Marx调制器单元设计和叠加测试

 基于单元器件的成功研制,介绍了Marx调制器单元充放电回路、电压和电流的实时监测以及控制系统和连锁保护等功能的设计和实现。对IGBT固态开关的静态、动态均压进行分析和模拟,采用RCD缓冲电路实现IGBT的动态均压;对控制系统改进和优化,设计了专用电源转换模块;分压电路和电流霍尔采样回路分别实现调制器单元电压和电流的检测;连锁保护功能由控制系统和继电器控制完成。所有部件按照电气标准设计在调制器单元支架上。经过测试的4个单元进行了叠加试验,4个单元总输出24 kV,各器件在高压试验中工作正常。     

Marx调制器单元设计和叠加测试

基于单元器件的成功研制,介绍了Marx调制器单元充放电回路、电压和电流的实时监测以及控制系统和连锁保护等功能的设计和实现。对IGBT固态开关的静态、动态均压进行分析和模拟,采用RCD缓冲电路实现IGBT的动态均压;对控制系统改进和优化,设计了专用电源转换模块;分压电路和电流霍尔采样回路分别实现调制器单元电压和电流的检测;连锁保护功能由控制系统和继电器控制完成。所有部件按照电气标准设计在调制器单元支架上。经过测试的4个单元进行了叠加试验,4个单元总输出24 kV,各器件在高压试验中工作正常。     

基于OMAP3530嵌入式最小系统的开发

随着嵌入式系统日趋复杂,类似机载状态监测系统,对嵌入式处理器在高性能计算和复杂控制方面的性能提出了更高的要求。针对复杂嵌入式系统的高性能需求,分析了嵌入式处理器的发展现状,介绍了TI公司ARM+DSP架构的双核异构处理器OMAP3530,并开发了OMAP3530嵌入式最小系统。硬件设计包括电源、时钟、存储器以及外围接口等模块,实现了OMAP3530启动以及和外围通信的最基本硬件组成;软件设计包括ARM端操作系统移植、ARM和DSP双核通信,在此基础上设计了应用程序。ARM端操作系统采用嵌入式Linux系统,采用DSPLINK驱动模块实现ARM和DSP双核通信,应用程序包括ARM端程序和DSP端算法程序。最后采用LabVIEW在上位机上设计了软件部分的测试程序,测试了系统的完整性。OMAP3530作为一款高性能的嵌入式处理器,为复杂的嵌入式系统应用提供了解决思路。     

超导磁体低温液位监测单元的设计与实现

介绍了一种应用于超导磁体的低温液位监测单元的设计与实现.设计了压控电流源电路和电压-频率转换电路用于液氦的液位测量,并设计了电容-频率转换电路用于液氮的液位测量;设计了以STM32微控制器为核心的数字电路,用于压控电流源的控制、频率信号的处理和液位监测数据的数字化显示;同时通过CAN总线把液位的监测数据自动发送至上位机,完成液位监测单元的远程控制.测试结果证明了该设计的可行性.     

数字化高精度动调陀螺马达的电源设计

对数字化高精度动调谐陀螺马达电源的设计进行了研究。设计了基于SVPWM技术和DSP技术的数字化陀螺马达电源,分析了SVPWM技术原理和电源输出稳幅控制策略,给出了采用TMS320LF2407数字信号处理器、智能驱动模块和集成功率运算放大器实现的逆变器电路和稳幅电路,并给出了电源输出的实测结果与波形失真度分析。测试结果表明,运用SVPWM技术设计的数字化陀螺马达电源可以满足动调陀螺在光电稳瞄系统中应用的技术要求。     

基于FPGA的脉冲电源及其控制系统设计

针对等离子体特定领域的应用需求,研制了一种基于上位机监控且具有手动/自动控制功能的脉冲电源。详细介绍了脉冲电源主电路、检测电路、驱动电路、数字脉宽调制(DPWM)产生模块以及脉冲变压器的设计方法。该电源采用现场可编程门阵列(FPGA)作为主控芯片,产生DPWM信号及继电器控制信号,经驱动电路放大后驱动逆变全桥及继电器。设计了过温和短路保护电路,通过DS18B20温度传感器和QBC10PS5霍尔电流传感器对电源模块的工作温度和电流进行实时采样。实际应用测试表明,该电源满足设计指标要求。     

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介绍了HL-2A装置上用于二级加热系统的PSM高压脉冲电源的反馈控制系统.该电源控制系统以DSP+FPGA作为控制核心,输出112路驱动脉冲,以此来控制112个IGBT的通断,包括了驱动、通信、计算、反馈等部分,使电源系统输出稳定高压.设计了远程通信系统,其中基于VB的上位机与控制系统之间采用CAN总线技术来实现电源系统的相关参数设定及传输.DSP与FPGA实现了计算、反馈等功能.完成了相关的代码编写与系统测试.实验测试结果表明,该控制系统实现了高压电源的稳定输出,满足了实验的需求.     

国产数字化电源控制器在SSRF直线电源上的应用

该国产数字化电源控制器采用先进的DSP和FPGA作为控制核心, 采用了高精度的ADC作为数据采集单元, 并且将模拟量和数字量进行有效的隔离, 设计了较为先进的PID控制算法. 控制器由DSP和ADC两块控制卡组成, 嵌入电源, 和电源有机地融成一体. 控制器通过光纤与远程IOC进行实时通讯, 通过本地PC机串行口可灵活调节电源回路参数, 具有高稳定性和高重复性等优点. 迄今为止该控制器作为进口瑞士PSI控制卡的替换产品, 主要应用在SSRF的静态的中小功率开关电源上(100ppm以下), 各项指标均能满足使用要求. 与进口控制器相比, 该控制器有较高的性价比.     

PSM高压电源反馈控制系统研制

介绍了HL-2A装置上用于二级加热系统的PSM高压脉冲电源的反馈控制系统。该电源控制系统以DSP+FPGA作为控制核心,输出112路驱动脉冲,以此来控制112个IGBT的通断,包括了驱动、通信、计算、反馈等部分,使电源系统输出稳定高压。设计了远程通信系统,其中基于VB的上位机与控制系统之间采用CAN总线技术来实现电源系统的相关参数设定及传输。DSP与FPGA实现了计算、反馈等功能。完成了相关的代码编写与系统测试。实验测试结果表明,该控制系统实现了高压电源的稳定输出,满足了实验的需求。     

等待型相机的电机控制分析

本文对我厂正在试制的等待型相机的电机控制单元进行了分析。电机选用永磁式直流电机,采用可控硅整流电路及低压直流电源作为电机的电源。整个电路由下列几个单元组成:速度负反馈及电流反馈电路,频率—电压转换电路,给定电压电路,PI调节放大电路,移相触发电路及可控硅整流电路。     

高压重频充电电源控制系统的设计

针对激光器电源的应用环境,设计了基于DSP的电源控制系统,使电源具备输出电压0~30 kV可调,重复频率1~100 Hz可调,并提供了远程计算机控制和本地液晶键盘控制两种控制方式。设计了过压、过流、过热、超时等多重保护电路和电源的外触发控制接口。对激光器电源控制系统进行相应的电磁兼容设计,并使用光纤控制及反馈系统,有效地增强了电源控制系统的抗干扰性能。将该电源用于激光器的发光试验,通过调节激光器电源的各种控制参数,可以使激光器的出光强度、出光功率、出光时间等得到调节,从而为各种研究工作提供便利。实验结果表明在进行激光器发光实验时,该电源能够输出幅值稳定、频率符合要求的重频脉冲高压,最高输出电压可达到30 kV,充放电频率可达到100 Hz。     

J-TEXT 动态扰动场交流电源控制系统设计

对 J-TEXT 动态扰动场交流电源及其控制系统进行了介绍,重点对基于FPGA 全数字锁相环的逆变控制单元进行了分析、设计和优化。给出了动态扰动场交流电源及其逆变控制单元的测试和实验结果。结果表明该设计的交流电源控制系统能够满足物理实验对电源输出电流频率、相位调节的需求,能够保证电源的可靠、稳定运行。     

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。     

磁偏置高温超导限流器监控系统设计

针对磁偏置高温超导限流器并网运行实验要求,设计了具有高压隔离、快速采集及故障录波功能的监控系统。该监控系统采用现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)双重硬件架构设计模式,其中,FPGA用于快速采集实时数据和快速开关控制;DSP从FPGA获取状态量和模拟量等采集信号,集成超导限流器监控系统核心控制器的快速控制算法,实现超导单元保护指令的输出。给出了超导限流器监控系统的设计原理、核心控制器软硬件设计和上位机软件设计,并进行10 kV并网运行实验验证。监控系统运行结果表明,所设计的磁偏置高温超导限流器监控系统可以很好地实现对电网及限流器运行状态的实时、可靠监测与控制。     

与TMS320C6201接口的实时图像显示电路设计

设计了与TI公司的TMS32 0C6 2 0 1评估板接口的实时图像显示电路 ,介绍了C6 0 0 0系列DSPs的EMIF异步接口的控制要求及与VRAM接口的方法 ;采用单片EPLD实现了显示电路的全部控制功能 ,其中包括VRAM读写和刷新控制及显示同步控制 ;DSP与显示帧存间的数据传输采用了DMA方式 ,充分利用了TMS32 0C6 2 0 1的定时器、中断和DMA等硬件资源 ,节省了CPU的时间开支。可在 10 2 4× 6 0 0分辨率、6 0Hz帧频下实时显示DSP处理后的图像     

绝缘栅双极晶体管串联关键技术

为实现绝缘栅双极晶体管（IGBT）的多级串联,以电阻/电容/二极管（RCD）缓冲电路为动态均压电路,通过数学分析及PSpice仿真验证,建立了RCD缓冲电路参数选择模型;设计了基于数字信号处理器（DSP）控制、光纤隔离传输,以M57962L为IGBT驱动器的驱动电路及故障反馈电路,能驱动32只串联IGBT并对其进行过流和短路保护,32只IGBT的最大导通时间不超过90 ns,短路保护响应时间约为6 s;设计了8路独立输出的50 kV隔离的高压隔离电源,实现IGBT串联电路各部分的供电及电隔离。基于以上IGBT串联方法,实现了32只1200 V IGBT的串联,串联电路可稳定工作在20 kV电压下。     

基于LabVIEW的高功率微波驱动源监控系统

针对高功率微波源对前级驱动电源的计算机自动控制要求,设计了一套1 200 kV高功率微波驱动电源监控系统。系统采用多功能数据采集卡控制大功率调压器产生连续可调的工频电压,再经过环氧高压变压器和整流硅堆等转换为直流高压,对储能电容进行充电控制;采用高速数据输入输出卡控制触发系统按时序进行工作;监测计算机通过RS-485串口方式对直流高压、闸流管阳极电压、闸流管对地电流等进行实时状态监测;控制主机通过以太网与中央控制计算机实现通讯,可以单独控制电源工作,也可以通过中央计算机统一协调工作;采用LabVIEW作为软件开发平台,利用图形控件完成整个电源系统的控制监测等功能的设计;为了解决因电磁干扰强而引起的地电位抬高、高压采集不正常等问题,系统的软硬件都融入了可靠性设计。实验结果表明,该系统工作可靠稳定,实时性强,界面友好,操作简单,具有良好的可扩展性和移植性。     

串联谐振高压电容充电电源设计及分析

针对高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,基于全桥串联谐振恒流充电技术,研制了一台紧凑型串联谐振高压电容充电电源,平均充电功率12 kW。该电源采用超级电容器预储能和全桥串联谐振电路,大幅降低了场地供电需求,结合模块化集成设计,实现了一体化、便携式设计。针对脉冲驱动源工作需求,分析了全桥串联谐振电路的基本原理和工作过程,给出了电路参数设计方法和Pspice电路仿真结果,利用该电源对等效电容量为0.3 μF的脉冲驱动源进行了充电测试,实现了45 ms内充电60 kV以上,实验结果表明, 其输出能力满足PFL-Marx脉冲驱动源的20 Hz重频充电需求。     

小型化行波管灯丝电源设计

综述了行波管灯丝基本工作过程及其对电源的特殊要求,分析了行波管灯丝负载基本特性,对灯丝电源设计的特殊性及问题进行了深入细致分析,通过对Topswitch系列控制芯片的性能特点分析,设计了以反激变换器为主电路的灯丝电源。根据灯丝启动特点及其对电源稳定性基本要求设计了高精度反馈电路与限流电路。通过Pspice仿真、样机实验及例行试验测试,验证了理论分析及设计的合理性与可行性,仿真与测试结果表明电源主电路、反馈电路及限流电路能够很好地满足行波管灯丝对电源的各项指标要求。     

正负双极性重复频率充电电源研制

针对紧凑型高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,开展了基于LC全桥串联谐振原理的恒流充电技术研究,并根据紧凑型Marx脉冲功率源的工作方式开展了电源关键参数设计,完成了一种正负双极性充电的紧凑型高压电源研制,实现20 ms内对单边等效负载电容为0.15μF的双极性Marx驱动源充电至±45 kV,平均充电功率大于15.5 kW。该电源采用单个高频高压变压器实现了正负双极性高电压同步输出;采用变压器、整流电路、隔离保护电路、电压检测电路一体化绝缘封装设计,既减小了装置体积又降低了高压绝缘风险;通过隔离保护、电磁屏蔽等设计有效解决了Marx发生器放电过程中瞬时高压信号对电源控制系统的干扰和损伤。