南台科技大学电力电子研究室S707[1]

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基于金刚石氮–空位色心的微波磁场成像技术的可靠性研究

Vol. 40, No. 6航天器环境工程第 40 卷第 6 期682SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING2023 年 12 月https:// E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544基于金刚石氮–空位色心的微波磁场成像技术的可靠性研究唐雨桐1，叶安1，付鼎元1，李晓林1，张超2*（1. 华东理工大学　物理学院，上海 200237； 2. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094）摘要：相对于单片微波集成电路（MMIC）芯片的设计与制造工艺发展，芯片的测试与失效分析研究进展缓慢。

文章首先调研了基于金刚石氮–空位（NV）色心的高空间分辨率微波磁成像应用及通过磁成像技术反演电流分布的技术进展；继而进行了基于NV色心系综微波磁场成像技术的MMIC热态可靠性研究。

结果表明：利用基于金刚石NV色心的微波磁场成像技术，对毫米波微波芯片表面的二维矢量场进行高空间分辨率、高灵敏度的快速成像与重构，可以采集芯片在正常和非正常工作状态下的磁场成像信息；进一步对微波芯片内部的信息进行反演重建，可以实现芯片内部故障点的精确定位诊断和潜在故障点排除。

所做研究有望为芯片设计、生产、测试提供可靠性诊断。

关键词：单片微波集成电路；失效模式分析；磁成像；氮−空位色心；芯片热态可靠性中图分类号：TN707; V443文献标志码：A文章编号：1673-1379(2023)06-0682-10 DOI: 10.12126/see.2023043Study on the reliability of microwave magnetic field imaging technique based ondiamond nitrogen-vacancy color centersTANG Yutong1, YE An1, FU Dingyuan1, LI Xiaolin1, ZHANG Chao2*(1. School of Physics, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China;2. Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering, Beijing 100094, China)Abstract: Compared with the development of chip design and manufacturing of monolithic microwave integrated circuits (MMIC), the research on testing and failure analysis of chips has been progressing slowly. In this paper, the application of high-spatial resolution microwave magnetic imaging based on diamond nitrogen-vacancy (NV) color center and the technical progress of inversion current distribution by magnetic imaging were firstly reviewed. On this basis, the thermal reliability of MMIC based on NV color center ensemble microwave magnetic field imaging technology was studied. The results show that, by using the microwave magnetic field imaging technology based on the diamond NV color center, through the rapid imaging and reconstruction of the two-dimensional vector field on the surface of the millimeter wave microwave chip with high spatial resolution and high sensitivity, the magnetic field imaging information of both normal and abnormal working states of chips can be collected. The precise positioning and diagnosis of the fault points inside the chip and the elimination of potential fault points can be realized by further inversion and reconstruction of the internal information of the microwave chip. The proposed research is expected to provide reliability diagnosis for chip design, production and testing.Keywords: monolithic microwave integrated circuit; failure mode analysis; magnetic imaging; nitrogen-vacancy color center; chip thermal reliability收稿日期：2023-04-06；修回日期：2023-12-01基金项目：民用航天预研项目D040301引用格式：唐雨桐, 叶安, 付鼎元, 等. 基于金刚石氮–空位色心的微波磁场成像技术的可靠性研究[J]. 航天器环境工程, 2023, 40(6): 682-691TANG Y T, YE A, FU D Y, et al. Study on the reliability of microwave magnetic field imaging technique based on diamond nitrogen-vacancy color centers[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2023, 40(6): 682-6910 引言自20世纪60年代以来，以微带线[1]为代表的微波与毫米波混合集成电路（microwave integrated circuits, MIC）以其结构紧凑、体积小、重量轻、造价低以及便于同有源器件相连等优点而得到迅速发展；继而随着新型集成介质传输线、介质波导以及谐振器/谐振腔在MIC的使用[2]以及MIC加工工艺的进一步成熟，出现了将大量有源器件和无源器件/组件或模块集成于一块集成电路（integrated circuit, IC）[3]的单片微波集成电路（monolithic microwave integrated circuit, MMIC）[4]。

基于EDA技术的数字电压测量系统设计中几个关键问题的解决

基于EDA技术的数字电压测量系统设计中几个关键问题的解
决
张瑾;孙芹芝;苏晓鹭
【期刊名称】《辽宁师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(028)001
【摘要】基于EDA技术设计完成的数字电压测量系统,采用了VHDL语言进行硬件描述,以超大规模芯片如CPLD/FPGA为设计载体,进行适配编译、逻辑映射、编程下载.结合实践,通过对设计中几个环节的研究,阐述该系统的设计思路和方法.【总页数】3页(P49-51)
【作者】张瑾;孙芹芝;苏晓鹭
【作者单位】大连大学,信息工程学院,辽宁,大连,116622;大连大学,信息工程学院,辽宁,大连,116622;大连大学,信息工程学院,辽宁,大连,116622
【正文语种】中文
【中图分类】TN47
【相关文献】
1.基于EDA技术的数字控制系统设计 [J], 刘建军;汤荣敏;郝忠孝;马梅林
2.基于EDA技术的数字电路实验系统设计 [J], 王忠林;韩敬伟
3.基于EDA技术的数字系统设计 [J], 赵辉
4.基于EDA技术的数字系统设计研究 [J], 于济铮;梁高卫
5.基于EDA技术的数字系统设计 [J], 彭子毓
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交错式平均电流升压型功率因数修正器之研制要点

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結論
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參考文獻
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我的報告到此結束謝謝
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交錯並聯控制
利用固定導通時間控制方法，平均電流模式升壓型功因修正器的切換頻率為:
f s (t ) 1 t on * d (t )
d (為責任周期，根據電感的伏特 t) -秒平衡，責任週期可以表示為:
V (t ) d (t ) 1 in Vo
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摘要
本文旨在研究交錯式控制功因修正晶片，以實現交錯式升壓型功因修正器。升壓轉換器是最常見的前置穩壓器架構，交錯式升壓轉換電路能降低功率因數修正式前置穩壓電源轉換器的輸入與輸出漣波電流，進而減少升壓電感值和輸出電容所需承受的電路壓力，電路架構採用固定頻率平均電流控制，將昇壓型轉換器操作在連續電流模式提高輸出功率與功率密度，最後本文以UCC28070實作1-kW升壓轉換器加以驗證。
R o Vo
開關S2 off、S1 on，D2 截止、D1導通，負載電流由輸入端及供應，傳導路徑如圖所示。
第二階段
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工作原理(3/4)
L1 L2 D1 D2
AC
S1
S2
C out
開關S1 off、S2 on，D1 截止、D2導通，負載電流由輸入端及供應，傳 R o Vo 導路徑如圖所示。
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基于GSA-BP神经网络的压力传感器温度补偿

基于GSA-BP神经网络的压力传感器温度补偿
黄世震;林淑玲
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2013(036)005
【摘要】针对压力传感器输出的温度非线性特性,采用遗传模拟退火算法优化的BP神经网络(GSA-BPNN)进行误差补偿,并与标准BP神经网络补偿误差进行了比较.通过MATLAB仿真验证,实验结果表明:采用GSA-BP神经网络不易陷入局部极小值,大大减小传感器非线性误差,误差精度小于0.1％,补偿结果优于标准BP神经网络.
【总页数】5页(P680-684)
【作者】黄世震;林淑玲
【作者单位】福州大学,福建省微电子集成电路重点实验室,福州350002;福州大学,福建省微电子集成电路重点实验室,福州350002
【正文语种】中文
【中图分类】TP18
【相关文献】
1.基于PSO-LM-BP神经网络的压力传感器温度补偿方法 [J], 伍川辉;蒋荣伟
2.基于PSO-BP神经网络的光纤压力传感器温度补偿研究 [J], 徐顺;卢文科;左锋
3.基于人工鱼群BP神经网络算法的压力传感器温度补偿研究 [J], 陈群;左锋;卢文科
4.基于BP神经网络模型的压力传感器温度补偿 [J], 乔维德
5.基于BP神经网络的压力传感器温度补偿方法研究 [J], 刘贺;李淮江
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南台科技大学101学年度第1学期课程资讯

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1. 基本電路實做複習。 2. 震盪電路實做與脈波寬度調變（PWM）訊號產生實習。 3. 電動機控制實制實習。期末考試
英文大綱
PART I: 1.The test of pipe loss 2.The test of valve loss 3.The test of air flow 4.The test of blower performance PART II: 1. Review and Practices of Base circuit 2. Pulse Width Modulation (PWM) circuit PCB (Printed Circuit Board) building. 3. Introduction to Basic DC Motor Control Method. 4. Introduction to Basic Stepping Motor Control Method. 5. Solar tracking circuit PCB Building.
教學方式評量方法指定用書參考書籍自編講義 1.流體力學概論陳呈芳編著高立圖書公司 2.陳文耀編著，電動機控制實習，復文，1994。 3.元件規格表(datasheet) 流體力學 fluid dynamics 基本電學 Basic electric circuit theory 教學資源注意事項機械工程實驗（二）流力實驗成績計算方式 1. 平時成績 30％：上課綜合表現（秩序、敬業態度、操作…）50％，上課缺席 9 節，本項 0％。出席率：曠缺，缺席一節扣 5％，缺 9 節本項 0％。本計分項目是最容易拿分，以彌補考試成績不佳之方法，也是同學最不在意
2
先修科目
之項目，上課隨意缺席、遲到、上課落跑、講話吵鬧、不做實驗而被扣分之項目，上學期有 90％以上的同學此項是拿滿分的。 2. 3. 4. 期中考：30％。報告：40％。流力實驗占機械工程實驗（二）之 50％

一种容错型逆变器的设计

一种容错型逆变器的设计徐鹏;施火泉;刘会超【摘要】A kind of fault-tolerant inverter with STM32F103VBT6 is designed to solve short-circuit and open- circuit fault. Through the test of the platform , it is proved that the inverter can work under three-phase four-switch SVPWM. It increases the reliability of the variable frequency drive system.%针对变频器功率开关管容易发生单相短路及开路故障的现状,采用意法半导体公司的STM32F103VBT6设计了一种容错型逆变器.通过对实验平台的测试得出变频器在发生故障以后,能够在三相四开关SVPWM状态下正常工作,增加了变频驱动系统的可靠性.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2017(025)009【总页数】4页(P149-152)【关键词】逆变器;容错;三相四开关PWM算法【作者】徐鹏;施火泉;刘会超【作者单位】江南大学物联网工程学院,江苏无锡 214122;江南大学物联网工程学院,江苏无锡 214122;江南大学物联网工程学院,江苏无锡 214122【正文语种】中文【中图分类】TN773电压源PWM逆变器[1]作为功率变换设备性能及其优良，利用其供电的电机已经是工业自动化中最常见的设备[2-3]。

由于工况复杂，变频器会发生各种故障。

最容易发生的是功率开关管的开路和短路[4-7]。

功率器件故障会增加其他元器件的电流应力，若长时间无人维护甚至造成二次损坏，严重时造成整个系统瘫痪[8-11]。

由于电压源逆变器在逆变前端直流侧采用两个较大的电解电容串联来增加电容的耐压和进行平波。

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零電壓轉換器-動作原理
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零電壓轉換器-動作原理
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零電壓轉換器-動作原理
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零電壓轉換器-動作原理
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零電壓轉換器-動作原理
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功率因數校正
主動式功率因數修正器常用的控制模式有二種：峰值電流控制法和平均電流控制法。
峰值電流控制法利用電感電流的峰值追隨正弦命令電流，其優點為控制電路具有限流功能，電流控制迴路設計簡單。缺點在於電感電流的平均值於零交越點附近會有零交越失真的現象，需要斜率補償。電流誤差會愈來愈大，這個現象也會造成電流諧波量增加，導致功因值降低。這種控制法不適用於高性能的主動式功因修正器。
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控制方法
全橋相移式轉換器之開關與變壓器電壓動作訊號
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控制方法
脈波密度調變方式(Pulse Density Modulation) 負載功率之控制方法，其主要以相移脈波寬度調變來
控制負載上的消耗功率，在負載上的消耗功率且能控制在低功率，因此加入脈波密度調變(Pulse Density Modulation) 的技術來控制負載上的消耗功率能達到在低功率的方法，因此在脈波密度調變控制則是以PIC18F4220晶片來製作。
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實驗結果
功率開關波形之量測
CH1：400V CH2：5A M：5us/div 功率開關跨壓及開關電流波形圖

微波毫米波与太赫兹噪声源发展现状

第 22 卷第 2 期2024 年 2 月太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information TechnologyVol.22，No.2Feb.，2024微波毫米波与太赫兹噪声源发展现状唐靖超，姜万顺，邓建钦，朱伟峰，石先宝*，贾定宏*，王沫，张胜洲，梁晓林，宋青娥*(中电科思仪科技股份有限公司，山东青岛266555)摘要：微波毫米波与太赫兹噪声源主要用于产生噪声信号，是噪声系数测试系统的核心组成部分。

本文对近年来国内外噪声源的发展情况进行总结，将现有的噪声源归纳为基于数字和模拟电路技术、基于固态二极管技术、基于场效应管技术、基于黑体和热电阻技术、基于光电融合技术共5类噪声源，并对这5类噪声源的主要技术特点进行了分析，同时对各类型噪声源的国内外研究现状进行了对比，并对其应用前景和发展趋势进行了展望。

关键词：微波毫米波噪声源；太赫兹噪声源；噪声系数；测试测量技术中图分类号：TN98 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2023136 Development of microwaveDevelopment of microwave,, millimeter wave and terahertz noise sourcesTANG Jingchao，JIANG Wanshun，DENG Jianqin，ZHU Weifeng，SHI Xianbao*，JIA Dinghong*，WANG Mo，ZHANG Shengzhou，LIANG Xiaolin，SONG Qing'e*(Ceyear Technologies Co.，Ltd.，Qingdao Shandong 266555，China)AbstractAbstract：：Microwave, millimeter wave and terahertz noise sources are mainly employed to generate noise signals, and they are the core components of noise figure measurement system. This paper hassummarized the development of noise sources at home and abroad in recent years. The exiting noisesources are divided into five categories: based on digital and analog circuit technologies, based onsemiconductor diode technology, based on field effect transistor technology, based on black body andheater circuit technologies, based on photoelectric fusion technology. The main technical characteristicsof these five types of noise sources are analyzed. The research status of different noise sources arecompared, and the application prospects and development trends are outlined.KeywordsKeywords：：microwave and millimeter wave noise sources；terahertz noise source；noise figure；test and measurement technologies噪声系数是微波毫米波与太赫兹芯片、器件和系统的关键指标，决定着接收机能够接收到的信号强度下限，代表了接收机处理微弱信号的能力，因此能否对噪声系数进行准确测量具有重要意义[1-2]。

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柔性切換技術概述
近幾年柔性切換技術逐漸取代傳統硬式切換，柔性切換技術可分為零電流切換(ZCS)及零電壓切換(ZVS)兩種方式。
1.零電流切換(ZCS)：當開關截止時，其開關上的電流必須維持在零電流截止的狀態，而開關截止時的電流才不會與開關的跨壓產生交越損失，而使整轉換器效率提昇。
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•CH1：400V CH2：10A • CH3：2KV M：10us/div •頻率45k PWM：75％波形圖
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實驗結果
相移脈波密度調變之量測，負載為介電質放電，變壓器規格為1：8.9 ，且切換頻率為45k及相移脈波調變控制以100％的方式，所消耗功率為 520W。
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零電壓轉換器
全橋相移式零電壓切換轉換器之主電路架構
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零電壓轉換器-動作原理
控制開關時序圖及一次側的電壓、電流波形圖
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零電壓轉換器-動作原理
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實驗結果
功率因數修正器之量測
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•CH1：200V CH2：10A M：5ms/div •滿載(1066W)之輸入電壓電流波形圖
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實H1：5V CH2：200V M：10us/div •超前臂功率開關跨壓及驅動信號波形圖
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•CH1：400V CH2：10A • CH3：2KV M：10us/div • 頻率45k PWM：100％波形圖
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實驗結果
當切換頻率為50 k，相移脈波寬度調變控制以100％的方式，所消耗功率為310W。
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•CH1：400V CH2：10A • CH3：2KV M：10us/div • 頻率50k PWM：100％波形圖
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功率因數校正
主動式功率因數修正器常用的控制模式有二種：峰值電流控制法和平均電流控制法。
峰值電流控制法利用電感電流的峰值追隨正弦命令電流，其優點為控制電路具有限流功能，電流控制迴路設計簡單。缺點在於電感電流的平均值於零交越點附近會有零交越失真的現象，需要斜率補償。電流誤差會愈來愈大，這個現象也會造成電流諧波量增加，導致功因值降低。這種控制法不適用於高性能的主動式功因修正器。
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控制方法
控制方法流程圖
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控制方法
脈波密度調變控制方法採用PIC18F4220晶片並以類比電路以電壓控制方法達成。脈波密度調變控制是為40個責任週期為一個週期，並且以電壓來決定PIC輸出信號的脈波寬度。
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負載簡介
介電質放電（Dielectric Barrier Discharge, DBD）
介電質放電又稱為無聲放電(Silent Discharge) 或流光放電(Streamer Discharge)，它同時具有輝光放電的大體積的激發及電暈放電之高操作壓力的優點，介電質放電主要由內、外兩個電極及介電質所構成，其中介電質位於兩電極之間。在兩電極中置入高介電強度之介電質，如玻璃、石英、陶瓷等，並於兩電極間加上高電壓產生放電。
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負載簡介
介電質放電意示圖
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負載簡介
•介電質放電等效電路
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負載簡介
介電質放電的負載特性是一個非線性損耗的電容，並空氣間隙的損失的能量進入介電質放電中，此介電質放電所消耗的能量可表示為如下所示：
柔性切換技術概述
當開關元件在主電路中作切換時，若是使用傳統硬切的方式切換，在開關截止的瞬間，它的電壓與電流產生交越而產生一電壓的突波，其值會超過正常的輸入電壓值，此突波會增加開關元件的電壓應力，當開關導通的瞬間，由於開關上電流受到寄生二極體反向回復的影響，電流會快速上升而產生一電流的突波，此電流突波會造成開關元件的電流應力，如下圖所示。
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控制方法
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•全橋相移式轉換器之開關與變壓器電壓動作訊號
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控制方法
脈波密度調變方式(Pulse Density Modulation)
負載功率之控制方法，其主要以相移脈波寬度調變來控制負載上的消耗功率，在負載上的消耗功率且能控制在低功率，因此加入脈波密度調變(Pulse Density Modulation) 的技術來控制負載上的消耗功率能達到在低功率的方法，因此在脈波密度調變控制則是以PIC18F4220晶片來製作。
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控制方法
相移式脈波寬調變方式(Phase Shift PWM)
開關的驅動信號以180度互補，且驅動信號間相差一個相位，也就是所謂的相移角度。四個開關訊號的導通與截止週期都相同，且每個責任週期為50％，當對角的開關訊號導通週期互相交疊時，變壓器一次側才會有電壓而把能量感應到二次側。由於QA與QD或QB與QC需同時導通才能傳送能量至二次測，VP之輸出脈波寬度的大小取決QA與QC之相位差，當QA與QC之相位差愈大，則之脈波寬度愈窄，且輸出功率愈小，則傳送能量也愈小，所以利用相移調變方式來控制開關交疊時間長短就能達到輸出側電壓穩定。
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2020/11/13
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大綱
• 摘要 • 研究動機與目的 • 負載簡介 • 功率因數校正 • 柔性切換技術概述 • 全橋式零電壓轉換器 • 控制方法 • 實驗結果 • 結論
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•CH1：400V CH2：10A • CH3：2KV M：10us/div •頻率45k PWM：100％波形圖
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實驗結果
當切換頻率為40 k、45 k，相移脈波寬度調變控制以100％的方式，分別消耗功率為800W、520W。
•CH1：400V CH2：10A • CH3：5KV M：10us/div • 頻率40k PWM：100％波形圖
摘要
本文研究高頻高壓交流脈衝供電系統的功率控制方法，主要應用在介質放電與電暈放電等氣體放電的應用上。本文所提出之系統架構其前級是由主動式功因修正器，藉由昇壓式交流到直流轉換器產生穩定直流電壓後再經由後級全橋相移式零電壓轉換器產生所需要高頻電壓，並且藉由相移脈波寬度調變與脈波密度調變兩種方法來控制。
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實驗結果
頻率40k、45k、50k固定且控制相移脈波寬度調變(PWM) 及脈波密度調變(PDM)之消耗功率。
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•頻率(F)與消耗功率(W)之關係圖
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實驗結果
脈波密度調變之量測，而負載以介電質放電，變壓器規格為1：8.9 的去量測，且切換頻率脈45 k，則以相移脈波寬度調變則控制在75％並已加入波密度調變則控制以25％、50％的方式，分別所消耗功率為120W 、215W。
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實驗結果
功率開關波形之量測
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•CH1：5V CH2：200V M：10us/div •落後臂功率開關跨壓及驅動信號波形圖
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實驗結果
功率開關波形之量測
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•CH1：400V CH2：5A M：5us/div •功率開關跨壓及開關電流波形圖
2.零電壓切換(ZVS)：當開關導通時，其開關上的電壓必須維持在零電壓截止的狀態，而開關導通時開關的跨壓才不會產突波而產生導通損失。
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柔性切換技術概述
經過柔性切換後，由下圖我們可以看到開關上的電壓及電流並未重疊，因此能將切換損失降到最低。
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研究動機與目的
高頻高壓脈衝電源經近三十年來迅速發展，已逐漸形成一門獨立的新興技術領域，此種電源已被大量使用在半導體工業、封裝產業、印刷電路板工業及LCD產業的製程中；另一方面也被大量使用在和空氣、水污染防治與環保相關之廢棄物處理問題上。原則上脈衝電壓的值是依兩電極間之間距而定，根據各種材料性質與大小，而獨立的加以調整輸出所需之功率，以提高產品之效率。早期由於功率半導體技術的限制，這類設備所需的高壓交流脈衝電源設備，不僅體積大、重量重且效率不佳。
平均電流模式的優點則是在電路上再外加一個由放大器電路構成的回授電路，也因此輸入電流將會以微小的誤差量追隨電流命令而變化，所以選擇以平均電流來作為控制的模式。平均電流模式具有控制輸入電流與穩定輸出電壓值的目的，可以準確地維持輸入電流正弦波形，且無需斜率補償。
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