中心議題：

• 關於DC/DC電源技術研究
• 大功率直流電源的拓撲結構

解決方案：

• 拓撲結構采用輸入直流母線結
• 采用PWM技術

• 控製各模塊電流

隨著電力電子技術的發展，很多場合需要大功率大電流的直流電源。EAST的磁約束核聚變裝置使用的直流快控電源即是一種大功率直流電源
，其技術要求為：電壓響應時間1ms峰值電壓50V；最大電流20kA
，能實現4個象限的運行。針對此要求，不可避免地需采用電源並聯技術，即功率管並聯或電源裝置的並聯。對於20kA直流電源，若采用功率管IGBT並聯

，每個橋臂則至少需15隻功率管並聯
，這不但給驅動帶來很大困難，而且，在一般情況下，電流容量較大的功率管的電壓容量也較大
，在實際電壓隻有50V 的情況下，對功率管的電壓容量而言，這是極大的浪費。因此
，提出采用多米諾結構的DC/DC電源裝置並聯技術思路。

對電源並聯係統的基本要求為：

1)在電網擾動或負載擾動下保持輸出電壓穩定
；

2)各模塊調製頻率一致。若不一致，則產生低頻脈動信號，增大輸出電流和電壓的紋波成分
；

3)控製各模塊電流，使其均分負載電流。

1 大功率直流電源的拓撲結構

DC/DC電源並聯有兩種拓撲結構，一種是采用輸入直流母線結構，其係統結構框圖如圖1a所示
，主要包括整流變壓器和不可控二極管整流電路，N 路DC/DC變換器，泵升電壓抑製電路等；另一種是采用獨立的AC-DC/DC電源並聯，係統結構圖如圖1b所示。


采用圖1a所suo示shi的de拓tuo撲pu結jie構gou
，係xi統tong需xu大da容rong量liang不bu可ke調tiao直zhi流liu電dian源yuan，一yi般ban可ke采cai用yong整zheng流liu變bian壓ya器qi降jiang壓ya，二er極ji管guan整zheng流liu並bing經jing電dian容rong濾lv波bo得de到dao。這zhe種zhong結jie構gou雖sui可ke保bao證zheng並bing聯lian的de每mei條tiao支zhi路lu有you共gong同tong的de直zhi流liu電dian壓ya輸shu入ru，避bi免mian並bing聯lian支zhi路lu因yin直zhi流liu側ce輸shu入ru電dian壓ya不bu同tong而er帶dai來lai的de不bu均jun衡heng
，但dan該gai直zhi流liu電dian源yuan的de容rong量liang大da，電dian流liu達da20KA
，直流母線承受的負荷過重
，前級AC-DC設備要求較高
，不易實現。另外

，輸入端共用母線不利於實現完全意義上的獨立電源模塊的並聯。因此，采用如圖1b所示的AC-DC/DC直流電源並聯的拓撲結構。

圖1b所示的拓撲結構可保證每個AC-DC/DC電源模塊的獨立性，即可實現直流電源裝置的並聯，能夠根據實際的電壓
，電流及功率的要求自由地增減模塊的個數！在實際應用中有很大的空間，有一定的研究價值。但這種拓撲結構也有它不利的一麵！即若變壓器輸出電壓略有差別
，則每個整流模塊的輸出電壓將不同

，從而造成各整流模塊輸出電流嚴重不平衡。

不過，這種不平衡可采取如下相應措施進行抑製：首先，在采用獨立的AC-DC/DC電源並聯時，應盡量做到每個模塊的AC-DC/DC輸出直流電壓接近相等；其次，針對由於變壓器輸出電壓不同造成的各整流模塊輸出電流的不平衡
，可在DC/DC環節設置均流措施。DC/DC模塊采用的是受限單極型脈寬調製方式(PDW)
，通過調節各DC/DC模塊的占空比使各回路的負載趨於平衡。當電源模塊給定電流正負切換時
，可實現不同象限的運行，滿足係統4象限運行的要求。

2 大功率直流電源的控製方案

zaituokamakekuaikongdianyuandeyingyongzhong，yaoqiudianyuanshuchudianliushishigenzonggeidingdianliuquxian。yinci，gaidianyuanxitongshidianliusuidongxitong
，xitongdekuaisuxingjiangshiyijiaozhongyaodexingnengzhibiao。erkongzhifangshidexuanzejiangyingxiangzhenggexitongdejingtaiyudongtaixingnengzhibiao。
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為更好提高係統穩態和動態性能指標的精度，實現電流跟隨性，采用兩級電流控製(圖2)，即總電流環和模塊電流環相互配合
，不僅可提高性能指標
，且可實現各模塊電流的均衡。


外wai環huan的de主zhu要yao功gong能neng是shi實shi現xian電dian流liu的de實shi時shi跟gen蹤zong，采cai用yong反fan饋kui加jia前qian饋kui的de複fu合he控kong製zhi方fang式shi。複fu合he控kong製zhi中zhong的de前qian饋kui控kong製zhi不bu影ying響xiang原yuan係xi統tong的de穩wen定ding性xing。但dan卻que可ke在zai不bu增zeng大da開kai環huan增zeng益yi的de情qing況kuang下xia大da幅fu提ti高gao係xi統tong的de穩wen態tai精jing度du和he動dong態tai性xing能neng。為wei達da到dao控kong製zhi效xiao果guo。又you不bu使shi前qian饋kui通tong道dao的de結jie構gou變bian得de複fu雜za。前qian饋kui控kong製zhi采cai用yong的de是shi輸shu入ru信xin號hao的de一yi階jie導dao數shu

，且qie加jia到dao信xin號hao的de輸shu入ru端duan。內nei環huan模mo塊kuai電dian流liu環huan的de主zhu要yao功gong能neng如ru下xia。

1)改造控製對象的傳遞函數。

2)限製電流最大輸出，同時又實現各電源模塊的均流。

3 數據傳輸拓撲結構

EAST等離子體垂直位移快控電源的均流是裝置並聯的一重要問題。監控計算機和電源模塊的CPU數據傳輸采用主從方式(圖3)
，即由每一電源模塊的CPU 負(fu)載(zai)實(shi)現(xian)各(ge)自(zi)的(de)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)，並(bing)向(xiang)監(jian)控(kong)計(ji)算(suan)機(ji)發(fa)送(song)該(gai)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)狀(zhuang)態(tai)信(xin)息(xi)

，監(jian)控(kong)計(ji)算(suan)機(ji)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)實(shi)現(xian)對(dui)各(ge)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)的(de)統(tong)一(yi)管(guan)理(li)
，包(bao)括(kuo)向(xiang)每(mei)個(ge)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)發(fa)送(song)啟(qi)動(dong)和(he)停(ting)止(zhi)指(zhi)令(ling)。發(fa)送(song)電(dian)流(liu)給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)，采(cai)集(ji)直(zhi)流(liu)輸(shu)出(chu)總(zong)電(dian)流(liu)，總(zong)電(dian)壓(ya)，交(jiao)流(liu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)及(ji)各(ge)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)，直(zhi)流(liu)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)，溫(wen)度(du)，熔(rong)絲(si)斷(duan)，門(men)禁(jin)等(deng)物(wu)理(li)量(liang)等(deng)。同(tong)時(shi)與(yu)上(shang)一(yi)級(ji)EAST總zong控kong計ji算suan機ji及ji係xi統tong各ge電dian源yuan模mo塊kuai進jin行xing通tong訊xun，完wan成cheng各ge種zhong數shu據ju信xin息xi的de自zi動dong上shang報bao，下xia報bao。模mo塊kuai的de自zi動dong切qie除chu與yu投tou入ru等deng任ren務wu。監jian控kong計ji算suan機ji給gei每mei個ge電dian源yuan模mo塊kuai傳chuan輸shu相xiang同tong的de給gei定ding電dian流liu！在電源模塊電流環的調節控製作用下，通過單片機的軟件編程，實現輸出相同的負載電流！獲得較好的均流效果。

4 結語

對dui於yu類lei似si托tuo卡ka馬ma克ke快kuai控kong電dian源yuan這zhe樣yang的de大da容rong量liang且qie對dui其qi
，象xiang限xian運yun行xing和he電dian流liu跟gen蹤zong有you較jiao高gao要yao求qiu的de電dian源yuan係xi統tong
，可ke采cai用yong多duo個ge獨du立li的de中zhong小xiao容rong量liang的de電dian源yuan模mo塊kuai通tong過guo並bing聯lian來lai滿man足zu電dian源yuan總zong容rong量liang的de需xu求qiu。多duo電dian源yuan的de並bing聯lian麵mian臨lin的de一yi個ge關guan鍵jian問wen題ti是shi各ge組zu成cheng模mo塊kuai之zhi間jian的de均jun流liu。利li用yong電dian源yuan模mo塊kuai的de智zhi能neng化hua和he自zi動dong控kong製zhi係xi統tong理li論lun，使shi電dian源yuan的de各ge個ge組zu成cheng模mo塊kuai成cheng為wei具ju有you電dian流liu跟gen蹤zong能neng力li的de閉bi環huan係xi統tong！由(you)控(kong)製(zhi)規(gui)律(lv)而(er)非(fei)硬(ying)件(jian)來(lai)實(shi)現(xian)各(ge)模(mo)塊(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)均(jun)流(liu)。如(ru)此(ci)形(xing)成(cheng)的(de)係(xi)統(tong)也(ye)將(jiang)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)快(kuai)控(kong)電(dian)源(yuan)的(de)快(kuai)速(su)電(dian)流(liu)跟(gen)蹤(zong)要(yao)求(qiu)。這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)方(fang)案(an)所(suo)以(yi)能(neng)夠(gou)得(de)到(dao)實(shi)現(xian)。關(guan)鍵(jian)在(zai)於(yu)具(ju)備(bei)了(le)以(yi)下(xia)條(tiao)件(jian)：

1)單dan片pian機ji在zai電dian源yuan模mo塊kuai和he並bing聯lian係xi統tong中zhong的de嵌qian入ru式shi應ying用yong實shi現xian了le裝zhuang置zhi的de智zhi能neng化hua，大da大da提ti高gao了le模mo塊kuai調tiao製zhi頻pin率lv的de一yi致zhi性xing。有you利li於yu減jian小xiao輸shu出chu電dian壓ya，電dian流liu的de低di頻pin紋wen波bo！克服了傳統方法難以實現各模塊調製頻率一致性的缺點。

2)采用PWM技術DC/DC環節具有快速響應能力；

3)基於控製理論的電流跟蹤技術能以硬件均流不同的思路實現模塊之間的均流，通過監控計算機的控製，向各模塊CPU 傳送相同的電流給定。實現電源模塊的靜態均流。

在需要大功率輸出的場合。此係統具有良好的應用前景。符合電源係統數字化控製的發展趨勢。