HL-2M 装置电子回旋共振加热高压电源系统的研制

为满足 HL-2M 装置电子回旋共振加热、低杂波电流驱动、中性束注入等二级加热系统的需要,设 计了多套基于脉冲步进技术的大功率高压电源,为速调管、回旋管及中性束、离子源等提供高压。重点针对一套 用于电子回旋系统的高压电源进行了分析。该高压电源设计了多副边绕组的高压隔离变压器、全固态高压调制器 和电源控制系统,并得出了适合本电源控制的控制算法,易于调整高压的输出幅值以及高压的上升下降时间。最 后给出实验结果,以验证电源的保护能力、电源控制算法的可操作性及实用性。试验证明,此套电源不仅满足对 负载的快速保护的要求,其电源工作的稳定度等其它参数也满足设计要求。      

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。     

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。     

模块化固体开关脉冲功率源触发技术

为满足高功率脉冲源小型化和高重复频率运行的研制需要,提出了一种基于固体开关(可控硅)的电感隔离型高压脉冲发生器触发控制设计方案。这种方案采用光纤收发器件及其驱动电路和高耐压脉冲变压器,研究了固体开关脉冲功率源控制技术中的触发信号高压隔离、光分多路及脉冲变压器分立或并联使用等关键技术。给出了单模块触发控制电路的设计及测试结果:5级LC回路在每级充电电压4 kV输入时,实现最终32 kV的输出,功率源模块输出/输入电压转换效率达到80%。同时对其应用特点进行了分析和讨论。     

200kV低纹波高稳定度直流高压电源北大核心CSCD

直流高压电源在科学实验和工业生产中有着广泛的运用,传统高压直流电源是通过工频变压器直接升压,再经整流滤波得到所需要的高压,普遍存在精度低、调整复杂、纹波系数大等诸多缺陷。本系统基于全桥逆变、倍压整流和脉宽控制技术,设计了用于电子束离子阱装置的直流高压电源,采用高频逆变、正负双向倍压整流、电压电流双环控制等方法,实现了直流高压输出。结果表明,所设计的直流高压电源具有稳定性好、纹波小、可靠性高、系统安全等特点,最终输出的电压在o～200kV连续可调,纹波和稳定性都小于0．01％,满足实验需求。     

高温超导脉冲变压器线圈结构参数影响分析

用于脉冲功率电源的高温超导脉冲变压器,集超导储能与脉冲放电为一体,在脉冲功率技术中有着良好的发展前景。设置合理的线圈结构参数可以提升高温超导脉冲功率变压器的耦合系数和储能容量,满足脉冲功率电源小型化、轻量化的优化目标。本文利用有限元仿真软件Anysys EM,建立了同轴饼式线圈叠加结构的单模块变压器模型和环形结构的多模块变压器模型,根据磁场分布和后期计算,分析了结构参数对脉冲变压器耦合系数和原边超导线圈的储能的影响。仿真分析结果表明,在77 K时,采用相同用线量的情况下,单模块高温超导脉冲变压器耦合系数和原边电感线圈的储能随线圈高度减小逐渐增大;多模块高温超导脉冲变压器减小线圈高度、增大内半径能够获得较高的性能,为超导脉冲变压器的脉冲电源实验验证提供了一定的参考依据。     

多级磁阱装置脉冲电源系统研制

为了实现高压等离子体放电的研究,研制了一套满足负载要求的脉冲电源系统。该电源系统采用脉冲电容型电源拓扑方案并结合理论计算,为实际电源研制提供关键的指导方案。为了更好地进行器件参数选型,采用PSpice软件搭建仿真模型,通过响应波形分析得到满足系统要求的器件参数。此外,为该电源系统研制一套满足等离子体放电要求的控制系统。该控制系统采用通信方式为串口通信、Labview搭建上位机界面以及FPGA完成下位机的逻辑系统配置,系统简单高效。     

正负双极性直流高压充电电源设计北大核心CSCD

高压脉冲电容器是脉冲功率系统中应用较广的储能器件。根据大容量能库型脉冲装置对充电电源的技术要求,研制了一种输出电压±0.5~±10 kV可调、最大平均功率约3 kW、双极性一体化直流高压充电电源。设计上采用控制电路与正负双极性直流高压输出主电路一体化方式,通过隔离、屏蔽和保护措施,解决了目前双极性直流高压充电电源存在的正负极性电压不平衡、采样控制信号与高压地未隔离问题,减小了电源体积,提高了电源的鲁棒性、可靠性和电磁干扰能力。100多台充电电源在18.3 MJ脉冲装置中同时运行,在复杂电磁干扰环境下可靠稳定工作。     

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。     

脉冲激光电源的实用IGBT驱动电路设计

分析了大功率脉冲激光电源中IGBT模块所需驱动电路的基本要求,设计了一种IGBT驱动电路,并采用反激变换器作为其供电电源的解决方案.讨论了不连续导电模式情形下具有缓冲电路的反激变压器储能转换率的计算,由此确定了反激变压器和缓冲电路的核心参数.以单片开关电源VIPer22ADIP为关键器件,设计了输出为18V/5W的稳压型反激变换器,从而为实现全开关化的脉冲激光电源提供了可能.     

HL-2A 装置低混杂波加热系统高压电源

中国环流器二号A( HL- 2A) 装置低混杂波辅助加热系统的脉冲高压电源系统包含大的储能元件和非线性元件, 其输出电压在投入负载速调管时会有一定程度的跌落, 并且在装置放电过程中, 前级电源) ) ) 125MVA 脉冲发电机输出电压变化大, 该输出电压也发生变化。针对该问题利用MATLAB 进行建模仿真, 对该电源系统采用了PID 反馈控制与前馈补偿策略, 并且对采用的PID 控制器的设计与参数选择作了详尽分析, 其实际应用结果表明该控制策略能很好地满足该电源电压稳定性的要求。     

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在ECRH高压电源中采用了高压脉冲调制器，大大缩小了电源脉冲上升和下降时间并能提供快速保护。介绍了电子回旋高压电源的主回路结构。计算了电源的前级等效电阻，对电源的动态响应进行了计算分析。运用MATLAB建立模型对电源进行仿真，给出了实验对比结果。     

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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。     

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。     

嵌入式预充电电源控制系统的设计与实现

研制了基于PC/104总线为核心的嵌入式预充电电源控制系统,重点阐述了该控制系统的硬件结构与软件设计;该控制系统以SBC-4680为控制系统主板,通过PC/104总线控制PCM-5120模拟量输入输出卡,控制PCM-5134的IO和定时计数卡,同时制作相应的接口电路及看门狗电路,在DOS操作系统中,利用C++编写底层软件,控制中采用PID算法及特殊数据处理方法,利用VB编写上位机操作界面与图形显示软件,实现与底层软件的以太网通信、信号的实时传输、显示与处理;实验证明,采用此预充电控制系统以后,使高压电源的波头质量得到极大提高,既消除了震荡,又避免了电压跌落等情况的出现,同时该电源的控制精度达到1%,因此,该控制系统完全满足电源控制及保护需要。     

基于LLC谐振变换器的X光机高压电源设计与仿真

针对X光机高压电源系统稳定性差、效率低等缺点,设计了一种基于LLC串并联谐振变换器的高压电源。介绍了LLC谐振变换器的基本原理,并对其拓扑结构进行基波近似分析,得出电路的增益特性。采用正负双向对称倍压整流电路,有效抑制了输出纹波。最后,采用Saber仿真软件进行了电路建模和仿真分析,得出的仿真结果验证了控制电路的有效性和可行性。     

一种新型等离子体磁控溅射镀膜电源设计

磁控溅射镀膜电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌靶和锡靶溅射处理装置的技术要求,研制了一套输出电压0~800 V可调、脉冲宽度5~200 μs可调、频率0~60 Hz可调、在脉冲电流最大幅值约150 A的磁控溅射镀膜电源,分别给出了该电源在铌靶负载和锡靶负载下的实验结果。设计上采用高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路方法,解决了高功率磁控溅射在重复频率工作下有时不能成功溅射粒子、电离时刻不一致、溅射起弧打火靶面中毒、溅射效率低等问题,降低了磁控溅射装置内气体的工作气压,实现低气压溅射镀膜,提高了靶材的溅射效率,减小薄膜表面粗糙度。通过大量实验论证,该电源达到了理想的溅射效果,满足了指标要求。     

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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.