[发明专利]一种基于反馈控制的PSM高压电源系统

说明书

本发明公开了一种基于反馈控制的PSM高压电源系统，包括：由N个开关电源模块串联而成的PSM高压电源，用于输出直流电压；与PSM高压电源并联的分压器，用于对直流电压进行分压以输出传输电压；隔离传输电路，其输入端与分压器的输出端相连，用于实现对传输电压的快速隔离传输；电压调理电路，其输入端与隔离传输电路的输出端相连，用于对传输电压进行降压处理以输出低压信号；控制电路，其输入端与电压调理电路的输出端相连，用于对低压信号进行采样，并生成N路光驱动信号以分别控制N个开关电源模块的通断，从而控制PSM高压电源的输出电压。本发明能够在保证PSM高压电源系统的通用性和低成本的情况下，降低高压电源的输出电压的超调量。

技术领域

本发明属于高压领域，更具体地，涉及一种基于反馈控制的PSM高压电源系统。

背景技术

电子回旋共振加热(Electron Cyclotron Resonance Heating,ECRH)系统可用于等离子体的加热。波源系统是ECRH系统的核心，由回旋管和电源系统(阴极高压电源、阳极高压电源)构成，其中，回旋管用于产生高功率微波，电源系统则用于输出直流高压以协助回旋管高功率微波的产生。截至2014年，一套基于脉冲阶梯调制PSM(Pulse StepModulation，脉冲阶跃调制)技术的33kV/1A高压电源已基本安装调试完毕，可正常运行。但是由于PSM电源模块在内部IGBT开通后受到变压器二次侧漏感带来的换相压降和负载电阻导致压降的影响，导致当设定的波形上升时间较短时，电源输出电压在平顶运行阶段存在5％～10％左右的电压超调，无法满足ECRH系统对阴极负高压电源提出的超调在2％以下的这一参数要求。过高的电压超调会对ECRH系统电子回旋管的起振造成影响，无法保证稳定的微波功率输出。

根据控制方法的不同，可将现有的PSM高压电源系统分为基于开环控制的PSM高压电源系统、基于闭环控制的PSM高压电源系统以及基于前馈控制的PSM高压电源系统。基于开环控制的PSM高压电源系统对高压电源采用开环控制，电源的最终输出取决于电源模块最初的投入数，电源模块的投入数以及运行在PWM模式下的占空比由给定的设定值进行计算，在运行过程中不作改变；这种高压电源系统的不足是：存在5％～10％超调量；在脉冲平顶阶段，当负载波动或者电源模块故障时，电源电压无法实时进行调整；开环控制精度低。基于闭环控制的PSM高压电源系统对每一个电源模块采用闭环调节，可降低电源模块的输出电压的超调，提高模块输出电压的精度与稳定性，从而提高整个电源的输出精度；这种高压电源系统的控制精度较高，但要对每个电源模块的控制电路进行改造，且需要在输出端增加低通滤波器以滤除等效调制频率，降低了电源输出的动态性能；同时，对高压电源每一个模块进行反馈控制会造成成本过高。基于前馈控制的PSM高压电源系统对高压电源采取前馈控制，对高压电源总输出电压进行控制，同样可降低高压电源的超调量，但这高压电源系统需要对高压电源的动态特性与负载特性有非常详细的参数，故而这种高压电源系统不具有通用性。

总的来说，现有的PSM高压电源系统都存在着某些方面的限制，不能很好的应用于ECRH系统中。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于反馈控制的PSM高压电源系统，其目的在于，在保证PSM高压电源系统的通用性和低成本的情况下，降低高压电源的输出电压的超调量。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于反馈控制的PSM高压电源系统，包括：控制电路、PSM高压电源、分压器、隔离传输电路以及电压调理电路；

PSM高压电源由N个开关电源模块串联而成，PSM高压电源用于输出直流电压；

分压器与PSM高压电源并联，分压器用于对PSM高压电源输出的直流电压进行分压，以输出满足隔离传输电路的电压要求的传输电压；

隔离传输电路的输入端与分压器的输出端相连，隔离传输电路用于通过频压转换实现对传输电压的快速隔离传输；