穿电压的作用进行综合分析；重点研究了低剂量辐照情况下高压PMOS器件的漏源击穿电压特性相对于常规剂量辐照后的变化。研究表明：低剂量的γ射线会引起高压PMOS器件漏源发生严重漏电；高压PMOS器件版图设计不当时，长期的低剂量γ射线会引起高压CMOS集成电路发生功能失效的风险。     

p-GaN/n-Ga2O3结终端延伸肖特基二极管结构仿真研究

由于缺少p型氧化镓，造成调制电场十分有效的pn结结终端延伸(junction terminal extension,JTE)结构无法使用，提出采用p-GaN与n-Ga2O3之间形成pn结JTE结构，有效解决了这一问题。同时为进一步提升氧化镓肖特基二极管击穿电压提供理论指导，运用Silvaco软件对p-GaN/n-Ga2O3结终端延伸肖特基二极管（schottky barrier diode,SBD）进行了仿真研究，通过与对照肖特基二极管对比发现采用p-GaN/n-Ga2O3 JTE结构的SBD击穿电压由880V增加到1349V，代价是器件正向导通电阻略微增加，由4.68mΩ·cm2增至5.62mΩ·cm2。探究了p-GaN深度对肖特基二极管特性的影响，发现p-GaN深度由0.3μm增加到1.2μm，器件击穿电压由1349V进一步提升到1685V，同时器件导通电阻基本不发生变化。通过仿真实验证明了p-GaN/n-Ga2O3 JTE结构提升SBD反向击穿特性的可行性。     

宇航高可靠宽占空比磁隔离MOSFET驱动电路研究

基于驱动变压器的磁隔离MOSFET驱动电路已经在宇航二次电源中得到广泛应用，针对现有磁隔离驱动电路存在的问题，结合宇航应用特点提出新型磁隔离驱动电路的6条设计目标，基于此设计了一种新型磁隔离驱动电路。详细分析了该电路的工作原理，推导出参数计算公式，并完成了全面的仿真验证。该电路具有：Vgs驱动电压幅值不随占空比发生变化以确保MOSFET高效导通；工作占空比可达90%以上且无失真传输；Vgs零负压从而保证功率MOSFET单粒子性能不受影响；占空比瞬变时驱动波形无异常震荡等特点。新一代宇航高效高功率密度电源拓扑的核心驱动问题得到解决，对提高星载二次电源效率具有重要的意义。     

航天器用胶体推进器10kV高压可调束流电源仿真分析研究

近年来，随着微纳卫星编队飞行成为诸如引力波探测等领域的研究热点，推力量级更小的新兴电推进器，例如胶体推进器（Colloid Thruster，CT）的应用前景越来越广泛，尤其是对其电源处理单元（Power Processing Unit，PPU）的需求越来越高。文章针对航天器胶体推进器电源处理单元中10kV高压可调束流电源，设计了一种双管Buck Boost预稳压电路+罗耶自激震荡器+双向倍压整流的三级式电压升举电路拓扑；选取合适的电路参数，并使用电路仿真软件Saber对前级电路和后级电路分别进行仿真，以证实电路拓扑及参数选择的可行性，进而对整体电路进行仿真，验证设计的准确性。同时，选取了两种由反激构成的备选高压电路进行仿真分析验证，从中甄选出最佳的电路拓扑。仿真结果表明，设计的3种电路都能实现最高至10kV的电压输出，同时，能够实现3kV到10kV之间的大范围调节，满足胶体推进器PPU束流电源的工作指标。     

一种星载固态功率放大器用400W二次电源设计

为了满足导航卫星系统对于固态功率放大器大功率、高可靠性、轻量化的需求,文章采用移相全桥同步整流变换电路加反激变换电路匹配的拓扑方案,设计了一种星载L频段固态放大器用400W二次电源,并详细给出了二次电源拓扑结构及设计原理分析。文章重点对变压器热耗进行分析,为了更好地进行变压器散热设计,该方案创新性采用灌封主功率变压器散热方案,灌封变压器的温度从104℃降低为85.5℃,散热相比有明显改善。同时给出了实物环路测试、电性能指标对比测试以及热平衡与热仿真对比测试,电源效率92.8%,环路的相位裕量42°,增益裕度26dB。测试结果表明设计的二次电源在实现高效率大功率输出的同时,有效地实现器件的一级降额散热,满足高可靠性的批产需求。     

航天用高效率半导体激光器驱动电源

随着航天用半导体激光器功率的增加,对其驱动电源的效率提出了更高的需求,采用传统硬开关变换方式的反激已经无法满足效率要求。针对此问题,基于高可靠性器件和反激拓扑,研究一种高效率的恒流源实现方法。反激主电路采用准谐振的工作模式,谷底开通方式使其开关损耗大幅下降。利用一个电流互感器配合简单外围电路实现电流过零检测、输出电流平均值检测以及同步整流驱动三个功能,进一步降低了辅助电路的损耗。搭建了实验样机进行效率测试。结果表明:采用此设计方案的样机在额定负载下效率可以达到92%以上。     

MOSFET单粒子烧毁引起的DC/DC电源变换器功能失效试验研究

文章利用回旋加速器产生的Kr离子,对双路输出的DC/DC电源变换器开展了单粒子效应试验研究,分析了在空载和加载两种偏置条件下的试验结果,指出内部功率MOSFETs器件的漏-源端电压在单粒子辐照条件下超出了器件的击穿电压是导致DC/DC电源变换器单粒子功能失效的直接原因,最后给出了航天器电源系统抗辐射设计和功率MOSFETs器件选用建议。     

空间核电源系统整流装置设计

为满足我国未来深空探测、星表基地等空间任务电源系统的需求,针对空间核电源系统,为解决高压高频输入导致高谐波输出的问题,本文提出了利用12脉波整流器来实现交直流变换。在本文的拓扑结构中,重点研究三相三绕组隔离型变压器、三抽头平衡电抗器及LLC谐振变换器的参数设计。通过三相三绕组隔离型变压器产生30°相位差的两组电压,进而产生12脉波,三抽头平衡电抗器可以改善输出侧的电能质量。本文利用LLC谐振电路实现隔离降压,使输出更稳定,并采用Matlab中的Simulink对提出的拓扑进行仿真验证。验证成功后,对整流装置硬件进行搭建,实现了空间核电源系统整流装置的设计。结果表明:该拓扑不仅可以达到稳定的直流输出,而且具有高功率因数校正的特点。     

一种空间锂离子电池非耗散型均衡方法

针对空间锂离子电池串联使用的单体电压均衡问题,文章提出一种应用双向反激DC/AC变换器的非能量耗散型均衡控制方法。串联锂离子电池中容量较高的单体能量可以通过DC/AC变换器,在时序脉冲的控制下,经过公用母线进入容量较低的单体,从而实现单体之间电压的均衡。通过对变压器副边电压的分时采集可提供单体电压遥测,避免了高共模电压条件对测量带来的影响。文章利用Multisim软件对所提出的方法的功能和性能进行了仿真分析,结果证明了其有效性。     

防空导弹武器系统雷电浪涌的防护

介绍了浪涌的成因及武器系统产生浪涌的主要原因。指出在导弹阵地采用防雷系统措施的同时 ,武器系统要利用接地网系统消减雷电产生的地电压反击 ,在电源系统中接入 3× 1+1防雷器 ,选用适当的保护空气开关防止雷电浪涌侵入 ,在通信网络中增加浪涌抑制二极管防止线路上的尖峰脉冲。最后确定了选择雷电浪涌防护器的依据和主要原则     

起动/发电机的电压跌落补偿技术

随着飞行器和航天器上电能需求的增大,在航空航天电源系统中,一体化起动/发电机(ISG)得到了广泛应用。出于可靠性要求,通常采用不控整流来支撑直流母线。而由于电机电枢阻抗的存在,在负载变动时其供电电压会发生跌落。针对该跌落现象,提出了两种电压补偿方案,分别利用电压源型逆变器和移相全桥DC/DC变换器,分别从交流侧和直流侧对供电电压进行补偿。分析了补偿机理并设计了控制系统,分别对其搭建了实验平台。实验结果验证了两种补偿方法的有效性和供电的可靠性,并对两种方法的特点进行了比较。     

离子推力器栅极非预期电击穿评述

离子推力器栅极组件易发生非预期电击穿，不但影响离子推力器的工作稳定性与可靠性，还会对推力器栅极组件和电源造成严重危害，甚至导致其失效。文章从离子推力器地面试验现象出发，归纳评估非预期电击穿的击穿特性及机理，并在此基础上归纳评估不同电击穿类型及其危害性，最后给出离子电推进电击穿的后续研究建议。     

变压器型开关电源的五种电路结构与比较

采用高频变压器组成的开关电源电路,其核心部分——功率变换器,按其工作方式可以分为5类,即单端反激式变换器、单端正激式变换器、推挽式变换器、半桥式变换器和全桥式变换器。本文讨论了它们的工作原理、结构特点、适用范围,并分析比较了它们的性能。     

自调节模拟低通滤波器的研究

通过对有源低通滤波器，频率／电压转换器AD650及其变容二极管的特性分析，提出由信号频率来自调节有源低通滤波器截止频率的新设计方案，并对其可行性进行了分析和研究。     

NM3500/7000型盲降供电系统的改进和开发

NAVIA AVIATION公司的电源主要用于NM3500和NM7000两种设备上。本场引进NAVIA AVIATION公司的NM3500设备至今已使用六年，使用的四部电源型号均为SC-8／24—25C。自2000年至今，四部电源有两部先后发生故障，显示板不能显示。拆开电源箱，发现开关电源的调整部分故障。这部分主要有场效应管、波动调整、驱动调整、变压器T2等元器件。波动调整主要检测流过电阻R13、R14的输出电流，经过处理控制场效应管V6的导通量，减少外围负载的变化带来的电压波动。驱动调整通过H1接收显示板电路电压的调整信号，     

基于MagNet软件的36脉波整流变压器磁场仿真分析

变压器在当代社会生活中有着广泛的用途,最常用的是电力系统中的电力变压器,而特种变压器是指具有特殊用途的变压器,如整流变压器、电炉变压器、牵引变压器、接地变压器、电抗器、调压器等。特种变压器与电网中的电力变压器相比,结构更加复杂,设计难度更高,工艺制造水平要求更高。短路阻抗作为变压器的一项重要技术指标,在设计中是必须要保证的,而特种变压器由于其结构的复杂性,传统的设计计算方法很难保证最终的实测值与计算值相符,一般要经过多次修正后才能确定,当首次设计研发时,传统的手工计算无法保证特种变压器的短路阻抗能够一次合格。随着电磁场仿真软件的广泛应用,通过软件的准确仿真,特种变压器短路阻抗一次合格率大幅上升。本文通过使用电磁仿真软件MagNet对36脉波变频调速整流变压器短路阻抗的仿真过程、仿真结果有与实测值的对比,说明MagNet在特种变压器设计研发中发挥的重要作用。     

快回旋电子束波微波整流器及其应用

文章描述了把微波能量转变为直流电的回旋波整流器的结构和工作原理;分析了它在卫星太阳能电站等大功率无线输电工程应用中的优点,并与一般用于无线输电技术原理性演示和小功率输电的肖特基势垒二极管整流方法进行了比较;回顾分析了它的发展历史和研究现状;指出了今后需要进一步深化创新的有关问题;讨论了在卫星太阳能电站地面接收整流天线阵和其它电力工程中的应用前景;最后表达了作者自己的一点想法和希望。回旋波整流器从最早的理论研究、计算机模拟和实验室试品到现在准实用型的产品,已经受了30余年的漫长历程,其外观、性能正在逐步得到改进。将来高可靠性整流器的优化参数为：输入微波频率范围1GHz～10GHz,带宽0．5％～5％,输出电压高至100kV,输出功率大到100kW,微波整流效率85％～90％。     

X波段圆极化大功率整流天线研究

随着新时代能源互联网演进发展，传感器作为物联网中的最基础核心器件，对持续电源供给的需求与日俱增。采用无线能量传输可以实时便捷的为此传感器进行能量供给。现有成熟的整流天线设计多集中在5.8GHz以下，更高频段且大功率的整流设计鲜有涉及。本文重点研究一款工作在X波段的圆极化大功率整流天线，主要包括天线和整流电路优化设计2部分。天线采用圆极化设计，工作在9.6GHz频段，在0到45。的宽角度范围内都具有良好的圆极化轴比，可以灵敏的接收能量信号。整流电路基于双管并联结构和短路匹配支节进行设计，实测在1W的输入功率下可获得50%的整流效率。最后进行天线和电路的整合，并进行实测，300mW的发射功率下，在负载为40欧姆的情况下可获得1.25V的输出电压。实验结果表明，该结构可以有效的实现远距离能量传输。