纳秒级快控全固态高压脉冲电源设计

高压脉冲电源在核技术中有着广泛的应用,它主要包括高压直流电源及脉冲调制两个部分.分别利用串联谐振高频逆变器和高压绝缘栅场效应管串联技术设计了高压直流电源和脉冲调制器,对高压直流电源的主电路、控制电路、高压变压器及固态开关进行了说明分析.电源最大输出电压达到6kV,能单次调制和连续调制,最后制作了样机进行了测试,实验数据表明,该电源系统设计合理,上升沿时间达到ns级,能达到快速调制的要求.     

LLC谐振恒流恒压高压充电电源技术研究

高压充电电源输出电压的稳定性是脉冲调制器的关键技术指标,需对其进行研究,以提高其输出稳定性。基于激磁电感、谐振电感、谐振电容（LLC）谐振变换器的工作原理,根据LLC等效电路得到了LLC谐振电路的电压增益曲线,分析了LLC谐振变换器工作区间的特性,提出了平面绝缘芯变压器的选择依据和设计方法,通过测量实际变压器得到变压器的参数;根据变压器参数选择了LLC谐振变换器谐振频率和工作频率,并通过LLC谐振变换器电路的推导,详细计算了高压充电电源输出电压的纹波幅值。结果显示,计算结果优于设计指标。经实验验证,叠层磁芯LLC谐振变换器高压充电电源的稳定性能达到了设计要求。     

LLC谐振恒流恒压高压充电电源技术研究

高压充电电源输出电压的稳定性是脉冲调制器的关键技术指标,需对其进行研究,以提高其输出稳定性。基于激磁电感、谐振电感、谐振电容(LLC)谐振变换器的工作原理,根据LLC等效电路得到了LLC谐振电路的电压增益曲线,分析了LLC谐振变换器工作区间的特性,提出了平面绝缘芯变压器的选择依据和设计方法,通过测量实际变压器得到变压器的参数;根据变压器参数选择了LLC谐振变换器谐振频率和工作频率,并通过LLC谐振变换器电路的推导,详细计算了高压充电电源输出电压的纹波幅值。结果显示,计算结果优于设计指标。经实验验证,叠层磁芯LLC谐振变换器高压充电电源的稳定性能达到了设计要求。     

50MW速调管脉冲调制器的PLC控制

介绍了合肥同步辐射光源(HLS)50MW大功率速调管脉冲调制器改造项目。在该项目中,采用可编程控制器(PLC)监控系统取代了原有的基于继电器逻辑电路的监控系统,使其成为HLS基于先进的控制软件EPICS的新控制系统的一部分;采用恒流逆变充电电源取代了原来的工频高压电源,使调制器技术更先进、运行更加可靠。本文给出了调制器PLC控制系统的设计方法和软硬件的实现及运行情况。     

Kicker高压充电电源设计

为满足强流重离子加速器高频率束流的注入引出需求,设计了一台Kicker高压大功率充电电源。电源采用串联谐振技术,实现了开关管零电流开通关断,充电电压0～20 kV范围内可调,平均充电速度为16 kJ/s,最大输出功率为32 kW。测试结果表明:实测波形与仿真结果一致,该电源满足强流重离子加速器注入引出系统的性能要求。     

基于PLC的110MW脉冲调制器控制器设计

论述了110MW脉冲调制器控制器的设计，简要比较了几种在工业场合中常用的控制器。调制器控制器核心采用PLC可编程控制器。控制器实现了对调制器联锁信号、电路状态信号的实时监测，闸流管预热系统、速调管预热系统等流程的控制，高压恒流充电电源的控制以及与加速器控制室的数据通信。调制器长期运行表明控制器工作稳定、可靠。     

中性束注入器抑制极电源技术研究

中性束注入(NBI)器抑制极电源是中性束电源系统的组成部分,输出电压能根据实验情况在1~5kV内可调且脉冲式输出,脉冲波形的前后沿时间不大于20μs。采用串联谐振变换技术和移相脉宽调制技术设计高压直流平台,然后使用真空四极管进行调制,满足波形上的参数需要。对有关主电路和控制方法进行了分析说明。初步实验证明该设计调整性能好,抗过载与短路能力增强,能在脉冲负载状态下运行,具有较好的NBI实验应用前景。     

碳化硅二极管在高压电源的应用研究

依据脉冲调制器高压电源的需要,研制基于平面绝缘芯变压器结构的高压充电电源。高压充电电源输出结构由多组输出线圈串联,所以电源输出整流二极管数量多,而二极管的功率损耗对电源密封输出结构的温升有直接的影响,所以分别对普通二极管、快恢复二极管和碳化硅肖特基二极管的工作特性进行仿真分析,分析了二极管的关断电流斜率和反向恢复峰值电流的关系,比较了三种二极管在电路中的功率损耗,并依此确定了应用于高压低电流电源上选择二极管的原则。选择C4D05120E(1200V9A)作为高压电源的整流二极管,设计了高压整流电路,并在实验中验证了二极管功率损耗,整体的功率损耗符合二极管功率特性的分析。     

56MW脉冲调制器电压的稳定

为使56 MW脉冲调制器有足够稳定的脉冲输出电压,通常采用所谓“de-Q’ing”方法控制人工线充电电压,以实现对脉冲输出电压的稳定。图1为“de-Q’ing”线路简图。用高阻阻容分压器对人工线充电电压取样,经比较器与给定的参考电平比较,当取样信号高于参考电平时发出脉冲,启动充电变压器次级的可控     

脉冲调制器稳定性监控中的信号调理电路研制

上海软X自由电子激光实验装置(SX-FEL)对直线加速器微波功率调制器的脉冲幅度提出了0.01%的稳定度要求。本文介绍基于脉冲信号采样分析来反馈控制调制器的充电电压的控制策略,并着重介绍这种方案中的信号调理电路的研制。脉冲信号调理电路主要完成衰减、切割放大、滤波等功能。调理之后的信号可以送给高速ADC进行采集,也可以直接连接到示波器上观察脉冲信号平顶特征。实验结果表明该调理电路稳定性高,达到了预期目的。     

Soft switching circuit to improve efficiency of all solid-state Marx modulator for DBDs

For an all solid-state Marx modulator applied in dielectric barrier discharges (DBDs),hard switching results in a very low efficiency.In this paper,a series resonant soft switching circuit,which series an inductance with DBD capacitor,is proposed to reduce the power loss.The power loss of the all circuit status with hard switching was analyzed,and the maximum power loss occurred during discharging at the rising and falling edges.The power loss of the series resonant soft switching circuit was also presented.A comparative analysis of the two circuits determined that the soft switching circuit greatly reduced power loss.The experimental results also demonstrated that the soft switching circuit improved the power transmission efficiency of an all solid-state Marx modulator for DBDs by up to 3 times.     

质子治疗装置脉冲电源研制

上海质子治疗装置项目中质子注入系统凸轨磁铁需要脉冲电源励磁,要求两台电源脉冲峰值幅度可调和波形一致,且运行可靠。本文介绍了凸轨磁铁脉冲电源的设计和测试。脉冲电源电路采用LC串联谐振作为脉冲成形发生电路,电路设计可调电感用于调整波形脉宽。晶闸管为电流开关,快恢复二极管串联晶闸管弥补大功率晶闸管的关断延迟和下冲,并增加饱和电抗器抑制励磁电流反向电流尖峰。测试结果表明,当励磁电流峰值为3 732 A时,励磁电流触发抖动小于±25 ns,励磁电流峰值重复稳定度小于0.1%,反向电流尖峰下降为峰值电流的3.75%,快恢复二极管和饱和电感器对抑制励磁电流反冲的效果明显,满足了设计要求。     

Resonant power supplies for a rapid-cycling accelerator

A resonant power supply has been proposed as an efficient power supply for a future 60-GeV, Kaon-producing accelerator. The engineering design of the electric system of the main-ring power supplies is described. It is shown that the resonant power supply can be built with standard commercially available components. The most critical component is the bypass switch, which requires gate-turn off thyristors, connected in parallel. Standard metal-clad switchgear can be used for the AC system. The resonant power supplies can be fed directly from the 115-kV utility network, but the resonance power supplies draw pulse loads from the utility network. This pulse may produce disturbances. AC filter and reactive power compensation is needed for economical operation     

基于不同激励源模式下并联型怀特电路特性

在快周期同步加速器中,为避免无功能量存取对电网的扰动,磁铁电源系统通常采用怀特电路结构。在并联型怀特电路中,降低磁铁电流的高次谐波含量,即电流总谐波畸变率（THD）是保证磁铁电流跟踪精度的关键所在。本文基于一单元并联型怀特电路模型,详细分析了在不同激励源模式下磁铁电流的动态特性,并获得实验验证。结果表明,连续激励模式更有利于改善磁铁电流的THD指标。     

一种高稳定通用高压产生电路

本文介绍一种体积小、重量轻、性能较好的通用高压产生器电路。它采用集成脉冲调宽控制电路作支柱,采用闭环稳流的方法用MOS管作为功率驱动,以保障输出功率大、高稳定度等性能。     

高真空双T腔微波脉冲压缩开关的研究

本文介绍通过储能切换法在高真空双T腔内实现高功率微波脉冲的压缩.文章中分析了微波开关的机理并介绍了实验.实验表明,高真空条件下的自击穿微波开关能够满足储能切换的要求,开关击穿时刻的不同会导致输出功率的变化.本文还介绍了高真空条件下的可控外触发微波开关的设计及其初步实验.     

Analysis and optimization of high-power pulse transformer for SXFEL

A C-band accelerator structure was used to accelerate electrons at the Shanghai soft X-ray free-electron laser test facility(SXFEL-TF) in Shanghai Institute of Applied Physics(SINAP). The microwave system of this accelerator structure used a 110 MW pulse modulator and a klystron(PV-5050) to provide the power supply. A pulse transformer is a crucial device in a modulator klystron system and plays significant roles in voltage level transformation, matching impedances, and polarity inversion.This study presents the optimization of a high-voltage pulse transformer. The design considerations of reducingflattop ringing and flattop droop, and shortening leading edge are provided. The model simulation, mechanical design, and the relevant experimental results are also presented.     

大功率脉冲磁场电源系统

描述了中国环流器2号A(HL-2A)装置磁场电源系统,介绍了电源的控制系统和实验结果。磁场电源总脉冲容量近250 MVA,一次放电脉冲释能1 300 MJ,其中单套电源的最高直流电压为3510 V,最大电流为45 kA,均以脉冲方式运行,脉冲时间5 s,重复周期10 min。电源主回路主要由飞轮脉冲发电机、晶闸管变流设备、硅整流器等组成。采用了硅整流器直接并联、电流平衡、恒角移相控制、整流器全关断检测、先进的监控和脉冲高压强流检测等技术措施。实验表明,磁场电源的性能指标能够满足装置实验的要求。     

EAST离子回旋加热系统高功率射频放大器阳极电源的研制

离子回旋共振加热是EAST超导托卡马克核聚变实验中重要的辅助加热手段。高性能的高功率射频放大器阳极电源对整个加热系统的稳定运行起重要作用。本工作设计了基于脉冲阶梯调制（PSM）技术的阳极电源及其控制保护系统,通过采集电源的实验数据对电源的设计进行了验证。实验结果证明,本阳极电源的设计和参数选择均是合理正确的,电源的开通和关断以及控制保护的数据指标完全达到设计要求。