[發(fā)明專利]一種儲存環(huán)磁鐵電源

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010065926.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111245203B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周銀貴;劉鵬;劉群;董賽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M1/15;H02M1/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

本發(fā)明公開了一種高性能儲存環(huán)磁鐵電源，將在一臺傳統(tǒng)的開關(guān)電源磁鐵電源的基礎(chǔ)上，采用一臺小功率線性電源作為有源濾波器與之并聯(lián)，先由開關(guān)電源將磁鐵電流的輸出穩(wěn)定至接近預(yù)期值，再啟動線性電源，將開關(guān)電源的輸出誤差予以補(bǔ)償。通過結(jié)合兩種類型電源的優(yōu)勢，采用數(shù)字式開關(guān)電源輸出大電流，將磁鐵電流粗略地穩(wěn)定在目標(biāo)值，然后再利用高穩(wěn)定度線性電源將電流精確的控制在給定值上。本發(fā)明通過粗精結(jié)合的方式，引入有源濾波器的理念，使用線性電源將開關(guān)電源導(dǎo)致的諧波予以濾除，并結(jié)合了兩種電源的優(yōu)勢，保留了數(shù)字式開關(guān)電源的靈活性、可靠性，同時(shí)也具備了線性電源的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大功率電源、磁鐵電源的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能儲存環(huán)磁鐵電源。

背景技術(shù)

同步輻射新一代光源對規(guī)劃設(shè)計(jì)、理論方法和系統(tǒng)性能提出了更高的要求，為保證光源的高質(zhì)量運(yùn)行，作為裝置的核心設(shè)備之一的磁體電源，須進(jìn)一步提升輸出電流品質(zhì)。

輸出電流精度是各類型加速器磁鐵電源的核心指標(biāo)([1]F.Jenni,L.Tanner,M.Horvat.A Novel Control Concept for Highest Precision Accelerator PowerSupplies,EPEPEMC2002,Dubrovnik,Croatia)。國內(nèi)外學(xué)者為提高電源輸出電流的精度，展開了大量的研究。文獻(xiàn)([2]W.S.Choi,M.J.Kim,I.W.Jeong,D.E.Kim,H.C.Park,K.H.Park.Development of high-stability magnet power supply[J].NuclearInstruments and Methods in Physics Research A.822(2016)15-24.)研究了開關(guān)噪聲、PCB布局對電流精度的影響，并通過改善采樣電路的布局，提高電源系統(tǒng)的抗干擾能力，達(dá)到了優(yōu)化磁鐵電源精度的目的。文獻(xiàn)([3]K.Koseki,Y.Kurimoto.Development of amagnet power supply with sub-ppm ripple performance for J-PARC with a novelcommon-mode rejection method with an NPC inverter[J].Nuclear Instruments andMethods in Physics Research A 747(2014)24–29)及文獻(xiàn)([4]K.Koseki n,Y.Morita.Snubber-less NPC inverter by a novel reduction technique ofparasitic inductance for magnet power supplies[J].Nuclear Instruments andMethods in Physics Research A 761(2014)86-91.)在NPC拓?fù)涞幕A(chǔ)上，通過改進(jìn)調(diào)制策略，減小了電源系統(tǒng)的共模電壓對采樣的影響，從而降低了輸出電流的高頻紋波。文獻(xiàn)([5]Marco Barp,Roberto Cavazzana,Giuseppe Marchiori,Anton Soppelsa,LorisZanotto.Closed loop control of reversal parameter in RFX-mod[J].FusionEngineering and Design 86(2011)1000–1004.)在電源以及負(fù)載模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)不同的工作狀態(tài)，在線修改反饋系數(shù)，達(dá)到了優(yōu)化電流波形的目的。文獻(xiàn)([6]TakashiIno.Ahighly stable DC power supply for precision magnetic field measurementsand other purposes[J].REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 83,045101(2012))通過設(shè)計(jì)反饋回路的濾波器，將大時(shí)間尺度內(nèi)的雜波濾除，降低了輸出電流在大時(shí)間范圍內(nèi)的周期波動的幅度，但是該方法無法解決采樣系統(tǒng)漂移的問題。文獻(xiàn)([7]Toshiyuki Oki,ShuNakamura and Toshikazu Adachi,KEK,1-1 Oho,Tsukuba,Ibaraki.HIGH-STABILITYMAGNET POWER SUPPLIES FOR SUPERKEKB[C].Proceedings of IPAC2017,Copenhagen,Denmark)將給定值從數(shù)字轉(zhuǎn)為模擬量，電流反饋量直接從傳感器中得到，避免了AD變換帶來的誤差。利用不同的DAC等級，采用粗精結(jié)合的方式矯正給定值誤差，使參考信號精準(zhǔn)地與反饋值做差，再配合使用雙環(huán)控制，提升了磁鐵電源的精確度。這種方式利用DAC誤差代替了ADC誤差，而DAC又采用粗精結(jié)合的方式，大大提高了轉(zhuǎn)換精度。該方法為避免AD采樣誤差開拓了思路，但是尚未考慮電流傳感器造成的誤差，同時(shí)為提高DAC精度，增加了一款8位半萬用表。文獻(xiàn)([8]Yang Li,Fengli Long,Zhenhua Hou.DESIGN AND DEVELOPMENT OFACCELERATOR MAGNET POWER SUPPLY BASED ON SIC-MOSFET[J].Proceedings ofIPAC2017,Copenhagen,Denmark)采用SiC-MOSFET作為開關(guān)器件替代普通的MOSFET，設(shè)計(jì)了一款矯正磁鐵電源，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用SiC-MOSFET電源可以使用更高的開關(guān)頻率，更低的損耗。文獻(xiàn)([9]S.H.Jeong,K.H.Park,H.S.Suh,S.B.Lee,B.G.Oh,Y.G.Jung,H.G.Lee,J.H.Han,D.E.Kim,H.S.Kang,PAL.PERFORMANCE OF THE PAL-XFEL HIGH PRECISIONMAGNET POWER SUPPLIES[C].Proceedings of IPAC2017,Copenhagen,Denmark)四組降壓式電路拓?fù)洳⒙?lián)，并采用載波移相的策略，增大輸出電流同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減小電流高頻紋波的目的。文獻(xiàn)([10]K.H.Park#,S.H.Jeong,Y.G.Jung,D.E.Kim,H.S.Suh,H.G.Lee,S.B.Lee,B.G.Oh,W.S.Choi and I.S.Ko,PAL.DEVELOPMENT OF PAL-XFEL MAGNET POWER SUPPLY[C].Proceedings of IPAC2016,Busan)采用了一款24位的AD采樣芯片，將電源短期輸出電流波動抑制在10ppm以內(nèi)。我國此類裝置使用的磁鐵電源的運(yùn)行指標(biāo)基本在20ppm以內(nèi)，為提升光源束流指標(biāo)需更高性能的電源，國內(nèi)外相關(guān)單位對更高穩(wěn)定度電源進(jìn)行了研究，主要關(guān)注點(diǎn)是優(yōu)化電源系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定度。然而影響束流品質(zhì)的因素眾多，包括磁鐵溫漂、環(huán)境溫度、濕度、管道真空度、電源輸出穩(wěn)定度等。