基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源制造技术

本公开提供一种基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，包括：功率转换单元，包括顺次连接的开关电源模块、Buck电路模块、以及H桥，用于将外接电网电压转换为直流电压信号；滤波电路单元，与所述功率转换单元相连，用于滤除所述功率转换单元输出的直流电压信号中存在的高频纹波后输入负载；以及数字控制器，一端与所述滤波电路单元相连，用于对所述直流电压信号进行采样，另一端连接所述功率转换单元，用于产生PWM信号驱动所述Buck电路模块，进而实时对所述直流电压信号进行调整。

Multilevel correction magnet power supply based on the cascade of Buck circuits

The invention provides a multilevel correction magnet power supply based on the cascade of Buck circuits, which comprises a power conversion unit, a sequentially connected switching power supply module, a buck circuit module, and an H-bridge, which is used to convert the external grid voltage into a DC voltage signal; a filter circuit unit, which is connected with the power conversion unit, is used to filter the DC output of the power conversion unit The high frequency ripple in the voltage signal is input to the load; and the digital controller, one end is connected with the filter circuit unit for sampling the DC voltage signal, the other end is connected with the power conversion unit for generating PWM signal to drive the buck circuit block, and then adjust the DC voltage signal in real time.

【技术实现步骤摘要】
基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源
本公开涉及电源
，尤其涉及一种基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源。
技术介绍
在电子储存环中，校正磁铁电源是用于实时校正束流位置的重要部件。因其同时要求具有快速响应速度与较高的稳定度，给科研人员带来了挑战。H桥因其功率可双向流动，可迅速回收负载功率被广泛应用于校正磁铁电源。为保证其快速响应性，直流侧需要加载较高的电压，从而导致输出纹波增大，进而影响系统的稳定度；反之为保证系统的稳定度，则势必需要增加滤波器参数，而影响了电源的快速响应性。目前多电平策略是解决响应速度和稳定性的好方法，采用级联H桥电路，在电路不同状态下通过切换工作模式兼顾了系统响应速度与稳定性，但是这种方式通过多组H桥电路级联使得电源的复杂程度大大增加，使用的开关器件的数目也更多。另外采用宽禁带器件提高开关频率，减小滤波器参数，也可以提高系统响应速度与稳定性，但这种方式依赖于器件特性。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述问题，本公开提供了一种基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，以缓解现有技术中通过多组H桥电路级联使得电源的复杂程度大大增加，使用的开关器件的数目也更多，以及对宽禁带器件特性有依赖等技术问题。(二)技术方案本公开提供一种基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，包括：功率转换单元，包括顺次连接的开关电源模块、Buck电路模块、以及H桥，用于将外接电网电压转换为直流电压信号；滤波电路单元，与所述功率转换单元相连，用于滤除所述功率转换单元输出的直流电压信号中存在的高频纹波后输入负载；以及数字控制器，一端与所述滤波电路单元相连，用于对所述直流电压信号进行采样，另一端连接所述功率转换单元，用于产生PWM信号驱动所述Buck电路模块，进而实时对所述直流电压信号进行调整。在本公开实施例中，所述开关电源模块包括N个开关电源，N≥2。在本公开实施例中，所述Buck电路模块包括N个Buck电路，该N个Buck电路相互串联，并分别独立连接使用所述的N个开关电源。在本公开实施例中，所述N个Buck电路相互串联后的输出连接至所述H桥。在本公开实施例中，所述H桥包括多个开关器件；所述多个开关器件用于根据负载需求进行电流方向的切换，不需要工作在高频开关状态。在本公开实施例中，所述数字控制器包括FPGA核心控制芯片、电流采样芯片、以及电流传感器。在本公开实施例中，N个串联的所述Buck电路采用载波移相的方式进行调制。在本公开实施例中，进行调制时，所述N个Buck电路中的开关器件的驱动信号的相位分别移位(360°/N)°。在本公开实施例中，所述功率转换模块中的开关器件为碳化硅MOSFET。在本公开实施例中，所述采样为闭环采样。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)仅增加少量开关管的情况下实现了电路的多电平的目的；(2)有效的兼顾了校正磁铁电源快速性与稳定性的要求。附图说明图1是本公开实施例的基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源的组成示意图；图2是本公开实施例的基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源的电路构成示意图；图3是本公开实施例的基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源的载波移相的调制原理图；图4是本公开实施例的基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源测得的输出电流阶跃响应波形；图5是测得普通H桥输出电流阶跃响应波形；图6是本公开实施例的基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源测得的输出电流纹波；图7是测得普通H桥输出电流纹波。具体实施方式本公开提供了一种基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，其针对现有的快校正磁铁电源存在的快响应速度和低电流纹波不能同时满足的现状，基于Buck电路级联的多电平拓扑，使用多个Buck电路级联实现多电平，有效的兼顾了校正磁铁电源快速性与稳定性的要求。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本公开实施例中，提供一种基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，结合图1和图2所示，所述基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，包括：功率转换单元，包括顺次连接的开关电源模块、Buck电路模块、以及H桥，用于将外接电网电压转换为直流电压信号；滤波电路单元，与所述功率转换单元相连，用于滤除所述功率转换单元输出的直流电压信号中存在的高频纹波后输入负载；以及数字控制器，一端与所述滤波电路单元相连，用于对所述直流电压信号进行采样，另一端连接所述功率转换单元，用于产生PWM信号驱动所述Buck电路模块，进而实时对所述直流电压信号进行调整。所述开关电源模块包括3个12V的开关电源；所述Buck电路模块包括3路Buck电路，该3个Buck电路相互串联，并分别独立连接使用所述的3个12V的开关电源；需要说明的是，上述开关电源模块的数量、电压值的高低、以及Buck电路的数量仅用于说明本具体实施例，其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的技术思想所做的适应性的调整，均不脱离本公开的保护范围。所述H桥数量设置为1个，其包括4个开关器件；所述3个Buck电路相互串联后的输出连接至所述H桥，H桥的4个开关器件不需要工作在高频开关状态，作用是根据负载需求进行输出电流方向的切换；所述功率转换模块中所有的开关器件都使用的是碳化硅MOSFET，保证开关频率的情况下提高了效率，降低了温升。经过LC滤波之后的直流电压信号就可以直接提供给负载使用。所述滤波电路单元由常规的LC滤波器构成；所述数字控制器用于控制输出电流电压的采样、进行电流的闭环PI运算、输出PWM(Pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)波驱动Buck电路中的开关器件以及实现所述基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源的本地和/或远程控制。所述数字控制器包括电流采样芯片、以及电流传感器；所述电流采样芯片采用AD7634；所述电流传感器采用LEM公司生产的IT60S。所述数字控制器是校正磁铁电源中不可缺少的部分，本公开中的数字控制器以FPGA为核心控制芯片。在本公开实施例中，如图3所示，为提高所述磁铁电源的等效开关频率，同时提高直流电压信号的快速响应性，前级多路串联的所述Buck电路采用载波移相的方式形成调制波进行调制，三路Buck电路中的开关管(开关器件)驱动信号的相位分别移位120°。在本公开实施例中，如图4所示，所述校正磁铁电源搭配1mH的电感负载，将开关频率设置为100kHz，滤波电感为8μH，滤波电容为1.6μF。图4为从0至5A阶跃响应下的输出电流与桥路输出电压波形，电流上升时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，包括：/n功率转换单元，包括顺次连接的开关电源模块、Buck电路模块、以及H桥，用于将外接电网电压转换为直流电压信号；/n滤波电路单元，与所述功率转换单元相连，用于滤除所述功率转换单元输出的直流电压信号中存在的高频纹波后输入负载；以及/n数字控制器，一端与所述滤波电路单元相连，用于对所述直流电压信号进行采样，另一端连接所述功率转换单元，用于产生PWM信号驱动所述Buck电路模块，进而实时对所述直流电压信号进行调整。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，包括：
功率转换单元，包括顺次连接的开关电源模块、Buck电路模块、以及H桥，用于将外接电网电压转换为直流电压信号；
滤波电路单元，与所述功率转换单元相连，用于滤除所述功率转换单元输出的直流电压信号中存在的高频纹波后输入负载；以及
数字控制器，一端与所述滤波电路单元相连，用于对所述直流电压信号进行采样，另一端连接所述功率转换单元，用于产生PWM信号驱动所述Buck电路模块，进而实时对所述直流电压信号进行调整。


2.根据权利要求1所述的基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，所述开关电源模块包括N个开关电源，N≥2。


3.根据权利要求1所述的基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，所述Buck电路模块包括N个Buck电路，该N个Buck电路相互串联，并分别独立连接使用所述的N个开关电源。


4.根据权利要求3所述的基于Buck电路级联的多电平校正磁铁电源，所述N个Buck电路相互串联后的输出连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵琢瑕，张海燕，刘鹏，高辉，王琳，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34