[發明專利]用于PSM高壓電源控制的供電電路及其應用

在審

• 申請號: 202011346996.3
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112532070A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 賀巖斌;魏于蘋;陳常;熊濤;姜亞南;蒲世豪
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院;成都同創材料表面科技有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/217;H02M3/335;H02M1/44;H02M1/32
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發明公開了用于PSM高壓電源控制的供電電路及其應用，本發明的供電電路包括高頻逆變恒流源、高頻互感器、高頻整流濾波穩壓電路和EMI穩壓電路；高頻逆變恒流源輸出端通過高壓絕緣傳輸線遍歷多個PSM模塊的高頻互感器，每個高頻互感器輸出的交流信號通過高頻整流濾波穩壓電路轉換成直流信號；高頻整流濾波穩壓電路輸出連接EMI穩壓電路，EMI穩壓電路用于將高頻整流濾波穩壓電路輸出的直流信號轉換為電平恒定、高頻噪聲小且滿足PSM高壓電源的各電路需要的控制供電。本發明使得PSM高壓電源系統的各電路的運行不用依賴于功率隔離變壓器是否工作，避免兆瓦級功率輸出瞬間專用繞組尖峰電流擾動對控制電路的影響。

技術領域

本發明屬于等離子體輔助加熱領域，具體涉及用于脈沖階梯調制PSM(Pulse StepModulation)高壓電源控制的供電電路，并基于該電路實現PSM高壓電源系統運行前的自檢控制以及故障時安全放電控制。

背景技術

PSM高壓電源技術廣泛應用于等離子體回旋共振加熱等領域。常見的高壓電源指標中：輸出電壓60-100kV，輸出電流60-100A，峰值功率高達數十兆瓦，工作模式需跨越數百微秒的短脈沖模式到數十毫秒的長脈沖模式乃至直流穩態模式。PSM高壓電源需具備高壓大功率電源高穩定度、高可靠性、強抗干擾的同時，需具備微秒級的快速關斷以避免異常電流對負載的沖擊，還需具備系統運行前自檢、故障后放電等安全要求以避免殘余高電壓造成人身傷害。

PSM高壓電源系統由若干高壓單元和總控單元組成。每個高壓單元由前級供能、高壓隔離變壓器和若干PSM模塊構成。總控單元通過光信號控制近百個PSM模塊功率器件的開通關斷，以疊加電位實現高壓輸出。每個PSM模塊功率電路包括功率隔離變換、整流濾波、儲能、斬波續流等部分。每個PSM模塊控制電路包括光信號接收、驅動電路、電壓測量、電流測量、保護控制、繼電控制、散熱風機等部分。現有PSM模塊控制供電常以功率隔離變壓器專用繞組耦合，經過整流、濾波、穩壓等實現。耦合方式存在以下缺點：控制電路依托于功率隔離變壓器的正常工作；PSM模塊儲能放電滯后于控制掉電；兆瓦級功率輸出瞬間專用繞組尖峰電流對控制電路造成擾動影響；無法在運行前模擬自檢各模塊功率器件的狀態；無法脫離功率電路對高壓系統安全維護。

發明內容

為了解決現有PSM高壓電源系統控制供電技術使得控制電路必須依托于功率隔離變壓器才能正常工作，且兆瓦級功率輸出瞬間專用繞組尖峰電流擾動對控制電路造成影響的技術問題，本發明提供了一種用于PSM高壓電源控制的供電電路。

本發明通過下述技術方案實現：

用于PSM高壓電源控制的供電電路，包括高頻逆變恒流源、高頻互感器、高頻整流濾波穩壓電路和EMI穩壓電路；

其中，每個PSM模塊配套一個高頻互感器；

所述高頻逆變恒流源輸出端通過高壓絕緣傳輸線遍歷每個PSM模塊的高頻互感器，高頻互感器輸出的高頻交流電通過所述高頻整流濾波穩壓電路轉換成直流電；

所述高頻整流濾波穩壓電路輸出連接所述EMI穩壓電路；

所述EMI穩壓電路用于將所述高頻整流濾波穩壓電路輸出的直流電轉換為電平恒定、高頻噪聲小且滿足PSM高壓電源的各電路需要的控制供電。

本發明通過輔助供電電路，使PSM高壓模塊的控制電路不依賴于功率隔離變壓器即可正常工作，同時避免兆瓦級功率輸出瞬間專用繞組尖峰電流擾動對控制電路的影響。本發明能夠在功率無儲能、電位無疊加前實現控制電路的供電。

優選的，本發明的高頻逆變恒流源包括三相隔離變壓器、EMI濾波器、三相整流電路、全橋逆變電路、高頻變壓器、驅動電路、控制和保護電路；

所述三相隔離變壓器和EMI濾波器用于改善高壓環境的供電品質；

所述三相整流電路用于將所述EMI濾波器輸出的三相交流電轉換為直流電；