基于DSP大功率调制器控制器及研究与设计.pdfVIP

中国电源学会第二十届学术年会论文集 基于DSP 的大功率调制器控制器的研究与设计 1 2 3 刘培刚 ，李青 ，姚列英 （核工业西南物理研究院，成都 610041 ） 1 2 3 Email ：liupg@swip.ac.cn；Email ：liqing@swip.ac.cn；Email ：yaoly@ swip.ac.cn 摘 要 本文对中国环流器2 号A 装置中的大功率四极管调制器的特性进行了研究，建立了调制器的数 学模型，设计了基于TMS320F2812 型DSP 的控制器，利用LabVIEW 制作了上位机界面，实现了对调制器的 闭环反馈控制。实验结果表明，该控制系统响应速度快，稳定性高，极大地改善了调制器的输出性能。 关键词 调制器，DSP，LabVIEW 1．引言 中国环流器2 号A （HL-2A ）装置，是国内最大的常规导体磁约束核聚变研究装置，近年来装 置物理试验已经取得了许多成果，其在二级强功率加热研究领域成果突出。为装置的二级加热设备 提供高质量的高压电源，是开展聚变科学研究的重要基础，其中晶闸管相控型高压电源的输出需要 经过大功率四极管调制器（后简称调制器）才能达到负载系统所要求的快速开通与关断和精细调节 需要。调制器作为高压主回路中必不可少的关键设备，要求其控制系统具有响应速度快、可靠性能 高，易维护等特点。 2 ．调制器控制原理 大功率四极管是一种特殊的真空电子管，能承受约70kV 等级的电压，开通和关断速度快。本 高压电源系统中，选用的是TM-703FB 型四极调整管。如图 1 所示，管体内部抽为真空，整只管 子有四极，分别为阳极A、阴极K 、一栅G1、二栅G2，其中一栅也称控制栅，二栅也称帘栅。阳 极的主要作用即是建立必要的管内电场，接收阴极发射出来的电子，形成阳极电流，组成输出回路。 阴极则是四极管中发射电子的部分。二栅的主要作用是起屏蔽作用，用以消除一栅和阳极之间的静 电耦合，同时提高电子速度。一栅的主要作用是控制电子流，因此要求它能对阴极表面电场产生有 效的控制作用，且控制作用十分均匀，在一定范围内，一栅电压改变时，阳极电流会随之变化。因 此四极管调制器的控制，归结到底就是对四极管一栅的调节。 通过控制四极管一栅的电压，就可以改变四极管的阳极电压降，从而使输出保持恒定的电流。 在四极管的输出电流恒定时，一定范围内，一栅电压和阳极电压降呈近似线性关系。利用四极管的 这个特性，就可以在一定的范围内通过控制一栅电压，使负载上获得稳定的电压或电流。当一栅电 压低于-1300V 时，通过四极管的电流小于 1mA[1] 。因此，可以利用这种截止特性来对负载系统进 行保护。 本系统中二栅电压固定为 1500V，在恒定二栅电压下，当阳极电流IA 恒定时四极管阳极电压 降V 与一栅电压V 呈近似线性的关系，其关系式如下： AK gl V 8000  A( BV ) (1) AK gl A 、B 参数在随着阳极电流值IA 变化而变化，经数据拟合后得到其关系式如下： 2 5.20.087I 0.0025I A(I A ) e A A (2) I I A A 