基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源及其控制方法，包括PWM整流柜、多个并联的DC/DC模块和组合式滤波电感，PWM整流柜上包括有高频同步数字时钟源、相位差错控制锁相触发源和人机交互及通信系统，每个DC/DC模块均包括有依次连接的数字电源控制器、1/2时分复用逆变H桥、LC谐振器、高频变压器组和LD倍流整流组件；高频同步数字时钟源、相位差错控制锁相触发源、每个DC/DC模块的数字电源控制器均与人机交互及通信系统连接。本发明专利技术实现了所有并联电源单体的频率和相位可调控制，消除了电流峰谷的相对相移，实现峰谷交错抵消，减小了系统的纹波，降低了系统的电磁干扰。

【技术实现步骤摘要】
基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源及其控制方法
本专利技术涉及恒流源领域，具体是一种基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源及其控制方法。
技术介绍
超导体在做电力传输时没有能量损耗，所以其在近百年来，尤其是进四五十年来越来越受到人们的重视，但是一根超导线的过电流能力到底有多大，是需要经过严格的是测试；由于超导体价格昂贵，所以其设计的载流量至少都是几十千安数量级的，甚至到达几百千安量级；这就需要同样或者更大容量的电源给其施加足够的电流进行测试。由于超导体处于超导态时电阻为零，其两端产生的电压也接近于零（考虑接触电阻），所以这类电源的一个典型特征就是大电流小电压，且电源一直工作于恒流状态，功率等级处于百千瓦级以上，甚至达到几个兆瓦。超导测试的内容包括交流特性，这就需要电源有输出三角波的能力，我们知道变化的电流产生变化磁场，整个电源就要变化的磁场中工作，所以真个电源系统都要受到强烈的电磁干扰；同时受到功率器件等等原因的限制，这类电源几乎不可能由一个电源模块完成，这就涉及到电源模块并联的问题。这也引出了当今电源发展的两个趋势：电源数字化和电源模块集成化。基于模拟控制的电源的功率会受到电源控制芯片自身局限，同时电源内部的模拟控制环路容易受到系统内、外部电磁干扰的影响，使得模拟电源的功率等级受限，很难超越30kW的“门槛”；而数字电源可以做到数字控制与主回路的完全隔离，使得单台电源的功率提升了一个数量级，而且系统更加的稳定、可靠。数字电源的另一个优势在于其容易实现多台电源单体的并联工作。由于模拟电源的工作频率及死去时间等受到RC参数的控制，而RC本身就会受到温度、湿度等的影响而变化，所以在并联时会出现相对的峰值相位变化，产生系统干扰，影响系统稳定性。而数字电源的开关频率只受限与数字控制芯片的时钟（多由晶振产生），所以实现起来相对更加的容易控制。但是由于晶振自身也存在参数的差异，虽然其精度可以控制在几十个PPM量级，但是由于只要其存在个体间的差异，电源单体在并联时就会产生低频的相移，产生干扰，从而影响系统的稳定。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源及其控制方法，实现了所有并联电源单体的同频控制和相位可调控制，从而消除了电流峰谷的相对相移，实现峰谷交错抵消，减小了系统的纹波，降低了系统的电磁干扰，提高了系统的可靠性。本专利技术的技术方案为：基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源，包括PWM整流柜、多个并联的DC/DC模块和组合式滤波电感，所述的PWM整流柜内包括有高频同步数字时钟源和相位差错控制锁相触发源，PWM整流柜的面板和柜内设置有人机交互及通信系统，每个DC/DC模块均包括有依次连接的数字电源控制器、1/2时分复用逆变H桥、LC谐振器、高频变压器组和LD倍流整流组件，LD倍流整流组件的输出端与组合式滤波电感的输入端连接；所述的高频同步数字时钟源、相位差错控制锁相触发源均与人机交互及通信系统连接，所述的每个DC/DC模块的数字电源控制器均通过CAN通信网络与人机交互及通信系统连接。所述的高频同步数字时钟源包括有相互连接的时钟信号源电路和时钟信号接收及倍频电路；所述的时钟信号源电路包括有依次连接的高频有源晶振Y、门电路、光纤驱动器和光纤头，所述的门电路包括有门电路U5A和门电路U5B，所述的光纤驱动器包括有光纤驱动器U3和光纤驱动器U4，所述的光纤头包括有光纤头V1和光纤头V2，所述的高频有源晶振Y产生时钟信号，一路经门电路U5A整型后送入光纤驱动器U3后产生光信号由光纤头V1发出，另一路经门电路U5B整型后送入光纤驱动器U4后产生光信号由光纤头V2发出；所述的时钟信号接收及倍频电路包括有依次连接的光电转换器V5、RC滤波电路和倍频芯片；所述的光电转换器V5接收光纤头V1和光纤头V2发出的光信号进行光电转换，然后时钟电信号发送给人机交互及通信系统，经CAN通信网络发送给每个DC/DC模块的数字电源控制器。所述的相位差错控制锁相触发源包括有锁相控制信号触发电路和锁相触发接收电路；所述的锁相控制信号触发电路包括有依次连接的单片机U6、光纤驱动器和光纤头，光纤驱动器包括有光纤驱动器U1和光纤驱动器U2，光纤头包括有光纤头V3和光纤头V4，单片机U6输出的锁相控制信号，一路经光纤驱动器U1产生光信号由光纤头V3发出，另一路经光纤驱动器U2产生光信号由光纤头V4发出；所述的锁相触发接收电路包括有依次连接的光纤信号接收器V6和RC滤波电路；所述的光纤信号接收器V6接收光纤头V3和光纤头V4发出的光信号进行光电转换，然后锁相触发源电信号发送给人机交互及通信系统，经CAN通信网络发送给每个DC/DC模块的数字电源控制器。所述的1/2时分复用逆变H桥包括有H桥控制电路和H桥主电路；所述的H桥控制电路包括有依次连接的触发器和逻辑电路，所述的触发器包括有触发器U3A和触发器U3B，逻辑电路包括有逻辑电路U11A和逻辑电路U11B，触发器U3A接收数字电源控制器发出的PWM信号，然后经触发器U3A和逻辑电路U11A输出H桥控制信号，触发器U3B接收数字电源控制器发出的PWM信号，然后经触发器U3B和逻辑电路U11B输出H桥控制信号，逻辑电路U11A输出的H桥控制信号和逻辑电路U11B输出的H桥控制信号为频率相同且相位交错的信号；所述的H桥主电路是由四个桥臂M1、M2、M3和M4组成，每个桥臂是由两个半桥模块并联组成，每个桥臂的半桥模块接收逻辑电路输出的H桥控制信号，在每两个斩波周期内先后工作各一次，从而将直流电信号转换成高压交流信号。所述的LC谐振器、高频变压器组和LD倍流整流组件组成TLD谐振软开关电路，所述的高频变压器组为多个变压器模块，所述的LD倍流整流组件包括有多个与变压器模块对应连接的LD倍流整流模块，多个变压器模块的初级线圈进行串联后，两端与LC谐振器的输出端连接，多个变压器模块的次级线圈并联，每个变压器模块的次级线圈均与对应的LD倍流整流模块连接，多个LD倍流整流模块的输出端均与组合式滤波电感的输入端连接，组合式滤波电感输出滤波直流电。所述的LC谐振器是由电感L1、电容C1、电容C2和电容C3组成，电感L1的一端与1/2时分复用逆变H桥的一路H桥控制信号输出端连接，感L1的另一端与高频变压器组串联后初级线圈的一端连接，电容C1、电容C2和电容C3并联后，一端与1/2时分复用逆变H桥的另一路H桥控制信号输出端连接，另一端与高频变压器组串联后初级线圈的另一端连接；所述的每个LD倍流整流模块均包括有两个倍流电感和两个二极管组成，其中一个倍流电感的一端、一个二极管的正极均与对应变压器模块次级线圈的一端连接，另一个倍流电感的一端、另一个二极管的正极均与对应变压器模块次级线圈的另一端连接，两个倍流电感的另一端均与TLD谐振软开关电路的输出端负极连接，两个二极管的负极均与TLD谐振软开关电路的输出端正极连接。基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源的控制方法，具体包括有以下步骤：（1）、首先通过人机交互及通信系统启动整个数字电源系统，同时输入设定电流值和设定电压值，然后高频同步数字时钟源输出时钟电信号，相位差错控制锁相触发源发出锁相触发源电信号，人机交互及通信系统接收时钟电信号和触发源本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源，其特征在于：包括PWM整流柜、多个并联的DC/DC模块和组合式滤波电感，所述的PWM整流柜内包括有高频同步数字时钟源和相位差错控制锁相触发源，PWM整流柜的面板和柜内设置有人机交互及通信系统，每个DC/DC模块均包括有依次连接的数字电源控制器、1/2时分复用逆变H桥、LC谐振器、高频变压器组和LD倍流整流组件，LD倍流整流组件的输出端与组合式滤波电感的输入端连接；所述的高频同步数字时钟源、相位差错控制锁相触发源均与人机交互及通信系统连接，所述的每个DC/DC模块的数字电源控制器均通过CAN通信网络与人机交互及通信系统连接。

【技术特征摘要】
1.基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源，其特征在于：包括PWM整流柜、多个并联的DC/DC模块和组合式滤波电感，所述的PWM整流柜内包括有高频同步数字时钟源和相位差错控制锁相触发源，PWM整流柜的面板和柜内设置有人机交互及通信系统，每个DC/DC模块均包括有依次连接的数字电源控制器、1/2时分复用逆变H桥、LC谐振器、高频变压器组和LD倍流整流组件，LD倍流整流组件的输出端与组合式滤波电感的输入端连接；所述的高频同步数字时钟源、相位差错控制锁相触发源均与人机交互及通信系统连接，所述的每个DC/DC模块的数字电源控制器均通过CAN通信网络与人机交互及通信系统连接。2.根据权利要求1所述的基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源，其特征在于：所述的高频同步数字时钟源包括有相互连接的时钟信号源电路和时钟信号接收及倍频电路；所述的时钟信号源电路包括有依次连接的高频有源晶振Y、门电路、光纤驱动器和光纤头，所述的门电路包括有门电路U5A和门电路U5B，所述的光纤驱动器包括有光纤驱动器U3和光纤驱动器U4，所述的光纤头包括有光纤头V1和光纤头V2，所述的高频有源晶振Y产生时钟信号，一路经门电路U5A整型后送入光纤驱动器U3后产生光信号由光纤头V1发出，另一路经门电路U5B整型后送入光纤驱动器U4后产生光信号由光纤头V2发出；所述的时钟信号接收及倍频电路包括有依次连接的光电转换器V5、RC滤波电路和倍频芯片；所述的光电转换器V5接收光纤头V1和光纤头V2发出的光信号进行光电转换，然后时钟电信号发送给人机交互及通信系统，经CAN通信网络发送给每个DC/DC模块的数字电源控制器。3.根据权利要求1所述的基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源，其特征在于：所述的相位差错控制锁相触发源包括有锁相控制信号触发电路和锁相触发接收电路；所述的锁相控制信号触发电路包括有依次连接的单片机U6、光纤驱动器和光纤头，光纤驱动器包括有光纤驱动器U1和光纤驱动器U2，光纤头包括有光纤头V3和光纤头V4，单片机U6输出的锁相控制信号，一路经光纤驱动器U1产生光信号由光纤头V3发出，另一路经光纤驱动器U2产生光信号由光纤头V4发出；所述的锁相触发接收电路包括有依次连接的光纤信号接收器V6和RC滤波电路；所述的光纤信号接收器V6接收光纤头V3和光纤头V4发出的光信号进行光电转换，然后锁相触发源电信号发送给人机交互及通信系统，经CAN通信网络发送给每个DC/DC模块的数字电源控制器。4.根据权利要求1所述的基于相位差错控制减小纹波的数字超导电源，其特征在于：所述的1/2时分复用逆变H桥包括有H桥控制电路和H桥主电路；所述的H桥控制电路包括有依次连接的触发器和逻辑电路，所述的触发器包括有触发器U3A和触发器U3B，逻辑电路包括有逻辑电路U11A和逻辑电路U11B，触发器U3A接收数字电源控制器发出的PWM信号，然后经触发器U3A和逻辑电路U11A输出H桥控制信号，触发器U3B接收数字电源控制器发出的PWM信号，然后经触发器U3B和逻辑电路U11B输出H桥控制信号，逻辑电路U11A输出的H桥控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏飞，王春梅，王昌峰，刘春阳，
申请(专利权)人：安徽中科海奥电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34