强流中性源的供电系统

本文简要介绍了7×35cm~2多灯丝大面积源的供电保护系统,给出了该系统的基本设计思想,电源简化原理图及主要电路特点和已达到的技术指标。     

激光电源脉冲功率切换电路仿真分析

激光电源脉冲功率切换电路稳定工作是电源可靠性的保证。电路参数选取直接影响晶闸管、二极管的工况,而晶闸管的良好工况是保证切换激光电源长期可靠运行的基本条件。基于PSCAD软件建立切换电路的仿真模型,重点仿真分析了阻容电路参数配置、限流电阻、并联晶闸管触发同步性对晶闸管和二极管的影响。仿真结果表明,电流上升率过大是晶闸管门极损坏的原因,关断支路中的反向过压是二极管损坏的原因。并针对实际电路,提出晶闸管二极管保护的优化配置方案。     

强流离子源灯丝电源设计与分析

灯丝电源是中性束注入器等离子体发生器电源系统的重要组成部分,为了满足其低电压大电流输出特性要求,提出了带平衡电抗器双反星形整流电路的拓扑结构的电源设计方案。该拓扑结构与三相桥式整流电路相比较在采用相同器件下可达到更高功率,减少交流侧输入电流谐波并提高功率因素。分析了该拓扑结构下整流输出特性和所含的谐波分量,根据设计指标计算了整流变压器和平衡电抗器的相关参数,最后通过仿真和实验结果验证了这一拓扑结构的可行性。     

回旋行波管的全固态Marx高压脉冲调制器设计

为回旋行波管设计了全固态近方波Marx高压脉冲调制器,设计参数:输出电压70kV,输出电流15A,工作频率0~2kHz可调,脉宽200μs可调,功率容量可以达到百kW级。设计利用串联IGBT作为控制开关,利用FPGA通过光纤传输的方式对IGBT进行逻辑控制、电路保护和监测,补偿单元利用FPGA控制IGBT自动补偿的方式对顶部压降进行补偿,使得输出电压平顶度达到±1%。对电路各个部分进行仿真及测试。结果验证此设计方案的可行性,可以提高回旋管电源的稳定性和工作频率,减小调制器体积及维护成本,并为高压测试提供了实验基础。     

大功率变流器同步信号的状态变量滤波器设计

EAST极向场电源是由晶闸管相控整流电路组成的大功率变流器,其同步信号的取用至关重要。为提高控制精度,采用EAST极向场电源系统中整流变压器的次级电压信号作为同步信号。由于该同步信号中包含大量的谐波及噪声,所以需要对其进行滤波。通过分析同步信号的特点,提出了滤波器设计要求,比较不同滤波器特点后,选用状态变量滤波器进行滤波,并对状态变量滤波器的设计进行了详细的理论分析和参数计算。最后通过RT-LAB实时仿真测试和实验证明,该滤波器具有理想的滤波效果,可以实现同步信号的精确提取。     

一种小型化脉冲行波管高压电源设计与实现

为满足雷达整机对发射机小型化的需求,针对8～18 GHz宽带脉冲行波管设计了一种小型化高压电源。采用脉冲峰值功率设计方法,结合高压电容储能,实现了行波管在脉冲工作期间高压稳定输出。同时主功率逆变电路采用了移相全桥拓扑结构,高压整流电路采用了碳化硅二极管,这可减轻电源的散热压力,提高高压电源的功率密度。研制的小型化脉冲高压电源,阴极电压-6.5 kV,最大工作脉宽2 ms,峰值功率最大1 600 W。与某型号脉冲行波管联调,在脉冲工作期间行波管输出射频信号功率稳定,测试结果验证了该设计方法的可行性。     

用于Ka波段行波管的反射式预失真线性化器

采用幂级数法分析得到了线性化器与行波管放大器相反的非线性特性,并建立了预失真放大器的幂级数模型。根据反并联二极管对电路能够产生奇次谐波的特点,利用反并联肖特基二极管对、正交混合电桥、二极管电路的匹配网络等结构,通过对各结构的分析优化,设计了用于Ka波段行波管的预失真线性化器。实验结果表明:该线性化器在29~31 GHz频段范围内能为行波管放大器的载波交调比带来最大19 dB的改善。     

基于J-TEXT 装置的光耦合隔离放大器设计与分析

基于反馈技术设计了一款带宽2.7MHz、高线性度、低传输延时的光耦合隔离放大器,仿真分析了 I-V 转换电路补偿电容对电路频率特性的影响,并选择了合适的电路参数。将部分寄生参数考虑在内,建立了电路数学模型,仿真、测试与理论分析相结合研究了电路的线性度与频率特性。基于J-TEXT 装置静电探针悬浮电位测量系统验证了电路在系统中的可用性。     

大功率半导体激光器驱动电源保护电路设计

大功率半导体激光器驱动电源的关键是保护电路的设计。通过双限流电路和浪涌强制吸收或隔离保护电路的设计，解决了大功率半导体激光器驱动电源常见的浪涌冲击和电流恒定的难题。实验结果表明电流输出稳定度达到0．04％，浪涌被很好地抑制。     

兰州重离子回旋加速器主场电源改造

为满足分离扇回旋加速器（SSC）对于磁场精度的需求,需对其主场电源进行改造。提出开关电源与线性电源相结合的方式作为SSC主场电源的改造方案。电源总体分为两部分,采用模块化的开关电源作为前级电压源,三极管线性调整电路作为后级模块的主电路,充分利用两种电源的优势,实现高稳定度、低纹波的电流输出,同时大幅度提升电源的功率密度和可靠性。文章介绍了电源的工作原理及改造过程,详细阐述了三极管线性放大原理以及管压降控制电路、输出电流控制电路的设计与实现,通过仿真对电路进行功能验证,最终在电源样机上进行实验测试。测试结果表明:改造后主场电源输出电流稳定度达到了±3.99×10?6,电流纹波达到了2.7×10?9,各项性能均优于改造前。     

毫米波静电聚焦行波管电子光学系统的设计

介绍了静电聚焦方式在毫米波行波管中的独特优势,分析了周期静电聚焦场的建立方法。基于某Ka波段行波管,首先根据指标要求设计了强流电子枪并选择类梳齿状结构作为其慢波电路,然后对电子枪和类梳齿状慢波电路组成的电子光学系统进行了模拟计算,最后对慢波电路的关键尺寸进行了容差分析。结果显示,在周期静电场的作用下,电子注全部平稳地通过了慢波系统。良好的静态通过率为后续高效率的注-波互作用奠定了基础,证明了利用静电场聚焦毫米波行波管中大电流密度电子注的可行性。     

0.14 THz瓦量级折叠波导行波管设计

在本课题组此前采用显式方法设计0.14 THz宽带折叠波导慢波结构的基础上,设计了一种0.14 THz瓦量级输出折叠波导行波管。通过CST MWS软件分析结构尺寸对冷测特性的影响规律来确定一组慢波结构参数,然后对电子枪、永磁聚焦系统、输入输出结构、衰减结构及收集极系统进行设计,最后经过CST PS软件进行整管热测特性仿真模拟。此过程不断迭代,最终找到一组结构参数满足频率在0.14 THz、输入功率为20 mW时,折叠波导行波管输出功率大于6 W。为了验证设计的电子光学系统的正确性,加工装配了一根流通管,并进行了流通率测试,测得流通率大于80%。     

半浮栅晶体管Marx方波脉冲电源设计

为得到工业需要的大电流高重频方波脉冲,分析并改进了半导体全控型Marx发生器,在充电的同时实现了截尾功能。设计采用新型半浮栅结构晶体管 (SFGT)作为主开关,可产生kV高压、百A大电流、高重频的方波脉冲。优化了电路结构,解决直流充电源受脉冲电源放电电压冲击问题。研制得到电流100 A、频率4 kHz、脉宽4 s、负高压6 kV、上升沿下降沿均在80 ns内的方波脉冲发生器。研究了相应的SFGT磁芯隔离驱动电路,结合了SFGT栅极并联自主电容隔离驱动和IR2110的半桥驱动电路,并对半桥上的MOS管的栅极等效电路进行了理论分析,驱动电路具有抗干扰能力强且脉宽调节范围大的特点。     

用于辉光放电清洗的LCC谐振变换器仿真

针对辉光放电清洗系统中气体击穿之后对电源的恒流要求，提出用LCC谐振变换器的新方案，以改进辉光放电清洗电源方案，增加电源方案储备。利用软件工具选取参数范围、辅助理解拓扑特性以及验证方案。分析了LCC传递函数中主要参数品质因数QL和串并联电容比A对电路增益以及谐振器件应力的影响，设计了合理的参数取值。根据参数取值，利用MATLAB仿真表明，电源的闭环仿真输出达到额定值，LCC拓扑能满足辉光放电清洗电源的参数要求。LCC谐振变换器的电流归一化曲线表现出良好的恒流特性，适合设计成电流源。     

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介绍了EAST低杂波高压电源保护系统的设计和实现。在EAST装置低杂波电源保护系统中,以主回路过电流﹑管体过电流﹑高压源主回路过电流﹑高压源主回路过电压为主要参数来保护系统正常工作的。在主回路过电流﹑管体过电流时通过撬棒来转移故障电流来保护速调管。     

频率自动跟踪超声波电源设计

针对超声波电源工作时负载状态改变,换能系统产生谐振漂移的问题,提出了一种基于STM32的频率自动跟踪超声波电源的设计。电源逆变电路采用带辅助网络的全桥结构,阻抗匹配电路选择了一种改进型的T型匹配网络,应用PWM移相调功技术控制电源的输出功率,通过数字鉴相技术得到电压电流的相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32主控制器进行PI控制,调节PWM波的输出频率使电路始终工作于谐振状态,实现了谐振频率的自动跟踪。最后基于该设计方案,实际制作了一款应用于超声波清洗仪的电源,并通过实验验证了该电源具有输出功率稳定,负载适应性强,输出频率自动跟踪等特点。     

HL-2A装置辅助加热高压电源控制系统的设计与实现

研制了HL-2A装置LHCD和ECRH系统使用的高压电源,其电源拓扑分别为晶闸管交流调压型和星点控制型高压电源,通过高压脉冲调制器给LHCD和ECRH系统供电,采用了波头补偿、前馈和反馈相结合的控制方法,弥补了电源拓扑本身固有的瞬态特性不足和发电机输出的不稳定性,使电源输出电压输出平顶的稳定度优于1%。介绍了高压电源的主回路结构,对高压电源的控制进行了论述,同时给出了实验结果。     

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研制了HL-2A装置LHCD和ECRH系统使用的高压电源,其电源拓扑分别为晶闸管交流调压型和星点控制型高压电源,通过高压脉冲调制器给LHCD和ECRH系统供电,采用了波头补偿、前馈和反馈相结合的控制方法,弥补了电源拓扑本身固有的瞬态特性不足和发电机输出的不稳定性,使电源输出电压输出平顶的稳定度优于1%。介绍了高压电源的主回路结构,对高压电源的控制进行了论述,同时给出了实验结果。     

140GHz大功率交错双栅行波管的设计和模拟研究

采用交错双栅结构,结合带状电子注,研究了一种工作在140 GHz频段的大功率行波管. 本振模数值计算表明该结构具有良好的色散特性和耦合阻抗.针对所采用的慢波结构, 提出了慢波过渡结构、输入输出耦合器和集中衰减器,保证了行波管的良好工作. 利用三维大信号模拟计算的方法得到的结果显示,当电子注直流功率为5.115 kW,输入信号功率为0.1 W时, 所研究的行波管能在132-152 GHz范围内提供大于300 W的峰值功率,其中在138 GHz时得到最大功率546 W, 对应增益为37.37 dB.当在0.027-0.46 W内调节输入信号功率,可以保持该行波管在128-152 GHz 频带内得到大于440 W的峰值功率,对应的电子效率大于8.6%. 结果显示该行波管将在大功率短毫米波领域具有重要意义和潜在应用价值.