【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电源模块，更具体地说，它涉及一种高压电源中的低超调升降压电源模块及控制方法。
技术介绍
1、中国环流器三号(hl-3)是新一代托卡马克装置，是目前国内同类装置中运行参数最高、规模最大的装置；在托卡马克装置中，要实现聚变点火，就必须使等离子达到能够发生聚变反应的温度，等离子温度的提高，就离不开中性束、电子回旋和低杂波等辅助加热系统，随着加热功率的增加，高压电源面临着严俊的挑战。
2、辅助加热系统所使用的高压电源目前通常采用psm类型高压电源，即由多绕组高压隔离变压器和大量高压电源模块组成，通过控制高压电源模块按照一定的算法工作，即控制高压电源模块的开通与关断，来调节高压的输出，以及完成高压电源的快速保护；由于不同辅助加热负载的电压需求有较大差异，而psm高压电源中大功率多绕组高压隔离变压器的每个副边绕组在加工完成以后就不易改变，为满足不同负载的需求，提高高压电源的通用性，可以通过改变单个电源模块的输出电压，使电源使用起来更为灵活，电源电压的输出范围也更大。
3、高压电源的稳定性也决定了辅助加热系统的加热功率和效率，因此，有必要研制高稳定度输出的电源模块，特别是高压电源模块有可能用于调制波形中，为保证调制波的上升时间和稳定度，使单个电源模块输出电压稳定，且调制波的上升沿超调小，并大大提高整个高压电源的稳定性；另外，高压电源的负载易打火，过流过压等，因此在模块的控制中，也需要多种保护控制，以求更为全面的检测、保护电源模块和保护负载。
4、现有的高压电源中的电源模块通常为开关模块，或者即
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高压电源中的低超调升降压电源模块及控制方法，该电源模块能适用于变压器的不同接法，且将电源模块的超调控制在3％以内，电源模块调制波上升时间控制在5us以内，更有利于提高辅助加热系统的整体功率，防止系统打火等，并且即使高压电源中的多绕组副边接法改变，亦能满足后续负载的需求。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、第一方面，本申请提供了一种高压电源中的低超调升降压电源模块，包括主回路和控制回路，主回路的输入端连接高压输入电源，主回路的输出端连接用电负载；控制回路连接主回路，并用于调控主回路的控制模式，以及根据双闭环反馈回路获取的主回路的反馈信号调整主回路的输出，控制模式包括升压模式和降压模式；
4、主回路包括相互连接的整流桥和电压变换电路，高压输入电源连接整流桥；电压变换电路的功率开关管q1和功率开关管q2在控制回路的控制下分别形成降压输出端和升压输出端，并择一输出。
5、本专利技术的有益效果是：本方案中，当该电源模块输入为三相交流600v/160a时，可以实现输出直流400v/160a的降压转换，当输入三相交流400v/160a时，可以实现输出直流800v/100a升压转换，当然此处的电压值仅仅为实例，并不代表电压值为固定的；这样可以得到不同组合的输出高压和输出电流；在psm高压系统中，高压多绕组变压器的副边不管是采用三相或者单相输出，都可以接该电源模块，如系统中有128个电源模块，则整套高压电源采用上述数值说明，则既可以实现51.2kv/160a的大功率输出，又可实现102kv/100a的大功率输出，这样，根据负载的要求，可选择高压电源不同的运行模式。
6、本方案中，此电源模块采用了双闭环反馈控制方法，即利用双闭环反馈回路，由于常规电源模块通常采用电压单闭环反馈，电压单闭环控制模式虽然设计简单、抗干扰能力、易于实现与调试，但由于响应速度缓慢，调制过冲较大，外加主回路中线路存在的杂散电感影响，很难实现此设计中调制过冲/下冲小于±3％、20us阶跃响应时间等要求；因此，此电源模块在电压环基础上，增加电流环的反馈，提高系统响应速度，利用双闭环反馈回路除了动态响应速度快以外，还可以使系统传递函数由二阶降为一阶，使得电压外环能在更大的频率下获得足够的相位裕度。
7、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
8、进一步，上述电压变换电路还包括极性电容c1、二极管d1、电感l1、极性电容c2和二极管d2，其中：
9、极性电容c1的输入端分别连接整流桥的接出端和功率开关管q1的集电极，极性电容c1的输出端分别连接二极管d1的输入端、功率开关管q2的发射极和极性电容c2的输出端，二极管d1的输出端分别连接功率开关管q1的发射极和电感l1的一端，功率开关管q2的集电极分别连接电感l1的另一端和二极管d2的输入端，二极管d2的输出端连接极性电容c2的输入端，功率开关管q1的基极和功率开关管q2的基极分别形成降压模式的控制端和升压模式的控制端；
10、控制回路的电压采样电路的两端分别连接极性电容c2的输入端和输出端。
11、采用上述进一步方案的有益效果是：使电源模块可设置两种控制模式，一种为降压模式，一种为升压模式。
12、进一步，上述所电压变换电路还连接有阻性假负载，阻性假负载的两端分别连接极性电容c2的输入端和输出端。
13、采用上述进一步方案的有益效果是：设置的阻性假负载，可以在电源模块调试时用于模块测试，还也可在模块停止运行后泄放电容c2上的能量。
14、进一步，上述控制回路包括降压回路和升压回路，降压回路或升压回路包括存在连接关系的电压控制器、电流控制器、pwm发生器、电流取样电路和电压取样电路，pwm发生器的输出端、电流取样电路和电压取样电路分别接入主回路，电流取样电路和电压取样电路通过双闭环反馈回路分别连接电压控制器和电流控制器。
15、进一步，上述双闭环反馈回路包括依次连接的第一运算放大电路、第二运算放大电路、第三运算放大电路和第四运算放大电路；
16、第一运算放大电路包括电阻r29、电阻r30、电阻r31、电阻r32、电阻r151、电容c82、三极管q3和运算放大器u6，其中：
17、三极管q3的基极连接电阻r29的一端，三极管q3的发射极和集电极分别连接电容c82的两端，三极管q3的集电极还分别连接电阻r30的一端和电阻r31的一端，电阻r30的另一端接入电压控制器的电压给定信号，电阻r31的另一端连接运算放大器u6的第2引脚，运算放大器u6的第3引脚连接电阻r32的一端，电阻r32的另一端接地，运算放大器u6的第2引脚和第6引脚分别连接电阻r151的两端，运算放大器u6的第6引脚还接入第二运算放大电路。
18本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，包括主回路和控制回路，所述主回路的输入端连接高压输入电源，所述主回路的输出端连接用电负载；所述控制回路连接所述主回路，并用于调控所述主回路的控制模式，以及根据双闭环反馈回路获取的主回路的反馈信号调整所述主回路的输出，所述控制模式包括升压模式和降压模式；
2.根据权利要求1所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所述电压变换电路还包括极性电容C1、二极管D1、电感L1、极性电容C2和二极管D2，其中：
3.根据权利要求2所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所电压变换电路还连接有阻性假负载，所述阻性假负载的两端分别连接所述极性电容C2的输入端和输出端。
4.根据权利要求1所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所述控制回路包括降压回路和升压回路，所述降压回路或升压回路包括存在连接关系的电压控制器、电流控制器、PWM发生器、电流取样电路和电压取样电路，所述PWM发生器的输出端、所述电流取样电路和所述电压取样电路分别接入所述主回路，所述电流取样电路
5.根据权利要求4所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所述双闭环反馈回路包括依次连接的第一运算放大电路、第二运算放大电路、第三运算放大电路和第四运算放大电路；
6.根据权利要求5所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所述第二运算放大电路包括电阻R152、电阻R21、电阻R22、电阻R33、电阻R36、电阻R157、电容C71和运算放大器U7，其中：
7.根据权利要求6所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所述第三运算放大电路包括电阻R154、电阻R137、电阻R160、电阻R153、电阻R101、电阻R201、三极管Q4、电位器W3、电容C125和运算放大器U8，其中：
8.根据权利要求7所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所述第四运算放大电路包括电阻R155、电阻R26、电阻R27、电阻R38、电阻R41、电阻R162、电容C72和运算放大器U9，其中：
9.一种高压电源中的低超调升降压电源模块的控制方法，应用于权利要求1-8中任一项所述的高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，包括以下具体步骤：
10.根据权利要求9所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块的控制方法，其特征在于，所述控制回路根据双闭环反馈回路获取的主回路的反馈信号调整所述主回路的输出，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，包括主回路和控制回路，所述主回路的输入端连接高压输入电源，所述主回路的输出端连接用电负载；所述控制回路连接所述主回路，并用于调控所述主回路的控制模式，以及根据双闭环反馈回路获取的主回路的反馈信号调整所述主回路的输出，所述控制模式包括升压模式和降压模式；
2.根据权利要求1所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所述电压变换电路还包括极性电容c1、二极管d1、电感l1、极性电容c2和二极管d2，其中：
3.根据权利要求2所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所电压变换电路还连接有阻性假负载，所述阻性假负载的两端分别连接所述极性电容c2的输入端和输出端。
4.根据权利要求1所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，所述控制回路包括降压回路和升压回路，所述降压回路或升压回路包括存在连接关系的电压控制器、电流控制器、pwm发生器、电流取样电路和电压取样电路，所述pwm发生器的输出端、所述电流取样电路和所述电压取样电路分别接入所述主回路，所述电流取样电路和所述电压取样电路通过双闭环反馈回路分别连接电压控制器和电流控制器。
5.根据权利要求4所述的一种高压电源中的低超调升降压电源模块，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛晓惠，李春林，夏于洋，范臻圆，李青，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
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