40T混合磁體外超導磁體電源的開關(guān)電源方案研究與設(shè)計.pdf

1、中科院強磁場中心的40T穩(wěn)態(tài)強磁場裝置的磁體由內(nèi)水冷磁體和外超導磁體兩部分組成，其中的外超導磁體需要一個最大輸出8V/16KA的電源，且對電流和電壓的穩(wěn)定度有很高的要求。超導磁體電源目前采用的是傳統(tǒng)的雙反星形可控硅整流方案，該方案最主要缺點是設(shè)備體積很大。另一種備選方案是基于開關(guān)電源設(shè)計，一般而言，高頻開關(guān)電源具有更小的體積且容易做到更高的效率，但僅靠LC濾波難以濾除開關(guān)電源前級三相不可控整流帶來的低頻紋波，且電源無法輸出負電壓用于使磁

2、體電流可控下降。
　　論文第2章首先介紹了各種逆變電路和整流電路并結(jié)合超導磁體電源的需求選擇了原邊全橋逆變加副邊全波整流作為電源主回路的基本拓撲。為了降低損耗，在基本拓撲的基礎(chǔ)上采用了原邊串聯(lián)飽和電感的移相全橋軟開關(guān)技術(shù)和副邊的同步整流技術(shù)。在第2章的最后給出了磁體電源的總拓撲并簡要描述了擬采用的失超保護方案。接著的第3章對主拓撲各參數(shù)進行了計算。
　　為了更好地減小輸出紋波，在開關(guān)變換器的輸出端添加了有源濾波裝置。論文第4

3、章首先介紹了各種直流有源濾波器，然后重點分析了超導磁體電源選用串聯(lián)線性有源濾波的原因。其中一個核心原因是將串聯(lián)線性有源濾波與同步整流電路相結(jié)合，并通過恰當?shù)目刂品绞?，可以使電源輸出負電壓。在?章的最后對串聯(lián)線性有源濾波中MOSFET調(diào)整管的導通內(nèi)阻調(diào)整能力進行了具體分析。
　　論文第5章首先給出了將有源濾波環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)和開關(guān)變換器環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)聯(lián)系起來使其可以協(xié)同工作的總體控制方案。對于有源濾波環(huán)節(jié)的反饋控制系統(tǒng)，在電路建模的

4、基礎(chǔ)上，結(jié)合波特圖設(shè)計了電壓內(nèi)環(huán)電流外環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng);對于開關(guān)變換器環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)，在考慮了調(diào)整管導通電阻對開環(huán)傳遞函數(shù)的影響的基礎(chǔ)上，基于第2章中的主拓撲建模結(jié)論演化后給出了具體的PID補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法。在第5章的最后簡要介紹了開關(guān)變換器環(huán)節(jié)也可以采用的峰值電流控制方式。
　　為了驗證前述章節(jié)中磁體電源主回路和控制回路設(shè)計的正確性，在第6章中設(shè)計了一個樣機電源并給出了開關(guān)變換器軟開關(guān)效果的仿真驗證結(jié)果、直流有源濾波器環(huán)節(jié)濾波