基于V_(Ee)反馈控制的大功率IGBT软开关驱动策略

基于大功率IGBT开关特性,提出一种多级门极电阻驱动及故障保护电路。利用IGBT发射极上寄生电感在集电极电流变化时产生的感生电动势V_(Ee)作为反馈信号,通过电压比较电路来分阶段接入不同阻值的门极电阻,能够有效降低开关过程中的电压电流尖峰,以及缩短开关时间,减少开关损耗,实现IGBT软开关;并且基于反馈信号判断是否发生硬短路,在短路时利用改进型有源钳位电路,在抑制关断过电压的同时,进一步的加快关断过程,降低关断损耗,防止过电压故障损毁IGBT。在saber软件中对英飞凌FZ1500R33HE3型号大功率IGBT进行仿真,仿真结果达到预期效果;并通过双脉冲实验,验证了该驱动方案的实际合理性。     

IGBT模块键合损伤机理、演化规律及状态监测

探究绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块键合损伤机理、演化规律和状态监测方法是电力电子器件及系统可靠性研究的重要内容之一。首先,理论分析键合损伤及其演化趋势是键合线所受电动力与键合点所受剪切应力协同作用的结果,梳理键合损伤演化的正反馈过程;然后,仿真分析键合线、点的热-力场,定量研究键合损伤及其成因的演化规律,结果表明键合线电动力与键合点剪切应力既是键合损伤及其演化的诱因,又明显受到键合损伤的影响;再后,等效电路分析和试验研究基于栅极电压密勒平台高度和集电极电流的键合电阻监测方法;最后,提出风电IGBT键合电阻在线监测的局限性及关键问题的解决方案,设计在线监测程序,并提出基于键合电阻百分比增量的键合损伤五等级状态评估方法。     

键合线故障下IGBT的电磁干扰特性研究

电力电子装置中的IGBT模块存在多种故障类型,键合线脱落故障是其中最常见的一种,如何判定IGBT发生键合线脱落故障成为一个研究难点。通过分析键合线的脱落机理和发生故障时对IGBT开关过程的影响,可以得出键合线故障会导致IGBT模块工作过程中产生的电磁干扰变大,然后通过实验进行验证。结果表明,通过监测回路中电磁干扰强度来诊断IGBT模块发生键合线脱落故障是可行的,且具有一定的工程实际意义。     

基于有限元仿真的IGBT模块的应力应变分析

IGBT模块是变流器的主要部件,也是功率波动和热冲击的主要承受者,其可靠性直接决定了变流器的可靠性。为研究IGBT模块在老化过程中的应力应变特性,从而进一步从物理机理上分析模块老化失效情况,利用COMSOL软件进行有限元仿真,模拟了模块在损耗加热情况下的应力应变情况。分析了在键合线,键合线焊接点以及焊料层上应力应变较大的原因。总结了应力应变与模块温度、热通量、膨胀系数之间的关系,还通过人为添加空洞的方式,分析了焊料层空洞对模块状态的影响。     

双面二维硅微条探测器的沾污失效分析及修复

硅微条探测器通过微电子工艺制作,易因沾污导致性能下降甚至失效;裸露的键合引线,也易因机械力形成隐性或显性失效。对上述现象的研究可用于修复、维护探测器并在设计和工艺流程中改进其性能。本文通过光学、电气手段分析其结构和制作工艺流程,根据沾污性质在不同条件下清洗探测器,中测后根据芯片图形、封装方式和电气要求修复探测器,最后采用同位素α能谱测试修复效果。对一块沾污后失效(无法加载偏压)的硅微条清洗后在大气环境,N面接地,P面加载负偏压条件下进行了测试,结果显示:170 V全耗尽,平均漏电流2.94μA,5.486 MeV的α峰能量分辨率约1.28%。失效键合所在条的另一面各条能谱观测到假峰,键合修复后消除。因沾污失效的硅微条探测器经过合适的清洗、修复,部分可以恢复性能,但清洗对表面和结构有损伤,须谨慎。另外,键合失效后,因信号不能引出导致的电荷积累会通过电容效应影响其它灵敏区。文章提示,探测器应存放于洁净,恒温,低湿度,避光,避强电磁干扰的环境,以提高能量和位置分辨率,并增加工作稳定性,延长使用寿命。     

热超声键合PZT阻抗和功率动态特性研究

鉴于热超声芯片封装工艺的键合点空间高度局部化和时间瞬态性等特点，通过分析系统前端PZT阻抗和功率的动态变化规律，研究了芯片金球凸点与基板的键合过程及键合质量。结果表明：对于恒压源的键合系统，PZT换能器电流、阻抗及功率信号可表征键合过程的动态变化，且可将金球凸点与基板键合过程分为初始、平稳、结束三个阶段；键合环境的变化反映在PZT阻抗和功率变化之中，且PZT阻抗和功率与键合强度存在直接关系。试验及分析表明，PZT换能器阻抗和功率变化反映了金球凸点与基板键合过程及键合质量的差别，可用以分析整个键合系统。     

基于硅硅键合技术的高精度压力传感器的研究

硅压阻压力传感器核心部件一般是由单晶硅和玻璃组成的微结构,由于单晶硅和玻璃的材料特性存在差异,在制造过程中会引入封装应力对传感器的性能产生不利影响。采用硅硅键合技术制造压力传感器核心部件的微结构,以同质材料替代异质材料实现器件的封装,可有效减少封装应力,提升压力传感器的性能。文中通过结合硅压阻压力敏感芯片的制造工艺和硅硅键合工艺,实现了敏感芯片与硅衬底间的硅硅键合,键合强度达到体硅强度。研制的差压型压力敏感芯片装配成传感器的零点温度漂移下降60%,静压误差下降约1个数量级。     

一种低寄生电感IGBT半桥模块

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)半桥模块的寄生电感在实际应用中会引起芯片过电压及较大的关断损耗、电磁干扰等问题,设计了一种采用新型芯片布局方式的模块结构。设计中考虑了半桥模块在电力电子电路中的工作方式与模块内部各元件的工作状态,分析了通路寄生电感的作用机理,将工作在同一换流回路中的各元件放置在一起,减小了模块内部换流通路的长度,从而减小了其带来的寄生电感值。为保证功率模块封装的兼容性,制作了具有相同封装尺寸的传统商用型IGBT半桥模块与采用了新型芯片布局方式的IGBT半桥模块,搭建了电感测试电路对制作完成的两种模块进行公平地测试比较。实验结果表明,在模块和外部电路接口不变的情况下,新型模块的寄生电感比传统型减少了35%。     

硅衬底氮化镓功率器件关键技术研究

旨在研究硅基GaN功率开关器件产品关键技术和工艺。采用低成本硅衬底,通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN薄膜和GaN/AlGaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)。利用现有成熟硅半导体工艺设备和硅衬底GaN薄膜芯片制备关键设备,研究硅基GaN功率器件工艺融合技术,基于压痕散热片和多铝线封装工艺,改善大电流注入下芯片的电流分布,提高产品可靠性。     

一种基于Au-In共晶的低温键合技术

介绍了Au-In键合在MEMS芯片封装中的应用.根据现有的工艺设备和实验条件对制备铟凸点阵列进行了工艺设计,对铟凸点制备技术进行了研究,最终在硅圆片上制备了6 μm高的铟凸点阵列.在150～300 ℃下成功地进行了Au-In倒装键合实验.在300 ℃,0.3 MPa压力下键合的剪切强度达到了5 MPa.     

飞行时间质谱仪射频四极杆驱动器的研制

针对自制垂直引入式飞行时间质谱仪（orthogonal extraction time-of-flight mass spectrometer, O-TOFMS）的需要,运用直接数字频率合成 (direct digital frequency synthesis,DDS)技术,研制了射频四极杆的高压射频驱动电路装置。该驱动器频率可调范围为0.5~2 MHz,幅度最高达到1 000 Vp-p。该射频四极杆驱动器（radio frequency quadrupole driver,RFQ Driver）可用于分子离子反应器（molecule ion reactor,MIR）和RFQ驱动,其结构简洁、成本低、性能稳定可靠。     

UPLC-MS/MS测定二苯甲烷二异氰酸酯

建立了二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）的超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）联用的分析方法。实验用甲醇作衍生试剂,将二苯甲烷二异氰酸酯衍生成二苯甲烷二氨基甲酸甲酯（MDC）,通过测定二苯甲烷二氨基甲酸甲酯来确定二苯甲烷二异氰酸酯的含量。实验采用Waters Acquity BEH C18超高效液相色谱柱,甲醇-0.1%甲酸作为梯度洗脱液,二苯甲烷二氨基甲酸甲酯在1.5 min内与其他化合物进行完全分离,经四极杆质谱选择离子监测模式检测。线性范围为2~100 μg/L,检出限为1 μg/L,相关系数0.999 4。考察了水、甲酸、甲酸铵流动相体系,以及进样量大小对样品的分离效果,发现甲酸流动相体系的分离效果优于其他两种流动相体系,同时发现在进样量大时出现平头峰。并且在优化条件下,对实际样品中游离的二苯甲烷二异氰酸酯进行了测定。     

从光电容积图中提取脉搏率、呼吸率和心率的新方法

光电容积描记图(PPG)是一种利用光学技术无创检测人体心血管脉搏波的方法。PPG信号来源于MIMIC数据库,它含有许多生理信息。本文提出了将集合经验模态分解(EEMD)、倒谱、快速傅里叶变化和过零点检测相结合的方法,从PPG中可靠地估算脉搏率(PR)、心率(HR)和呼吸频率(RR)。首先,将PPG信号通过EEMD分解为有限个固有模态函数(IMF)。因为EEMD有自适应滤波特性,所以估算不同的生理参数时,可以用不同的IMF分量来重构信号。其次,估算脉搏率时,舍去低频含有伪迹的IMF,再通过过零点检测可以得到瞬时脉搏率。然后,估算心率时,用1 Hz~1.67 Hz(60次/分钟~100次/分钟)的IMF来重构信号,再求倒谱,选取反映心脏活动的频带来得到心率。最后,估算呼吸率时,用0.05 Hz~0.75 Hz(3次/分钟~45次/分钟)的IMF来重构信号,然后对呼吸信号求快速傅里叶变化得到频谱图,寻找频谱图中的峰值得到呼吸率。对来自MIMIC数据库的53个成人PPG信号进行了仿真。仿真结果表明使用该综合信号处理方法提取的生理参数与实际生理参数一致,且该方法有运算量小,精确度高的优点(误差不超过1.17%)。     

Rapid one-of-a-kind production

To shorten the product development cycle time and reduce the cost at the same time, which is very critical for the survival of those small and mid-sized one-of-a-kind production (SMOKP) companies, various computer communication, simulation and computer aided engineering and management techniques have been widely used in these SMOKP companies. However, according to our study, the applications of these advanced computer technologies in these SMOKP companies are lack of system integration and synergy, which result in communication errors, reworks, duplications and hence a longer product development lead time and a higher cost. To solve this problem, an inter/intranet based computer aided rapid product development system is presented in this paper. This system consists of a number of inter/intranet based computer models or sub-systems for supporting rapid development of a one-of-a-kind product. It also employs a novel concurrent product development strategy called “prototype based incremental product development strategy” and an integrated product data structure called “product production structure”. Some industrial implementations of the proposed system, product development strategy and product data structure are also reported in the paper.     

汽车ESC系统DIL/HIL仿真平台设计

全面准确地标定与测试是开发车辆电子稳定控制(electronic stability control,ESC)系统的关键环节。车辆控制过程是典型的强非线性系统,建立精确的车辆模型比较困难,驾驶员模型也很难准确模拟紧急工况下驾驶员的真实反应。在仿真系统中将难以精确建模的液压制动系统、ESC压力调节单元、转向及电子节气门装置采用真实硬件,并在试验平台中嵌入真实驾驶员,基于Matlab/Simulink/dSPACE环境和车辆动力学软件veDYNA,开发硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)和驾驶员在环(driver-in-the-loop,DIL)的仿真试验平台,并在此平台上对所设计的ESC系统进行仿真试验研究。试验结果表明,所设计的DIL/HIL仿真平台可以大幅提高ESC系统的开发效率和测试准确性。     

Effect of the molecular weight on deformation states of the polystyrene film by AFM single scanning

Nanobundles patterns can be formed on the surface of most thermoplastic polymers when the atomic force microscope (AFM)‐based nanomechanical machining method is employed to scratch their surfaces. Such patterns are reviewed as three‐dimensional sine‐wave structures. In the present study, the single‐line scratch test is used firstly to study different removal states of the polystyrene (PS) polymer with different molecular weights (MWs). Effects of the scratching direction and the scratching velocity on deformation of the PS film and the state of the removed materials are also investigated. Single‐wear box test is then employed to study the possibility of forming bundle structures on PS films with different MWs. The experimental results show that the state between the tip and the sample plays a key role in the nano machining process. If the contact radius between the AFM tip and the polymer surface is larger than the chain end‐to‐end distance, it is designated as the “cutting” state that means the area of both side ridges is less than the area of the groove and materials are removed. If the contact radius is less than the chain end‐to‐end distance, it is designated as the “plowing” state that means the area of both side ridges is larger than the area of the groove and no materials are removed at all. For the perfect bundles formation on the PS film, the plowing state is ideal condition for the larger MW polymers because of the chains’ entanglement. SCANNING 35:308‐315, 2013. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

Rapid one-of-a-kind production

To shorten the product development cycle time and reduce the cost at the same time, which is very critical for the survival of those small and mid-sized one-of-a-kind production (SMOKP) companies, various computer communication, simulation and computer aided engineering and management techniques have been widely used in these SMOKP companies. However, according to our study, the applications of these advanced computer technologies in these SMOKP companies are lack of system integration and synergy, which result in communication errors, reworks, duplications and hence a longer product development lead time and a higher cost. To solve this problem, an inter/intranet based computer aided rapid product development system is presented in this paper. This system consists of a number of inter/intranet based computer models or subsystems for supporting rapid development of a one-of-a-kind product. It also employs a novel concurrent product development strategy called “prototype based incremental product development strategy” and an integrated product data structure called “product production structure”. Some industrial implementations of the proposed system, product development strategy and product data structure are also reported in the paper.     

复合ICA-SVM机械状态模式分类

提出了一种新颖的、基于独立分量分析(ICA)的复合神经网络，用于不同机械状态模式的特征提取。利用支持向量机(SVM)进行最终分类。与通常的基于经验风险最小化(ERM)原理的神经网络方法相比，基于结构风险最小化(SRM)原理的支持向量机分类方法具有更好的推广能力。而借助多个独立分量分析网络，隐藏于多通道振动观测信号中的不变特征得到有效提取，从而实现了支持向量机分类器在分类能力和推广性两者间的合理平衡。     

自主致密LCD和改进的广义局部频率解调方法

自主致密局部特征尺度分解方法通过确定待分解信号的最小信号极值尺度以度量其信号尺度的方式,采用新增伪极值点均匀化信号尺度的方法,可有效抑制局部特征尺度分解的模态混叠。在广义局部频率解调的基础上,基于强局部加权回归和伪端点方法的原理,提出了改进的广义局部频率解调方法。该方法通过分析广义局部频率和广义局部幅值突变情况,在广义局部频率和广义局部幅值中插入伪端点,并采用强局部加权回归对新增伪端点后的广义局部频率和广义局部幅值进行分段平滑处理,可有效改进广义局部频率和广义局部幅值曲线的平滑效果。采用仿真信号将自主致密局部特征尺度分解与局部特征尺度分解、经验模态分解进行对比,同时将改进的广义局部频率解调与希尔伯特变换、广义局部频率解调进行对比,结果证实了自主致密局部特征尺度分解和改进的广义局部频率解调方法的有效性。对转子碰摩故障实验数据的对比分析结果,进一步验证了该方法的有效性和实用性。     

基于改进LHS模式的可靠性设计优化

在设计优化中,确定性优化由于没有考虑输入量的不确定性,其优化结果可能不可靠(不安全),因此基于可靠性的设计优化(reliability-based design optimization,RBDO)得到关注.然而可靠性设计优化计算量大,尤其对于高维问题.基于此,提出一种新方法--改进拉丁超立方体取样(Latin hyp...