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电工技术学报 2024年第12期39卷 3705-3717页

作者：郑丹宁圃奇仇志杰范涛温旭辉中国科学院电工研究所北京100190

功率模块结温在线监测对提升系统性能和可靠性具有重要意义。应用导通饱和压降和电流对结温进行估计,对测量带宽要求不高,对硬件和算法的侵入性低,是比较理想的结温在线监测方法。但是传统的测量方法很难满足结温精度要求,另外长期工作... 详细信息

功率模块结温在线监测对提升系统性能和可靠性具有重要意义。应用导通饱和压降和电流对结温进行估计,对测量带宽要求不高,对硬件和算法的侵入性低,是比较理想的结温在线监测方法。但是传统的测量方法很难满足结温精度要求,另外长期工作下功率模块老化会引起温度模型参数漂移,进一步加剧结温估计误差。为此,该文提出一套高精度测量电路和采样校准策略,应用温漂抑制、动态自适应采样、误差定向标定、同步时序控制等策略,大幅提高了在线采样分辨率和结温估计精度。针对老化问题,提出一种基于大电流注入的急停控制策略,解决了老化特征参数在线辨识问题,实现了结温模型的老化补偿,大大提高了老化后的结温监测精度,实现了全生命周期高精度在线监测。最后,在250kW三相变流器平台上进行了实验验证,得到老化前后的结温估计误差,证明了该文方法对提高结温监测精度具有明显效果。

关键词：结温在线监测导通饱和压降高精度测量老化补偿参数辨识

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具有多参数老化补偿的SiC MOSFET结温测量系统设计

具有多参数老化补偿的SiC MOSFET结温测量系统设计

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作者：吕立根西安理工大学

学位级别：硕士

SiC MOSFET结温测量的研究对其可靠性分析起着重要的支撑作用,温敏电参数法是目前研究最广泛的结温测量方法之一,然而几乎所有的温敏电参数都会随SiC MOSFET器件的老化而发生一定程度的偏移,从而会降低结温的测量精度,因此本文从SiC MOS... 详细信息

SiC MOSFET结温测量的研究对其可靠性分析起着重要的支撑作用,温敏电参数法是目前研究最广泛的结温测量方法之一,然而几乎所有的温敏电参数都会随SiC MOSFET器件的老化而发生一定程度的偏移,从而会降低结温的测量精度,因此本文从SiC MOSFET器件的老化机理出发,研究了器件老化对各温敏电参数的影响,提出了一种具有多参数老化补偿的结温测量方法,并设计了一款相应的结温测量系统。首先,本文在详细分析SiC MOSFET的基本原理与老化机理的基础上,通过实验研究了SiC MOSFET多种电参数的温敏特性;通过功率循环实验平台对SiC MOSFET进行了加速老化,重点研究了阈值电压、导通电阻与开通延迟时间三个参数的温敏特性随SiC MOSFET老化后的偏移情况,并提出了一种基于阈值电压、导通电阻与开通延迟时间的多参数老化补偿结温测量方法,对比传统的重新标定结温的方法,此方法的优势在于保证结温测量精度的前提下,大幅减少了老化补偿的工作量。其次,基于本文提出的具有多参数老化补偿的结温测量方法,设计了一款结温测量系统,系统包括驱动与参数采集模块、数据处理模块以及上位机;驱动与采集系统以FPGA作为核心进行SiC MOSFET的驱动保护,以及导通电阻等电参数的采集;数据处理模块使用STM32进行结温计算并且上传至上位机端;上位机使用QT进行开发,可以进行结温显示并保存。最后,搭建了实验平台对系统的功能与性能进行了验证,结果表明,所设计的系统能够正常驱动SiC MOSFET,可以准确的采集导通电阻、阈值电压、开通延迟时间三个电参数;对未老化器件的结温测量误差在±2℃以内;对老化后器件的结温测量误差可由补偿前的90℃降低到7℃以内。最终实验结果表明,所设计的系统能够有效减小因器件老化而引起的结温测量误差。

关键词： SiC MOSFET 结温测量老化补偿温敏电参数

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基于晶体谐振器等效参数的老化补偿研究与系统实现

基于晶体谐振器等效参数的老化补偿研究与系统实现

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作者：王振凯西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着5G时代的来临,对时钟及其频率源的稳定度要求变得更加严格。只有高准确度和高稳定度的频率源才能保证时间同步和传输信号的稳定性。高稳定度晶体振荡器以其相对便宜的价格和批量化的生产受到广大企业的青睐,但是其长期稳定度与时代... 详细信息

随着5G时代的来临,对时钟及其频率源的稳定度要求变得更加严格。只有高准确度和高稳定度的频率源才能保证时间同步和传输信号的稳定性。高稳定度晶体振荡器以其相对便宜的价格和批量化的生产受到广大企业的青睐,但是其长期稳定度与时代发展的要求稍有差距。稳定度指标较好的原子钟价格昂贵,研制出符合5G时代标准的超高稳定度晶体振荡器具有时代性的意义。在高稳定度晶体振荡器的研究基础上,寻求有效的手段抑制晶体器件的老化或者补偿老化因素造成的频率偏移可以大幅度的提升晶体振荡器的长期稳定度。本文根据先前对老化补偿经验的积累,通过对晶体器件等效谐振参数的研究,谐振回路谐振频率的改变必然伴随着回路中元器件参数的变化,元器件参数的变化即为晶体器件的老化情况。由于目前技术手段难以对晶体器件的谐振参数进行精确的测量,转而研究晶体的移相作用,通过晶体器件对高频信号相移量的变化来完成对老化情况的判断,不失为一种可行的方法。通过对晶体振荡器内部谐振器件两端信号的分析,采用数字化的手段来测量谐振回路中晶体谐振器两端的相移量,两端的同频信号使ADC的采样值具有相关性,在原先使用ADC的时钟信号作为参考的基础上,分析谐振器两端两个采样值的相关性,对ADC采样做出优化,两端信号一个作为时钟信号,另一个作为被采样信号,严格的同频信号表现为稳定的单个采样值,频率的抖动也处在一个相对稳定的范围,相移的变化必然引起采样值的变化,由此计算出相移量即采样值的变化和频率偏移的相关规律,进而进行频率补偿,抑制老化漂移的影响。本文通过具体测量数据计算出两者的相关规律,设计出一个系统,其中MCU控制模块根据采样值的变化主动调节晶体振荡器的压控电压。实验结果表明,本系统对晶体的老化漂移频率进行了有效的补偿,在5天内的频率漂移量改善了10倍以上,45天内的频率漂移量改善了3倍以上。系统的补偿效果的关键在于建立相移变化和谐振频率变化的对应关系,本研究最重要的意义为找到了新的方法对晶体器件的老化进行有效的补偿,并通过系统设计验证了方案的可行性。为自主研发更高稳定度更低老化率的晶振提供了新的思路,具有很高的研究价值。

关键词：晶体振荡器谐振参数老化补偿模数转换

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晶体振荡器保持能力提升的方法研究

晶体振荡器保持能力提升的方法研究

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作者：余习凯西安电子科技大学

学位级别：硕士

5G通信产业本身对于频率源的准确度和稳定度的要求很高,使用中国北斗卫星导航系统(Bei Dou Navigation Satellite System,BDS)信号驯服恒温晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator,OCXO)改善恒温晶振输出频率的老化漂移和稳定... 详细信息

5G通信产业本身对于频率源的准确度和稳定度的要求很高,使用中国北斗卫星导航系统(Bei Dou Navigation Satellite System,BDS)信号驯服恒温晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator,OCXO)改善恒温晶振输出频率的老化漂移和稳定漂移的技术是解决部署问题的关键。如何提升恒温晶振在失去锁定后的保持能力成为至关重要的问题。本文研究提升失锁后恒温晶振的保持能力。具体研究内容如下:(1)针对恒温晶振输出频率的老化漂移,本文进行了详细的分析,通过分析使用BP神经网络的传统老化预测算法,提出了一种使用循环神经网络的老化预测算法,利用循环神经网络对序列数据处理能力更强的特点更好的预测恒温晶振的老化漂移。使用恒温晶振的纯老化漂移数据对两种预测算法进行检验,从晶振性能角度衡量两种算法对恒温晶振准确度的改善情况,使用相关系数、卡方系数、残差平方和均值等从数学角度衡量两种算法预测效果,证明了使用循环神经网络的老化预测算法对恒温晶振输出频率老化的预测效果更好,能将频率稳定度＜±0.5 ppb/day的恒温晶振老化漂移改善到频率稳定度＜±0.12 ppb/day。(2)频率数据的测量很容易受到干扰,实验测得的频率数据要经过滤波才能进行后续的处理。本文采用基于拉依达准则剔除粗大误差的方法,处理由于恒温晶振自身的噪声和参考源噪声以及测量设备引入的噪声对频率数据的影响。使用局部加权回归算法处理数据中的噪声,让恒温晶振输出频率保留老化趋势的前提下,满足神经网络对于输入数据光滑度的要求。对于性能参数不同的恒温晶振输出频率数据造成误差＜±2×10 Hz。(3)对多型号恒温晶振的温度特性进行测量,总结现有的恒温晶振特性算法的局限性,提出了一种结合现有算法和基于神经网络温度补偿算法各自优点的算法,将温度补偿误差波动范围从8×10 Hz降到6×10Hz,同时还能保留恒温晶振的老化漂移,建立了全新的恒温晶振温度特性补偿模型。(4)分析了使用单一神经网络同时完成恒温晶振输出频率的老化漂移和温度漂移补偿算法,发现算法无法在非实验室条件下正常工作的缺陷,并用实验证明了缺陷的存在。结合本文提出的老化补偿算法和温度特性补偿算法对恒温晶振综合补偿算法进行改进,并通过仿真证明其可行性。最终将综合补偿算法搭载在硬件系统中,让恒温晶振进入自保持模式,此模式下恒温晶振11小时内的频率漂移由＜±0.72 ppb缩小到补偿的＜±3 ppb提升到补偿后的＜±0.024 ppb。

关键词：恒温晶体振荡器循环神经网络老化补偿温度补偿

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晶体振荡器的补偿技术研究

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仪表技术 2011年第3期 12-14页

作者：张德山马飞罗伟中国人民解放军91404部队西安电子科技大学

为提高晶体振荡器的频率特性,减小温度以及老化对其影响,通过对晶体振荡器的频率-温度与频率-老化特性的研究,设计了一种补偿电路。利用微机输出补偿电压拉动压控电压改变晶体振荡器的频率特性,论证了一种新的晶体振荡器的补偿技术,并... 详细信息

为提高晶体振荡器的频率特性,减小温度以及老化对其影响,通过对晶体振荡器的频率-温度与频率-老化特性的研究,设计了一种补偿电路。利用微机输出补偿电压拉动压控电压改变晶体振荡器的频率特性,论证了一种新的晶体振荡器的补偿技术,并介绍了系统框图及原理,给出了补偿结果。

关键词：晶体振荡器微处理器温度补偿老化补偿

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