电子元器件抗ESD技术讲义:引 言 4 第1 章 电子元器件抗ESD损伤的基础知识 5 1.1 静电和静电放电的定义和特点 5 1.2 对静电认识的发展历史 6 1.3 静电的产生 6 1.3.1 摩擦产生静电 7 1.3.2 感应产生静电 8 1.3.3 静电荷 8 1.3.4 静电势 8 1.3.5 影响静电产生和大小的因素 9 1.4 静电的来源 10 1.4.1 人体静电 10 1.4.2 仪器和设备的静电 11 1.4.3 器件本身的静电 11 1.4.4 其它静电来源 12 1.5 静电放电的三种模式 12 1.5.1 带电人体的放电模式(HBM) 12 1.5.2 带电机器的放电模式（MM） 13 1.5.3 充电器件的放电模型 13 1.6 静电放电失效 15 1.6.1 失效模式 15 1.6.2 失效机理 15 第2章 制造过程的防静电损伤技术 2.1 静电防护的作用和意义 2.1.1 多数电子元器件是静电敏感器件 2.1.2 静电对电子行业造成的损失很大 2.1.3 国内外企业的状况 2.2 静电对电子产品的损害 2.2.1 静电损害的形式 2.2.2 静电损害的特点 2.2.3 可能产生静电损害的制造过程 2.3 静电防护的目的和总的原则 2.3.1 目的和原则 2.3.2 基本思路和技术途径 2.4 静电防护材料 2.4.1 与静电防护材料有关的基本概念 2.4.2 静电防护材料的主要参数 2.5 静电防护器材 2.5.1 防静电材料的制品 2.5.2 静电消除器（消电器、电中和器或离子平衡器） 2.6 静电防护的具体措施 2.6.1 建立静电安全工作区 2.6.2 包装、运送和存储工程的防静电措施 2.6.3 静电检测 2.6.4 静电防护的管理工作 第3章 抗静电检测及分析技术 3.1 抗静电检测的作用和意义 3.2 静电放电的标准波形 3.3 抗ESD检测标准 3.3.1 电子元器件静电放电灵敏度（ESDS）检测及分类的常用标准 3.3.2 标准试验方法的主要内容（以MIL-STD-883E 方法3015.7为例） 3.4 实际ESD检测的结果统计及分析 3.4.1 试验条件 3.4.2 ESD评价试验结果分析 3.5 关于ESD检测中经常遇到的一些问题 3.6 ESD损伤的失效定位分析技术 3.6.1 端口I－V特性检测 3.6.2 光学显微观察 3.6.3 扫描电镜分析 3.6.4 液晶分析 3.6.5 光辐射显微分析技术 3.6.6 分层剥离技术 3.6.7 小结 3.7 ESD和EOS的判别方法讨论 3.7.1 概念 3.7.2 ESD和EOS对器件损伤的分析判别方法 第4 章 电子元器件抗ESD设计技术 4.1 元器件抗ESD设计基础 4.1.1抗ESD过电流热失效设计基础 4.1.2抗场感应ESD失效设计基础 4.2元器件基本抗ESD保护电路 4.2.1基本抗静电保护电路 4.2.2对抗静电保护电路的基本要求 4.2.3 混合电路抗静电保护电路的考虑 4.2.4防静电保护元器件 4.3 CMOS电路ESD失效模式和机理 4.4 CMOS电路ESD可靠性设计策略 4.4.1 设计保护电路转移ESD大电流。 4.4.2 使输入/输出晶体管自身的ESD阈值达到最大。 4.5 CMOS电路基本ESD保护电路的设计 4.5.1 基本ESD保护电路单元 4.5.2 CMOS电路基本ESD保护电路 4.5.3 ESD设计的辅助工具－TLP测试 4.5.4 CMOS电路ESD保护设计方法 4.5.5 CMOS电路ESD保护电路示例 4.6 工艺控制和管理
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盘式永磁同步电动机是近年来发展起来的新型结构高性能伺服电动机，具有轴向尺寸短、重量轻、体积小、结构紧凑等特点。可以制成多定子多转子交错组成的多盘式结构，进一步提高转矩，特别适合于机器人和大力矩直接驱动装置。同时由于结构原因，盘式电机的径向尺寸受到一定限制，半径太大会增加加工工艺的难度，有时相关的尺寸数据难以保证，为提高电机的输出功率，一般采用多盘式结构。 目前永磁电机正向着大功率化、高功能化和微型化方向发展，其中高力能密度和高效率是对各类永磁电机设计所提出的共同要求。本文本着提高电机的输出功率的目的，在总结各种盘式永磁同步电机的结构、特点的基础上提出了一种新型的基于Halbach阵列的多盘式无铁心永磁同步电动机，从提高电机的功率密度入手，将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中。利用钕铁硼永磁材料高矫顽力的优异特性以及Halbach阵列的高聚磁作用来提高电机气隙磁密，使无铁心电机变成可能，同时Halbach阵列使轭部的磁通减小，可相应少用或不用轭部。电机重量因此可以大幅度下降，在一定程度上也可降低电机的成本。
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该文研究了用于电动汽车驱动的永磁同步电机驱动系统.首先概述了电动汽车对驱动系统的一些基本要求,并比较了基于不同种类电机的驱动系统的主要指标,认为永磁同步电机适用于这一应用场合,并在效率,功率密度和维护性等方面有着突出的优点.该文分析了永磁同步电机用于矢量控制的数学模型,并建立了基于其数学模型的电机控制仿真软件包.其中包括可以体现电机初始位置的电机模型及SWPWM发生模块.通过仿真,确认将要在实际系统中使用的控制方法是基本可行的.在已有的控制系统硬件的基础上,实现了2.5kw和20kw永磁同步电机驱动系统的闭环控制,完成在其基速以下区域的两台电机的闭环负载控制运行及2.5kw系统的空载弱磁运行.从电机高速运行和负载试验的结果可以看出,目前的控制策略,控制程序和系统硬件已经可以达到预期的控制目标.该文还讨论了一些永磁同步电机驱动系统特有的课题.其中包括改进的闭环弱磁控制方法;为使电机平稳启动,应用了一种简单的启动和初始位置估计方法;设计了基于改进"负载法"的一种相对简单的电机参数试验测量方法.所有这些工作对今后进一步提高驱动系统的控制性能都将是有益的.
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电动车辆是公认的清洁有效的城市交通工具.它集光、电、化学科学的最新技术于一体,是车辆、电子驱动系统、化学电源、计算机、新能源、新材料等勤务员技术中最新成果的集成产物.在各种车辆驱动系统中,就电动车辆在环保领域内的竞争力而言,燃料电池系统及其技术具有很大的发展潜力.在其关键技术:燃料电池技术和动力电子驱动技术方向,目前开发的方向主要是高功率密度、轻量化、高可靠性和低成本的燃料电池系统.燃料电池系统的关键控制部件是空气压缩机,这是除燃料电池之外的最昂贵的部件.该文介绍的是为美国Ecostar电子驱动系统公司研制的、用于驱动新型燃料电池汽车的空气压缩机的永磁无刷直流电机.该电机的研究开发的主要目标是:高密度,低成本.
上传时间： 2013-04-24
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电能计量的精度无论对于供电方还是对于用电方，都非常重要。传统电能表的精度低，功能单一，不能满足精度要求和非正弦电路的无功功率测量。随着电力电子装置等非线性负载的功率容量和功率密度的不断增大，他们所产生的谐波已使电网遭受日益严重的污染。在这种情况下，有必要研发新技术新设备。同时，数字信号处理技术(DSP)正在迅速发展，21世纪将是数字信号处理理论与算法的大发展时期。 本项目采用ADI于2004年生产的BLACKFIN531 16位定点DSP芯片。针对目前市场上现行的电能表所存在的缺陷和局限性，研究并设计了一种基于DSP BF531芯片的高精度多功能电能表。采用了诸多最新的理论成果，电能计量精度达到0.2S级，谐波测量精度达到0.5%。在一定的定义下，无功测量方法不但适用于正弦电路，也适用于非正弦电路下的无功功率测量。全书共分七章： 第一章、简述了电能计量装置的发展和现状，论证了本课题开发和研究的必要性和可行性，介绍了高精度多功能电能表的系统方案； 第二章、 讨论了电测系统的测量原理，设计了电能表中的计量和分析算法； 第三章、 介绍了系统的硬件平台和开发环境； 第四章、 详细给出了系统的硬件设计； 第五章、 分析系统误差及其校正； 第六章、 介绍系统的软件设计； 第七章、 对整个系统进行实验测试，给出测试结果，最后讨论、总结。
上传时间： 2013-06-21
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永磁无刷直流电动机体积小,功率密度高,控制性能好,效率很高,在工业、车辆、家电、计算机及军事等诸多领域得到广泛应用,尤其在电动车应用领域倍受青睐,是当前电动车电动机研发的热点.可以预见,随着永磁材料和电力电子器件的价格的进一步降低,以及无刷直流电机驱动的理论研究和实践应用的不断完善和提高,永磁无刷直流电机及其控制系统将在很多场合有广泛的应用前景.该文通过大量的文献资料阅读,在对永磁无刷直流电机的发展和现状有了一个整体了解的基础上,针对复合式转子结构永磁无刷直流电机研制了一套弱磁恒功率控制系统,提出一种"双模控制"的控制策略,成功的实现了基速以下恒转矩控制,基速以上弱磁恒功率控制.该文的主要内容包括:首先介绍了永磁无刷直流电机的应用现状和基本原理,以及永磁无刷直流电机弱磁恒功率控制运行机理和难点;其次,对采用复合式永磁无刷直流电机本体的弱磁控制,详述了其本体结构和整套控制系统,给出了硬件电路和软件编程,提出了相关控制策略;最后,系统成功运行,获得了相关实验数据和波形,验证了控制策略和系统设计的正确性.
上传时间： 2013-04-24
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该论文在研究永磁同步电动机运行原理的基础上详细讨论了其变频调速的理论并且设计了一套基于DSP的永磁同步电动机磁场定向矢量控制系统.永磁同步电动机相对感应电动机来说具有体积小、效率高以及功率密度大等优点,因此自从上个世纪80年代,随着永磁材料性能价格比的不断提高,以及电力电子器件的进一步发展,永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段.永磁同步电动机既区别于感应电动机又与电励磁同步电动机相比有自身的特点,因此该论文首先从永磁同步电动机的本身出发,讨论了其稳态运行原理,分析了永磁同步电动机的转矩特性、功率特性及效率.矢量控制理论的发明是交流调速领域中的一个重大突破,该论文详细讨论了永磁同步电动机的矢量控制,在推导其精确数学模型的基础上分析了矢量控制理论用于永磁同步电动机控制的几种电路控制策略,包括了i<,d>=0控制、cosψ=1控制,以及最大转矩/电流控制方式,并且开发出基于DSP的全数字永磁同步电动机的矢量控制系统,给出了其软、硬件的设计方案.弱磁控制是永磁同步电动机矢量控制又一方面,论文分析了永磁同步电动机弱磁调速的原理以及弱磁扩速困难的原因,并由此提出了两种特殊转子结构的新弱磁方案.直接转矩控制是继矢量控制后交流调速领域的又一个高性能控制方法,论文最后讨论了直接转矩控制理论在永磁同步电动机控制上的运用,并使MATLAB工具对永磁同步电动机的直接转矩控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明,直接转矩控制具有动态性能好,静差小以及鲁棒性好的特点.
上传时间： 2013-07-06
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舰船、飞机、移动通讯、石油钻井平台等独立系统中有许多交直流电力并存的场合，需要实现发供电系统的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品质。常规的电励磁发电机因为带有电刷使供电系统的运行安全存在隐患，并且励磁机的使用增加了电机的体积和损耗。为使系统节能高效，本文设计并制作了应用于独立交直流电力系统的交直流永磁同步发电机。永磁电机定子上带有三套三相绕组，一套绕组用于提供交流电力，其余的两套绕组相位互差30度电角度，接整流器为直流负载供电。文中对电机的设计以及电机的基本性能进行探讨。为了减小永磁发电机的电压调整率，在电机的交轴与电机的永磁磁极尾部之间加一软磁材料，通过增加电机负载时的交轴电抗压降，来改善电机的电压调整率。 首先，针对永磁电机设计的特殊性，应用二维有限元法计算电机的电磁场以确定电机的主要尺寸，并讨论了不同软磁材料尺寸对电机的影响。文中还根据电磁场的计算结果，应用傅立叶级数计算了电机的空载感应电动势以用于预测电机的性能，使用能量摄动法计算了计及饱和、槽影响下的电机电感参数。考虑到永磁材料的温度性能问题，应用电磁场和温度场耦合的方式计算了电机稳态时的温度场。 然后，为了了解永磁同步发电机的主要电磁关系，研究了电机的数学模型，推导了考虑漏磁时具有三套互差一定电角度三相绕组的永磁发电机在dq0坐标系下的方程，可以看到，在dq0坐标系下电机的电感参数为常数。这样，利用这个特性，在对电机运行性能进行研究时，可以得到简化电磁方程。根据电机稳态运行时的方程，得到了电机的向量图。 因为带有多套绕组的永磁电机中含有较多的谐波，而采用dq0坐标系下的方程会忽略掉气隙磁场中的谐波分量，为了对电机的仿真更加精确，电机仿真时采用电机在ABC坐标系下的基本电磁方程。应用Matlab/SimPowerSystems中的模块搭建电机的仿真模型，永磁体的影响用感应电动势来表示。根据仿真结果与样机试验结果的比较发现，两者吻合良好。 另外，本文还设计了一台电励磁的交直流发电机，电磁设计结果表明，永磁电机在体积、重量、效率方面都很有优势。
上传时间： 2013-04-24
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超级电容器是一种介于电池和静电电容之间的新型储能元件，其功率密度比电池高数十倍，能量密度比静电电容高数十倍。具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点，有希望成为21世纪的新型绿色能源。 设计了一个主回路以BUCK降压电路为主，控制回路以单片机89C51为核心的超级电容器充放电测试系统，用于测试超级电容器充放电性能。本系统通过检测超级电容器的端电压、电流和温度，并将采集到的信号由ADC0809转换为数字信号，送入89C51分析处理后，再经DAC0832输出，调节脉宽调制器TL494的电压信号，调整PWM的输出值，控制BUCK转换电路中MOSFET功率开关的占空比，从而改变输出直流电压的大小，实现恒流控制。超级电容器充电方法采用分阶段恒流充电，依照充电状态的不同，适时调整充电电流大小，避免过充电造成超级电容器损害。在其控制方法和实现手段上，主要通过单片机的设定值与实测值的比较来控制电路的输出，也可以通过模糊控制技术来实现，并用MATLAB进行了仿真实验，仿真结果证明采用模糊控制能够取得更好的效果。在整个系统的保护功能方面，采用了过压、过流以及过热等的保护方法，实现软硬件对系统的保护。 利用本测试系统可以对超级电容器进行恒电流充放电，其充放电曲线基本上呈现线性。模糊控制能针对电容器充电状态的不同，适时给予不同的充电电流，不至于发生大电流过充造成超级电容器受损的情况，确保使用寿命。 解决了系统的电磁兼容，从而能够保证系统能够安全可靠地工作。在电路装置硬件电路、软件以及印制电路板设计中所采取了一些抗干扰措施，可以有效地预防一些干扰带来的误差，提高了系统的可靠性和稳定性。
上传时间： 2013-04-24
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本课题是国家自然科学基金重点资助项目“微型燃气轮机一高速发电机分布式发电与能量转换系统研究”(50437010)的部分研究内容。高速电机的体积小、功率密度大和效率高，正在成为电机领域的研究热点之一。高速电机的主要特点有两个：一是转子的高速旋转，二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率，由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。本文针对高速永磁电机的机械与电磁特性及其关键技术进行了深入地研究，主要包括以下内容： 首先，进行了高速永磁电机转子的结构设计与强度分析。根据永磁体抗压强度远大于抗拉强度的特点，提出了一种采用整体永磁体外加非导磁高强度合金钢护套的新型转子结构。永磁体与护套之间采用过盈配合，用护套对永磁体施加的静态预压力抵消高速旋转离心力产生的拉应力，使永磁体高速旋转时仍承受一定的压应力，从而保证永磁转子的安全运行。基于弹性力学厚壁筒理论与有限元接触理论，建立了新型高速永磁转子应力计算模型，确定了护套和永磁体之间的过盈量，计算了永磁体和护套中的应力分布。该种转子结构和强度计算方法已应用于高速永磁电机的样机设计。 其次，进行了高速永磁转子的刚度分析和磁力轴承—转子系统的临界转速计算。基于电磁场理论分析了磁力轴承支承的各向同性，利用气隙静态偏置磁通密度计算了磁力轴承的线性支承刚度，在对高速电机转子结构离散化的基础上建立了磁力轴承—转子系统的动力学方程，采用有限元法计算了高速永磁电机转子的临界转速。利用该计算方法设计的1台采用磁力轴承的高速电机，已成功实现60000r/min的运行。 再次，进行了高速永磁电机的定子设计，提出了一种新型环形绕组结构。环型绕组线圈的下层边放在定子铁心的6个槽中，而上层边分布在定子铁心轭部外缘的24个槽中，不但增加了定子表面的通风散热面积，使冷却气流直接冷却定子绕组，更为重要的是，解决了传统2极电机绕组端部轴向过长的难题，使转子轴向长度大为缩短，从而增加了高速永磁电机转子系统的刚度。 然后，采用场路耦合以及解析与实验相结合的方法，分析计算了高速永磁电机的损耗和温升，并对高速永磁发电机的电磁特性进行了仿真。高速电机的优点是体积小和功率密度大，然而随之而来的缺点是单位体积的损耗大，以及因散热面积小造成的散热困难。损耗和温升的准确计算对高速电机的安全运行至关重要。为了准确计算高速电机的高频铁耗，对定子铁心所采用的各向异性冷轧电工钢片制作的试件，进行了不同频率和不同轧制方向的导磁性能和损耗系数测定。然后采用场路耦合的方法，分析计算了高速电机的定子铁耗和铜耗、转子护套和永磁体内的高频附加损耗以及转子表面的风磨损耗。在损耗分析的基础上，计算了高速电机的温升。最后，设计制造了一台额定转速为60000r/min的高速永磁电机试验样机，并进行了初步的试验研究。测量了电机在不同转速下空载运行时的定、转子温升及定子绕组的反电动势波形。通过与仿真结果的对比，部分验证了高速永磁电机理论分析和设计方法的正确性。在此基础上，提出一种高速永磁电机的改进设计方案，为进一步的研究工作打下了基础。
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