一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源制造技术

本发明专利技术是一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，属于超导加速器领域，包括：输入整流滤波电路，数字化稳流电路，输出滤波电路，控制电路，所述输入整流滤波电路与数字化稳流电路输入端连接，数字化稳流电路的输出端与输出滤波电路输入端相连，控制电路输入端与输入整流滤波电路的输入端交流进线相接，其输出端与数字化稳流电路相连；其特征在于：还包括失超保护电路，其接于输出滤波电路之后，失超保护辅助控制单元连接失超保护电路。本发明专利技术提供的技术方案适合用于超导加速器等需要大功率、超高稳定度的应用场合，具有稳定度高、大大降低超导加速器超导线圈在失超时损坏的概率等优点。

A Ultra-high Stability Switching Power Supply with Out-of-quench Protection Function

The invention is a ultra-high stability switching power supply with quench protection function, which belongs to the field of superconducting accelerator. It includes input rectifier filter circuit, digital current stabilization circuit, output filter circuit and control circuit. The input rectifier filter circuit is connected with the input end of digital current stabilization circuit, and the output end of digital current stabilization circuit is connected with the input end of output filter circuit. The input end of the system circuit is connected with the input end of the input rectifier filter circuit, and the output end is connected with the digital current stabilizing circuit. Its characteristics include the quench protection circuit, which is connected with the output filter circuit, and the quench protection auxiliary control unit is connected with the quench protection circuit. The technical scheme provided by the invention is suitable for applications requiring high power and ultra-high stability such as superconducting accelerators, and has the advantages of high stability and greatly reducing the probability of damage of superconducting accelerator superconducting coil during quench.

【技术实现步骤摘要】
一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源
本专利技术涉及一种开关电源技术，具体涉及一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，属于超导加速器领域。
技术介绍
超导回旋加速器是20世纪60年代以后随着超导技术的发展逐渐成熟起来的一类有前途的新型加速器。利用超导加速腔可以在很小的微波功率下产生很强的加速电场；利用超导磁体则可以在很小的激磁功率下产生强大的约束磁场，二者都可大大缩减加速器的尺寸，降低加速器的功率消耗，使超导加速器在经济上和技术上具有巨大的优越性。稳定运行中的超导磁体，随时可能受到各种热扰动，这些热扰动来源于电磁力作用下导体发生摩擦移动发热、超导体的交流损耗、导体接头发热、线圈冷却不均匀及强流等离子体破裂在超导磁体上产生的涡流。此外，工作电流超过额定值、电流纹波扰动等问题的发生，都可能引起磁体失超。如果超导线圈没有失超保护系统，此时大电流流过非超导态的超导线圈会造成线圈产生大量焦耳热，线圈迅速升温而损坏；同时线圈内的电压迅速升高，有击穿线圈绝缘层的风险。因此，通常都会采用失超保护系统来保护超导线圈。而传统的开关电源电路在实现低纹波、超高稳定度方面存在缺陷。直接用于超导加速器中存在诱发超导线圈失超的风险，并且引发失超后无法进行失超保护。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种大功率、超高稳定度，并且带有失超保一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，包括：输入整流滤波电路，数字化稳流电路，输出滤波电路，控制电路，所述输入整流滤波电路与数字化稳流电路输入端连接，数字化稳流电路的输出端与输出滤波电路输入端相连，控制电路输入端与输入整流滤波电路的输入端交流进线相接，其输出端与数字化稳流电路相连；其特征在于：还包括失超保护电路，其接于输出滤波电路之后，失超保护辅助控制单元控制失超保护电路。采用失超保护电路，正常工作时用于超导线圈的励磁、退磁，并实时检测超导线圈之间的电信号，当检测到超导线圈发生失超后快速关闭开关电源、断开失超保护开关。进一步，失超保护电路，是由泄能模块和两个串联开关组成，泄能模块的一端连接两个开关间的节点，其另一端与输出滤波电路输出端连接，串联开关的一端连接输出滤波电路输出端，另一端连接超导线圈。采用上述失超保护电路中的泄能模块，用于超导线圈正常退磁时快速释放能量。进一步，在超导线圈外并联一保护电阻。采用保护电阻，用于在失超时部分能量通过外保护电阻释放。进一步，失超保护辅助控制单元的一端连接超导线圈，其另一端连接两个开关。采用失超保护辅助控制单元通过采集超导线圈的信息，控制两个开关的启闭，从而失超保护电路，控制其对超导线圈的励磁、退磁，又可以检测超导线圈是否发生失超，发生失超后可以将超导线圈存储的能量快速释放并得到有效的保护。进一步，所述的输入整流滤波电路包括二十四脉波整流变压器和输入滤波电路，所述的二十四脉波整流变压器由两组变压器在输出端串联组成，每组变压器分别包含一次侧线圈，以及两个二次侧线圈；分别将两组变压器的二次侧线圈输出接三相桥式整流电路，并将四路输出串联，即将输入三相交流电整流成直流电；二十四脉波整流变压器的输出端与输入滤波电路的输入端连接，输入滤波电路由两级LC滤波电路组成。采用输入二十四脉波整流与两级LC滤波，解决了传统开关电源纹波较高的问题，更提高了可靠性。进一步，所述的数字化稳流电路中多管错相并联斩波的四个IGBT的集电极并联连接在一起，每一路斩波线路的输出连接在一起，构成四路斩波线路并联，第一电容和第二电容并联连接在数字化稳流电路输入端；第一电感的第一端与并联斩波线路的正输出端连接，第二电感的第一端与并联斩波线路的负输出端连接，在第一电感的第二端与第二电感的第二端之间连接第三电容，第一电感的第二端与第四电容的第一端连接，第四电容的第二端接地；第二电感的第二端与第五电容的第二端连接，第五电容的第一端接地。采用四路斩波线路并联，使得输出的直流电流更好平稳。进一步，所述的控制电路采用全数字化控制，包括电源控制器和数据采集器，在输出端通过直流电流传感器获取反馈信号，产生并提供超高稳定度的基准信号。采用全数字化的控制电路，通过数据采集输出直流电流传感器获取反馈信号给数字化稳流电路，给数字化稳流电路一个稳定度的基准信号，使得输出的直流电流更好平稳。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所提供的开关电源电路采用输入二十四脉波整流与两级LC滤波，加上采用多管错相波方案，使得输出纹波达到1X10-5。这样不仅解决了传统开关电源纹波较高的问题，更提高了可靠性。同时设置了失超保护系统，既可以控制其对超导线圈的励磁、退磁，又可以检测超导线圈是否发生失超，发生失超后可以将超导线圈存储的能量快速释放并得到有效的保护。附图说明图1为本专利技术一种基于二十四脉波整流与多管错相斩波的开关电源电路原理框图；图2为实施例中输入整流滤波电路图；图3为实施例中数字化稳流及输出滤波电路图。附图标记说明：QF-断路器；KM、KM1-接触器；EMI-电磁干扰滤波器；DCCT-直流电流传感器；T1、T2-变压器；C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20-电容；L1-1、L1-2、L2-1、L2-2、L3-1、L3-2、L5-1、L5-2-电感；R4-电阻；SK1、SK2、SK3、SK4-IGBT；VD1-二极管。图4为实施例中失超保护系统图。图5为实施例中控制电路图；附图标记说明：DBB1为电源控制板，DBB2为数据采集板，DBB3保护板。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术所提供的一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，基于二十四脉波整流与多管错相斩波拓扑结构，且带有失超保护功能的开关电源系统结构，包括：（1）输入整流滤波电路ZL，其用于将输入三相交流电以二十四脉波整流方式整流成直流电，并将低频噪声滤除掉，所述整流滤波电路与数字化稳流电路WL输入端连接；所述的输入整流滤波电路其核心为二十四脉波整流变压器，该变压器由两个变压器T1和T2在输出端串联组成，其中T1包含一次侧线圈，以及两个二次侧线圈；T2包含一次侧线圈，以及两个二次侧线圈。分别将两组变压器的二次侧线圈输出接三相桥式整流电路，并将四路输出串联，即将输入三相交流电整流成直流电。二十四脉波整流变压器输出端与输入滤波电路输入端连接，输入滤波电路由两级LC滤波电路组成，可有效降低直流电的低频纹波。（2）数字化稳流电路WL，用于将整流后的直流电经过多管错相斩波，形成输出电流稳定的直流电。该部分电路采用多管错相并联斩波拓扑，即四个IGBT（SK1、SK2、SK3、SK4）并联，其输入端与整流滤波电路ZL的两级LC滤波电路输出端相连。IGBT的门极与控制电路KZ的PWM信号输出端相连。（3）输出滤波电路LB，用于将数字化稳流电路WL产生的直流电的高频噪声抑制掉，其位于数字化稳流电路WL与输出端之间。（4）失超保护电路QP，接于输出滤波电路LB之后，主要用于超导线圈正常退磁时快速释放能量；失超时部分能量通过外保护电阻释放。（5）控制电路KZ，控制电路用于产生PWM信号，控制斩波频率。所述的控制电路，其输入与整流滤波电路ZL输入端交流进线相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，包括：输入整流滤波电路，数字化稳流电路，输出滤波电路，控制电路，所述输入整流滤波电路与数字化稳流电路输入端连接，数字化稳流电路的输出端与输出滤波电路输入端相连，控制电路输入端与输入整流滤波电路的输入端交流进线相接，其输出端与数字化稳流电路相连；其特征在于：还包括失超保护电路，其接于输出滤波电路之后，失超保护辅助控制单元，正常工作时用于超导线圈的励磁、退磁，并实时检测超导线圈之间的电信号，当检测到超导线圈发生失超后快速关闭开关电源、断开失超保护开关。

【技术特征摘要】
1.一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，包括：输入整流滤波电路，数字化稳流电路，输出滤波电路，控制电路，所述输入整流滤波电路与数字化稳流电路输入端连接，数字化稳流电路的输出端与输出滤波电路输入端相连，控制电路输入端与输入整流滤波电路的输入端交流进线相接，其输出端与数字化稳流电路相连；其特征在于：还包括失超保护电路，其接于输出滤波电路之后，失超保护辅助控制单元，正常工作时用于超导线圈的励磁、退磁，并实时检测超导线圈之间的电信号，当检测到超导线圈发生失超后快速关闭开关电源、断开失超保护开关。2.如权利要求1所述的一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，其特征在于：失超保护电路，是由泄能模块和两个串联开关组成，泄能模块的一端连接两个开关间的节点，其另一端与输出滤波电路输出端连接，串联开关的一端连接输出滤波电路输出端，另一端连接超导线圈。3.如权利要求2所述的一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，其特征在于：在超导线圈外并联一保护电阻。4.如权利要求2或3所述的一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，其特征在于：失超保护辅助控制单元的一端连接超导线圈，其另一端连接两个开关。5.如权利要求1所述的一种具有失超保护功能的超高稳定度开关电源，其特征在于：所述的输入整流滤波电路包括二十四脉波整流变压器和输入滤波电路，所述的二十四脉波整...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛涛，李要乾，王川，李世强，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11