脉冲调制高压电源高频化改造的仿真分析与实验

对HL-2A 装置原有的高压电源进行了高频化改造，改造后的单元电源采用脉冲步进阶梯调制(PSM)技术，采用24 个不可控整流电源模块与4 个调节电源模块串联输出，通过控制各模块的投入切出，使输出电压范围在0~20kV 可调，模块开关频率最高可以达到20kHz。通过仿真和实验测试结果表明，该电源运行参数可以达到20kV/200A，开关频率最高达到了20kHz，能够满足系统的实验需求。     

级联型高压重复频率微秒脉冲源的研制

针对等离子体的应用,基于级联型电压叠加技术研制了一种最高输出电压为20 kV的高压微秒脉冲源,该电源由40个相同的电源模块组成,其单个模块电压等级为500 V,降低了对器件的绝缘耐压要求。电源的输出电压值在0~20 kV之间可调;重复频率在0~10 kHz之间、脉宽在0~30 μs之间可调;该电源的上升沿和下降沿均在1 μs以内。模块化的设计提高了电源的冗余容错能力。将该电源作为产生等离子体的激励源时,其输出的高压脉冲波形稳定,且根据负载对输出高压波形的要求不同,该电源可以方便地进行调节。     

电子回旋共振加热系统中全固态阳极高压电源硬件电路设计

介绍了电子回旋共振加热(ECRH)系统中全固态阳极高压电源的硬件设计方法。阳极电源采用高频PWM和PSM控制技术相结合的方法。前级使用SG3525来控制IGBT完成高频逆变,后级由59个模块串接输出而成,通过反馈第一级模块输出电压,实现每个模块输出电压的基本稳定;后级输出电压通过DSP控制PSM模块的通断个数以及第59个模块BUCK电路的占空比,实现输出电压的叠加输出,让输出电压能在35k V内全范围调节,输出电流最大为200m A,调制频率达1k Hz以上。输出波形有3种工作模式,波形前沿时间能在3ms内调节。经过在假负载及ECRH实验平台上的测试,电源性能稳定,证明该硬件设计方法可行。     

低杂波电流驱动阴极高压电源系统的优化与实现

4.6 GHz 低杂波电流驱动（LHCD）是EAST托卡马克装置辅助加热系统的重要组成部分。其阴极高压直流电源基于脉冲阶梯调制（PSM）技术,采用64个直流模块串联输出50 kV直流电压。单模块的调制频率设计为50 Hz,故而系统调节速度有限,面对实际运行中网侧电压波动引起的干扰时,电源无法做出更快速的响应与反馈调节,从而导致输出电压产生大幅波动,影响输出性能。为提高电源调节速度和抗干扰能力,设计了具有1 kHz调制能力的高频整流模块以替代部分原低频模块,利用高频模块的快速调节能力抑制输出电压的波动。实验结果表明,升级后的电源输出电压波动减小了50%,更好地满足速调管对于电压精度和稳定度的控制要求,保障了系统运行的可靠性。     

高精度连续波速调管调制器

为了满足微波放大器副特性测试需要,研制了高精度电源调制器系统。采用阶梯调制与循环控制相结合的方式,实现了高稳定度输出控制。对调制器的拓扑结构和控制策略进行了分析,并介绍了脉冲步进调制器(PSM)模块和多绕组变压器等关键部件的设计方法。试验结果表明:采用PSM技术的电源调制器电源系统输出指标满足测试要求,能够稳定可靠工作并具备快速保护功能。     

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ECRH阳极高压电源系统由高压直流电源及调制器两部分组成。高压直流电源采用晶闸管调节升压变压器的输入电压,在低电位端利用三极管串联线性调整输出DC电压,控制器采用了内外双闭环控制技术,其最大输出为30kV/130mA;调制器使用真空四极管为核心部件。使用仿真软件对电路进行了优化设计。独立调试实验及HL-2A装置放电实验数据表明,该电源系统具有大范围调压、低纹波输出、快速调制等特点。     

全砖激光驱动电源模块的研制

随着半导体制造工艺的进步以及半导体激光器应用领域的拓展,目前半导体激光器对大功率,小型化驱动电源的需求越来越迫切,推动着驱动电源朝着更高功率密度、模块化的方向发展。基于BUCK电路设计了一款全砖激光驱动电源模块,电源模块整机尺寸为116.8 mm×61 mm×12.7 mm,最大输出电流12 A,最大自适应输出电压为50 V,电流纹波峰峰值小于35 mA,电流稳定度达到了0.067%。同时驱动电源模块设计有过流保护电路,保证了激光器负载可靠安全工作,目前也已在某项目中成功应用。     

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。     

基于现场总线的高隔离度可调直流电源嵌入式控制器设计

模块级联是用于绝缘实验所需的高性能对称双极型矩形波脉冲电源的一种方法,为实现级联,需要有能够协调工作的高隔离度直流电源。设计出嵌入到各电源的板级嵌入式控制器BEC,使各BEC作为从节点利用RS485接口和ModBus协议与嵌入式主控制器EHC构成一个主从式现场总线网络,并在主节点EHC的控制下协调工作。利用BEC内的STM32F103C8处理器产生隔离DC-DC桥的互补PWM控制信号和高隔离输出电压,并进行电流和输出电压的隔离检测。由基于电流切换的变参数增量式数字PI算法来确定脉冲宽度值,产生Buck调压电路的闭环PWM控制信号,实现输出电压的调压和稳压控制。实验结果表明该嵌入式控制器能够满足级联式对称双极型矩形波脉冲电源对高隔离度可调直流电源的需要。     

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The hardware design of solid-state anode high-voltage power supply in electron cyclotron resonance heating system (ECRH) is presented. The anode power supply uses the method that combined high-frequency pulse width modulation (PWM) and phase shift modulation (PSM) control technology. The former in the supply uses the SG3525 to control the IGBT to complete the high frequency invert. The latter is made up of a total of 59 modules connected in series. The output voltage of each module is basically stabilized by feedback of the first stage module output voltage. DSP controls the number of PSM module on and off and the 59th module BUCK circuit duty cycle to achieve the output voltage of the superimposed output, and the output voltage can be adjusted within the full range of 35kV with accuracy less than 0.1kV, the output current up to 200mA, modulation frequency more than 1kHz. The anode power supply has three operating modes, and the rising edge time of the waveform can be adjusted within 3ms. The results tested from dummy load and ECRH experimental platform show that its performance is stable, and the hardware design method is feasible.     

基于补偿网络的PSM高压电源模块仿真分析

利用MATLAB对中国聚变工程实验堆(CFETR)低混杂波高压电源系统的调节模块进行仿真，分析了静态电网波动、负载变化、滤波参数等对输出电压的影响。利用补偿网络可以大大减少纹波，增加输出电压的稳定性。该系统的稳定时间在几个毫秒之内，纹波系数<1%。通过仿真决定对该高压电源系统调节模块采用比例积分微分(PID)控制与超前-滞后补偿策略。     

脉冲步进调制高压电源远程通讯与反馈控制系统研究

为了满足 HL-2A 装置二级加热系统的高压电源系统的要求,开发了脉冲步进调制(PSM)高压脉冲电 源控制系统。PSM 电源控制系统采用数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列器件(FPGA)组合控制方式,总计 输出 112 路脉冲。DSP 芯片实现计算、反馈、远程通信等功能,FPGA 主要负责与 DSP 的数据传输及 112 路脉冲 输出的时序控制功能。利用控制器局域网络(CAN)总线实现上位机与 DSP 之间的远程通信功能,上位机采用 LABVIEW 软件实现相关参数的设定与远程通讯。测试结果表明,该控制系统能够实现远程通讯功能,具备快速 的反馈控制功能,满足实验要求。     

400 kW高压全固态电源实验研究

 介绍用于高功率微波器件测试的400 kW 脉冲步进调制器高压全固态电源调试和应用研究，包括当负载过荷时使系统切断高压保护速度提高到10 μs内的方法；故障时进入弧道能量的研究；通过改变接地方式对系统管体电流波形测量的影响研究。实验表明：这种原理的大功率全固态电源具有突出的抗干扰性，并且维修方便，效率高，是大功率微波器件热测台的优选方案。     

Design and application of a new control system for tokamak ECRH power supply

The biggest challenge of designing and building tokamak electron cyclotron resonance heating (ECRH) pulse step modulation (PSM) power supply is satisfying its required output voltage rising time to be less than 100?µs while suppressing the voltage overshoot to be no more than 1%. To fulfill the two requirements, a new control strategy with startup time in microsecond range is proposed in this paper, and a new control system to realize the control strategy is introduced. The control system was built and tested on 60?kV/50?A ECRH power supply. The experimental results indicate that the control system can restrain the overshoot effectively, increase response speed, and obviously improve the dynamic characteristics of the PSM power supply system. Thus, the proposed control system helps the PSM power supply to meet the design specifications.     

磁场电源在 HL-2M 装置初始等离子体放电中的应用

磁场电源是 HL-2M 装置初始等离子体放电的重要组成部分,它关系到 HL-2M 装置零场的建立,等 离子体的击穿和维持及位形控制。为实现初始等离子体放电所需的供电电压和电流,对磁场电源从主回路、控制、 测量和保护分别作了相应的调整。在此基础上进行了大量的工程调试,确保了磁场电源的控制和保护等性能达到 初始等离子体放电的需求。在磁场电源运行中,电源控制性能和输出参数的一致性、纹波质量等都有显著提高。 介绍了磁场电源在调试及 HL-2M 装置初始放电中的应用。