高稳定度大功率脉冲稳流电源

2006-05-07 15:49:46来源: 电源技术应用

    输出脉冲直流电压为30V~80V;

    输出脉冲电流为50A~300A;

    输出脉冲宽度为5s~10s;

    脉冲电流平顶稳定度±0.1%;

    最小周期为3min。

2 电源工作原理及系统方框图

2.1 系统方框图

    根据偏转磁铁线圈工作的需要,要求电源达到0.1%的稳流精度,所以提出了如图1所示的电源方框图。

2.2 工作原理

    由于该电源的输出功率较大,所以输入采用三相电源、变压器隔离、降压、三相晶闸管桥式整流、线性稳流等常规方法,在此就不一一赘述。下面介绍为了达到0.1%的稳定精度,而在采样、基准和反馈控制等方面所采取的具体措施。

    (1)取样元件的选择

    这里选用的是串联稳流电路,见图2。从图中可看出取样电阻RS与负载串联,而RS的阻值比放大环节的输入电阻小得多,所以几乎全部负载电流IL都要通过RS。认为RS的阻值不变,那么RS上电压降的大小直接反映出负载电流的大小。所谓稳定“电流”,就是稳定RS上电压降USI,USI稳定了,负载电流也就稳定了。整个稳流系统就是一个负反馈大闭环,串联稳流器的自动调整过程与串联稳压器的控制过程十分相似,不同的是串联稳流器输出端不能“开路”,若开路就有可能导致调整管BE结损坏。

    取样电阻的选择,原设计准备采用磁平衡式(又叫零磁通式)传感器,由于厂家试制有困难,后改成HDC型直流霍尔电流传感器[0~500A/0~10V(DC)],在调试中发现输出信号有振荡,现在采用的是大功率电阻,性能和稳定性基本上满足要求。

    (2)基准电压的选择

    基准电压源采用的是2DW235(即2DW7C),它是硅材料平面型带温度补偿的稳压二极管,用来供给基准电压(该管的稳定电压为6.1V~6.5V,最大稳定电流30mA,耗散功率0.2W,动态电阻≤10Ω)。

    (3)控制过程

    从图1方框图中可见,为达到0.1%的稳定度,采用了两个控制环,第一个是晶闸管三相桥移相控制环,起预稳作用;第二个是GTR串联调整控制环,两个控制环的示意图见图3。

    串联调整控制环由GTR(1DI300-120,300A,1200V,2kW,两只并联),驱动电路和运算放大器(μA741)组成。为了不受输出电压的限制和允许采用较低工作电压的驱动管,将μA741的“2”脚和±15V电源的公共端接到电源直流输出“+”端,预置电流(电压信号)与通过取样电阻的取样电流综合后送到μA741的“3”脚,构成差分放大。

    三相桥移相控制环由三相桥晶闸管(KP800-6)6只,KJZ6触发板、跟随器和运放OP07组成,固定的给定电压送到OP07的“3”脚,串联调整管GTR的管压降通过光电耦合器TIL117送到OP07的“2”脚,构成闭环稳流系统,当一个+15V电平的时序脉冲反向后送到KJZ6控制端“18”脚时,三相桥晶闸管全导通,开始GTR饱和导通,向负载供电,一旦接通负载,取样电阻上的反馈电压使GTR进入线性调整区;与此同时,光电耦合器把管压降信号送到运放OP07的“2”脚,放大后经射极跟随器送到KJZ6的“19”脚,控制晶闸管的导通角,使之改变GTR的输入电压。

    分别调整两个控制环的反馈电位器,使它们分别进入工作区。

    由于输出电流大,串联调整管工作在线性区,为了减小调整管的功耗,提高电源效率,所以对调整管的工作区域要限制。为减小调整管的压差,一般最小取3V,最高取6V,但要考虑输入电源变化±10%,所以取3V~8V。在调试时将GTR的管压降整定在此范围内,当它超过时就输出电压信号去控制触发板,改变晶闸管的触发角,控制晶闸管整流桥输出电压的大小,使调整管的压差回到整定的工作区域。

3 保护功能

    该电源设置有电流、电压检测,具有过流、过脉宽等保护功能,过脉宽保护可根据要求进行整定。当负载过流或过脉宽时,保护电路起作用,封锁三相桥的晶闸管,切断三相交流输入电源。故障排除后,可重新起动电源开关继续供电。

4 结语

    该电源于1995年12月通过等效负载试验,各项参数均达到设计指标。通过三年来接在真实负载上使用,经过不断完善和改进,使之最后达到性能稳定,工作可靠,基本上能满足要求。

    该稳流源现用于HL-1M中性束的偏转磁铁上,也适用其它需要高稳定度大功率稳流电源的场合。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200605/2058.html
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