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。     

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。     

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为提高NBI系统的稳定运行参数和可靠性,研制了一台基于高频开关电源技术的全固态调制输出负高压测试电源,并将HL-2A装置NBI系统原4套抑制极电源的电子管调制器改为基于IGBT串联技术的全固态调制器.对比原抑制极电源系统,给出了基于高频开关技术和IGBT串联技术的抑制极电源结构.结合NBI系统调试实验,通过调节抑制极电源电压,瞬态电流输出能力,分析了抑制极电源输出性能对离子源束流引出特性,离子源引出电极击穿特性的影响,获得了引出稳定离子束流的最低抑制电压.     

HL-2A装置ECRH主高压电源的研制

介绍了HL-2A装置电子回旋系统主高压电源的研制。用星点控制技术实现了高压直流平台输出电压的调节;用TM-703FB大功率调制管为核心的高压调制技术实现了高压电源输出电压的快速升降及电源的快速保护。用前馈补偿和反馈控制技术实现了输出电压波纹小于1%。电源输出总体指标为-60kV/(25A×4)/1s,满足了ECRH系统的要求。     

基于PSpice的半导体激光高频调制系统设计

为了实现高频率的调制激光输出,设计了一种驱动系统由信号放大、电流调制、过流保护和具有慢启动功能的直流偏置电路高度集成的半导体激光高频调制系统。此系统采用了结构简单的直接调制方式,运用线性调频的高频信号去控制半导体激光器发射激光的强度,从而实现高频调制。在运用OrCAD/PSpice对高频调制驱动系统进行模拟仿真的基础上,最终研制出的半导体激光高频调制系统实现了频率为40.02 MHz、直流偏置为493.326 mA、正弦波调制电流峰峰值为850 mA的高频调制输出,调制激光平均功率为300 mW。     

激光调制参数对光纤环型谐振腔光谱特性影响

谐振光学环型腔作为光学陀螺的核心敏感单元,其光学调制谱和与之对应的鉴频曲线的特性成为提高光学陀螺系统检测灵敏度的关键。为了研究光学陀螺的调制和鉴频谱线特性,优化陀螺性能,设计并搭建了实验测试系统,光纤环形谐振腔采用分光比为50∶50、直径17 cm的保偏光纤,总长2.2 m。使用直流高压放大器扫描窄线宽激光器（线宽小于1 kHz）的压电转化模块,扫描频率和电压分别选取20 Hz和1 V,使用模拟比例积分电路进行锁频并反馈给激光器的压电转化模块,使激光器的输出频率跟踪谐振腔实时变化。研究分析了光纤环型谐振腔在两种情况下所对应的透射谱和鉴频曲线:第一种情况为调制电压分别为2 V和4 V,对应调制频率从100 kHz到4 MHz变化;第二种情况为当调制频率为900 kHz,调制电压从2 V到10 V变化。通过实验,得到了不同调制参数下光学陀螺谱线的谐振深度、半高全宽、线性带宽、动态范围、品质因数、标度因数以及对应的锁频精度七种物理量的详细变化情况,并进一步得到了静态测试条件下三种陀螺的最佳调制频率及与之所匹配的调制电压。为进一步研究激光调制对光纤环型谐振腔光谱的影响提供指导。     

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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。     

用于长脉冲大功率微波系统的高压调制电源

为ＨＬ－１Ｍ装置上的ＬＨＣＤ和ＥＣＲＨ长脉冲大功率微波系统研制的主调制电源,已达到了－７０ＫＶ、３５Ａ的输出指标。应用该电源首次实现了ＴＭ－７０３Ｆ型大功率调整管在１ｓ长脉冲下的运行和双大功率高压调制器的并联运行,在没有ＣＲＯＷＢＡＳＲ保护系统的情况下采用有效的快速保护措施实现了长期的稳定可靠运行。     

基于STM32的医用X射线机高频高压发生器的研制

高频高压发生器是X射线机的核心部件之一,其作用是给高压球管提供直流高压使之输出能量集中的X射线,该直流电压值是X射线机的关键参数;在医用X射线机使用过程中,当其作用于不同的个体体型及不同的人体部位时,通常需要不同的球管电压等级(kV值)以控制X射线的辐射量;因此,其输出的管电压必须是精度高且可调;设计中采用全桥串并联谐振逆变换技术并结合脉冲频率调制系统来实现高压电源的调节输出,其输出到球管的高压直流电源电压调节范围为40~150 kV;系统控制部分采用STM32微控制器实现对高压直流电源的检测与控制;实验结果证明,所设计的高频高压发生器输出的直流高压相对误差小于5%,精度高且稳定性好,可满足医用X射线机的工作要求,具有良好的应用价值。     

雷达目标干扰调制信号的FPGA实现

用VHDL语言在Quartus Ⅱ环境下对雷达干扰调制信号的产生进行设计;将FPGA实现的功能分为数字噪声模块、调制波形模块和角度包络模块,详细给出设计过程;经过仿真和硬件测试,实现了雷达目标干扰调制信号的输出;研究表明该系统方便控制,容易修改,并且能移植到其它目标模拟器,对干扰调制信号的设计有一定的借鉴意义。     

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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.     

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。     

快速稳压PSM电源主回路及补偿网络设计

针对NBI系统中单个脉冲调压电源模块(PSM)直流输出电压不可调、精度低、电压超调大,提出了在PSM电源模块输出侧串联一个调压电源的方法。为了使调压电源的系统有良好的动态性能,设计了一个TYPE-III补偿网络。最后搭建了一台样机,实验结果验证了主回路设计的正确性,为制造单个PSM电源测试台奠定了基础。     

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In order to improve the physical experimental parameters of the HL-2A tokamak, the new high-power supply for the auxiliary heating systems need higher stability, faster response, higher power factor, shorter protective time, higher voltage, more flexible control, higher frequency and much less energy discharged to this equipment than the old one when the load is arcing. The high voltage power supply adopts the pulse step modulation (PSM) technology and mainly consists of 28 modules with 4 adjustable modules and 24 uncontrollable switch modules connected in series. The output voltage can be adjusted continuously in 0~20kV and the switch frequency maximum can reach 20 kHz. The results of simulation and experiment show that the operating parameters of the power supply can reach 20kV/200A and meet the experimental requirements.     

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.     

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介绍了J-TEXT装置上将用于辅助加热研究的一套100kV/60A高压电源。这套高压电源基于PSM技术设计,由144个开关电源模块构成。为了满足隔离、控制和保护的要求,采用PXI和FPGA技术设计了符合CODAC规范的PSM电源控制系统,并提出改进的PSM控制策略实现对高压电源的控制。为验证控制系统的性能,在由8个模块组成的高压电源模型样机上对控制系统进行了测试,测试结果表明,系统各项性能良好,可以满足100kV/60A高压电源的控制要求。     

基于电磁耦合机构的非接触电能传输系统

基于非接触电能传输技术的研究,设计了非接触电能传输系统的供电机构、耦合机构和受电机构三大基本模块。对系统的整流滤波和高频逆变电路进行了仿真实验,整流输出电压波动小于6%,谐振逆变电路输出信号频率达1000Hz以上。采用低频信号发生器作为供电机构对系统进行了性能测试,给出了500Hz下的空气间隙与电压传输效率的实验关系曲线,随空气间隙增大,电压传输效率降低。     

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...     

基于脉冲调制技术的LHCD大功率阴极高压电源

为满足HL-2A装置低杂波电流驱动等辅助加热系统的需要,分析设计了基于脉冲调制技术的大功率高压电源,为速调管提供阴极高压。高压电源采用了模块化串联的系统结构,通过控制算法的调节,电源输出连续可调,使低压低频直流脉冲电源转化为高压高频直流脉冲电源,还具有高功率、高稳定、高冗余的特点。重点对模块的器件参数、选型、工艺等进行详细设计分析,利用多绕组变压器的漏感作为模块的滤波电感,选用特性更好的金属薄膜电容、绝缘栅双极晶体管等器件,优化模块结构;设计了29个副边绕组的多绕组高压隔离变压器,设计了电源控制系统,得出适合本电源控制的控制算法,易于调整高压的幅值以及高压的上升下降时间。最后给出大量实验结果,验证电源的保护能力,两种主要的电源控制算法的可操作性及实用性。试验证明,此套电源不仅满足负载提出的快速保护的要求,其电源工作的稳定度等其他参数也满足设计要求。