电源技术中的基于IGBT器件的大功率DC/DC电源并联技术研究

摘要:基于IGBT器件,利用DC/DC电源并联技术设计大功率直流电源.该电源可用作EAST托卡马克装置中的大功率垂直位移快速控制直流电源&对该电源装置进行了仿真和实验!获得了较为满意的动静态性能.       关键词:EAST装置;大功率直流电源;DC/DC并联       随着电力电子技术的发展,很多场合需要大功率大电流的直流电源.EAST的磁约束核聚变装置使用的直流快控电源即是一种大功率直流电源,其技术要求为:电压响应时间1ms峰值电压50V;最大电流20kA,能实现4个象限的运行.针对此要求,不可避免地需采用电源并联技术,即功率管并联或电源装置的并联.对于20kA直流电源,若采用功率 《基于IGBT器件的大功率DC/DC电源并联技术研究》 随着电力电子技术的快速发展，大功率直流电源的需求在诸多领域中日益凸显，尤其是在EAST（ Experimental Advanced Superconducting Tokamak）磁约束核聚变装置等高端科研设备中。EAST装置要求的直流快控电源具有极高的技术标准，包括1ms的电压响应时间、50V的峰值电压以及20kA的最大电流，同时需具备四象限运行的能力。面对这样的需求，电源并联技术成为解决关键，既可以实现功率管并联，也可以实现电源装置的并联。 本文主要探讨了基于IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）器件的DC/DC电源并联技术，这是一种高效、灵活的方法来构建大功率直流电源。IGBT作为一种复合型半导体器件，具有高电压、大电流、高速开关的特性，非常适合于大功率电源的应用。在设计中，针对20kA的直流电源，若直接采用IGBT功率管并联，可能会面临驱动难度加大和电压容量浪费的问题。因此，提出了采用多米诺结构的DC/DC电源装置并联技术，以优化系统性能和效率。 电源并联系统的设计要求包括：维持输出电压的稳定性，确保所有模块的调制频率一致以减少低频脉动，以及控制各模块电流以均分负载。在拓扑结构上，大功率直流电源通常有两种选择：一是输入直流母线结构，虽然可以确保各支路电压的一致性，但直流母线的负担重，对前级AC-DC设备要求高；二是独立的AC-DC/DC电源并联，允许模块化设计，便于增减模块，但需解决电压差异导致的电流不平衡问题。对此，可以通过调整模块的占空比和引入电流均衡机制来改善。 控制方案上，为了满足EAST装置对电源输出电流实时跟踪的需求，采用了两级电流控制策略，包括总电流环和模块电流环，以实现电流的精确跟随和各模块电流的均衡。外环采用反馈加前馈的复合控制方式，既能提升系统的稳态精度，又能保证动态性能。 本研究通过深入分析基于IGBT的大功率DC/DC电源并联技术，旨在解决大电流、高电压电源的设计挑战，以满足高性能科研设备的特殊需求。这种技术的研究和发展，不仅推动了电源技术的进步，也为类似应用提供了理论和技术支持。