電子加速器裝置運(yùn)行時(shí),多種因素會(huì)導(dǎo)致束流軌道偏離正常值,以及束流軌道的快速震蕩。研制出響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高、穩(wěn)定性好的校正磁鐵電源對(duì)軌道反饋系統(tǒng)乃至最終同步輻射光源的品質(zhì)有重要意義。由于磁鐵負(fù)載的電感特性,常規(guī)的電源功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在一定的局限性,主要體現(xiàn)在電源輸出響應(yīng)速度和輸出電流穩(wěn)定性之間存在矛盾、輸出電流分辨率不夠高等。
近日,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室的加速器磁鐵電源課題組在束流軌道快速校正磁鐵電源的研制方面取得重要進(jìn)展。該研究調(diào)研對(duì)比了多種電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),首次提出了一種基于MOSFET線性工作區(qū)的“類H橋”結(jié)構(gòu)。利用了MOSFET工作在線性區(qū)以及H橋結(jié)構(gòu)的換相作用,成功研制出了響應(yīng)快、高穩(wěn)定性的雙極性電源樣機(jī)。樣機(jī)測(cè)試結(jié)果顯示,該電源的小信號(hào)帶寬可以達(dá)到10 kHz, 8小時(shí)長(zhǎng)期穩(wěn)定度優(yōu)于10 ppm,輸出電流分辨率優(yōu)于10 ppm。
圖1. 基于MOSFET線性工作區(qū)的快響應(yīng)磁鐵電源架構(gòu)
基于DSP、FPGA的全數(shù)字控制開(kāi)關(guān)電源是當(dāng)前加速器磁鐵電源主要研究領(lǐng)域,該系列研究還提出了一種基于Buck電路級(jí)聯(lián)的三電平開(kāi)關(guān)電源拓?fù)?。該方案采用Buck模塊級(jí)聯(lián)以及120o載波移相的多電平的方案,將等效開(kāi)關(guān)頻率提高了三倍,基于FPGA的HRPWM最小調(diào)節(jié)精度達(dá)到78 ps,有效降低了輸出電流紋波,提高了響應(yīng)速度

圖2. 基于Buck模塊級(jí)聯(lián)的三電平開(kāi)關(guān)電源架構(gòu)
相關(guān)研究成果發(fā)表于電力電子領(lǐng)域著名期刊《IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics》以及《Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment》上。
成果鏈接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8786188
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900219314251