用于回旋管测试台的高压电源及控制系统设计北大核心CSCD

从一套用于回旋管测试台的基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的-60kV DC/50A高压电源入手,提出了一套基于单片机和现场可编程门阵列(FPGA)的控制系统设计,不仅满足了电源系统各种运行尤其是1kHz调制的要求以及各种监控的要求,还满足了回旋管测试台的各种逻辑控制与快速联锁保护的要求。最终测试结果表明:该套电源及控制系统逻辑结构清晰,操作简洁,运行可靠,能够满足测试台系统对高压电源各项逻辑控制、精确定时控制、快速保护等控制要求。     

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。     

HL-2A脉冲步进阶梯调制高压电源控制系统的研制

介绍了HL-2A 上基于脉冲步进阶梯调制(PSM)技术的高压电源控制系统的研究。控制系统以数字信号处理+现场可编程门阵列(DSP+FPGA)为架构，控制112 个每秒采样(SPS)模块，按照一定的控制方式使电源输出稳定的电压。DSP 负责数据传输、通讯、控制算法等；FPGA 利用其强大的逻辑功能输出所需的脉冲。通过对程序的编写、仿真和调试，实验结果表明该控制系统的特性达到了设计要求。     

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。     

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。     

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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.     

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。     

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。     

中性束离子源实验平台80k V/50A/20ms高压电源设计分析与优化

高压电源是中性束加热用离子源束流引出的关键设备，其运行参数和性能直接决定引出束粒子能量和离子源引出效率。为了进一步提高中性束离子源实验平台高压运行参数和性能，重新优化设计并研制了80k V/50A高压电源的所有模块。首先介绍了80k V/50A高压模块电源的主电路拓扑结构和电源模块，运用仿真软件对高压电源主回路进行了充放电、打火保护仿真，仿真结果符合设计要求。最后，通过调试实验发现了电源模块存在空间绝缘不足、整流桥击穿、触发控制不响应等问题，进行了分析优化改进，完成了80k V/50A高压模块电源的升级研制。     

新型高温超导限流器无感线圈结构设计与性能测试

本文设计了一种用于磁偏置高温超导故障限流器的平行带材式YBCO超导无感线圈,该线圈由10个单元模块串联而成,每个模块的设计采用一种新型的正反S弯绕制工艺及自张紧结构。实验研究了单模块直流35 kV耐压性能、整个线圈在77 K工作温度下的临界电流性能,以及10 ms且有效值为250 A故障电流冲击下暂态电阻性能。结果表明,超导无感线圈在77 K环境下的临界电流为83 A,10 ms故障电流冲击下的限流电阻约为0.83Ω。测试结果满足设计要求。     

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。     

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.     

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。      

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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.     

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。     

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为提高HL-2A 装置辅助加热系统脉冲阶梯调制(PSM)电源的运行效率和操作可靠性,设计并实现了一种基于CAN 总线技术的远程控制通信系统。该系统采用载有SJA1000CAN 总线控制器的PCI 板卡以及TMS320F2812 微处理器分别作为上位机和下位机的通信终端,结合用户界面程序,实现了HL-2A 受控核聚变装 置辅助加热电源的远程控制,提高了其整体控制性能和操作效率。     

基于CAN 总线技术的PSM 电源远程控制通信系统

为提高HL-2A 装置辅助加热系统脉冲阶梯调制(PSM)电源的运行效率和操作可靠性,设计并实现了一种基于CAN 总线技术的远程控制通信系统。该系统采用载有SJA1000CAN 总线控制器的PCI 板卡以及TMS320F2812 微处理器分别作为上位机和下位机的通信终端,结合用户界面程序,实现了HL-2A 受控核聚变装
置辅助加热电源的远程控制,提高了其整体控制性能和操作效率。