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《40kV_20kW开关型脉冲成形网络充电高压电源》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第15卷 第7期强激光与粒子束Vol.15,No.72003年7月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJul.,2003文章编号:100124322(2003)0720697204X40kV/20kW开关型脉冲成形网络充电高压电源尚 雷, 陆业明, 冯德仁, 赵 涛, 冯光耀(中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥230029) 摘 要:采用软开关恒流充电技术,研制了一台40kV/20kW开关型脉冲成形网络(PFN)充电高压电源装置,该装置在重复频率范围、PFN电容容量较大变动时,都能达到高的稳
2、定性,并具有体积小、效率高、可并联运行的特点,可用于环型加速器注入引出、直线加速器、雷达发射等领域。介绍了该装置的研制及带PFN负载的实验状况。 关键词:脉冲调制器;PFN; 恒流充电; 软开关 中图分类号:TL503.5文献标识码:A 大功率速调管脉冲调制器通常有几种技术路线,较老的路线采用调压器、工频高压电源和De2Q电路,如合[1]肥同步辐射光源(HLS)二期工程改造前的情况,这种方式电路简单、技术成熟,缺点是体积庞大、效率低、充电稳定性易受电网电压波动的影响从而影响直线加速器束流的能量稳定性。其改进的方式是采用可
3、控硅调压器代替感应调压器而其他部分基本不变,如北京正负电子对撞机(BEPC)、韩国浦项光源(PLS)的速调管调制器[2,3]均采用了这种方式,充电稳定性得到了提高。随着电力电子学的发展,越来越多的PFN充电电源开始采用[4,5]开关电源变换技术路线,其特点是技术先进,体积小、效率高。为此在HLS二期工程调制器改造项目中使用了该方案,一方面引进了进口的开关型12kWPFN充电电源,以满足工程及机器运行的迫切需要,另一方面也着手进行了立足自己的技术研究,40kV/20kW软开关型高稳定度PFN充电高压电源装置的研制工作就是为此目的
4、而展开的。1 电路设计 本装置的主电路基本拓扑采用了适合脉冲电容充电的串联谐振开关电路,输出近于恒流源并具有短路保护能力,有关分析与设计公式见文献[7]。为了满足高重复频率、小负载电容容量时仍具有高的充电稳定性从而拓展负载使用范围,设计充电电源工作于两种工作模式:即大电流快速充电模式1及充电完成后维持阶段的小电流模式2,模式1与模式2的转换由阻容反馈分压器及IGBT驱动控制电路实现。1.1 主回路 主回路采用IGBT谐振开关全桥变换电路,IGBT为西门子两单元BSM200GB120DN2型(1.2kV/200A)模块,高频
5、高压变压器采用非晶软磁合金材料,变比1∶40,谐振电感利用变压器漏感,由FLUKEPM6304型RLC测试仪测量其漏感,20kHz时的测量结果为40μH,比设计值略大。电容为CBB92型1.5kV/2.0μF高频谐振电容,Fig.1Schematicdiagramof40kV/20kWPFNchargingpowersupply图140kV/20kWPFN高压充电电源原理图X收稿日期:2002206216;修订日期:2003202227基金项目:中国科技大学校青年基金经费项目资助课题(KB2314)作者简介:尚 雷(19682
6、),男,安徽阜阳人,博士,副研究员,从事加速器物理与技术工作;合肥6022信箱。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.698强激光与粒子束 第15卷-1RMS电流可达100A,谐振电路特征阻抗Z=L/C=4.7Ω,电路谐振频率f=(2πL/C)=1719kHz,开关频率10kHz,主变换回路还包括IGBT缓冲网络、电流互感器。电流互感器用于过流检测及测量全桥电路中的谐振电流,其型号为LEMLA2002P,额定测量范围
7、300A。主电路原理如图1所示。1.2 控制驱动电路 控制驱动电路是实现高稳定充电的关键部分,电路采用了脉宽调制集成芯片SG1525A及IGBT厚膜驱动器EXB841。高压阻容分压器取样电路、比较器、高输入阻抗运放及CMOS逻辑电路构成一个反馈电路,实现模式1与模式2的转换,工作过程如下:(1)从阻容分压器取样检测到PFN为未储能状态,则逻辑电路使脉宽调制芯片输出恒定脉宽、恒定频率的驱动脉冲,此时为大电流快速充电模式1;(2)充电至设定高压值,驱动信号转为脉宽调制方式,即小电流模式2,主开关电路不断向PFN补充电量,以弥补高
8、压顶部的缓慢降落,保证PFN上高压的稳定性及小的纹波,此时,开关频率亦减小,频率由不同PFN负载的高压泄露量确定。PFN放电后,经过一定的延时,使主开关变换电路又重复(1),(2)的过程。EXB841产生的IGBT驱动波形见图2。Fig.2IGBTdrivewaveforms
