高精度、高穩(wěn)定性多路程控高壓電源的設(shè)計(jì)PPT課件

1、天津市森特爾新技術(shù)有限公司高精度、高穩(wěn)定性多路程控高壓高精度、高穩(wěn)定性多路程控高壓電源的設(shè)計(jì)電源的設(shè)計(jì)目錄1、引言2、高壓電源柜系統(tǒng)組成3、高壓輸出4、高壓測(cè)量5、電氣指標(biāo)6、程控電源在大陣列中子閃爍探測(cè)器中的應(yīng)用7、展望 3 3引言 慣性約束聚變（ICF）的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高溫高密度熱核點(diǎn)火。因此，研究聚變?nèi)剂细邏嚎s狀態(tài)下的燃料面密度是極其重要的。大陣列中子閃爍探測(cè)器系統(tǒng)目前幾乎是國(guó)際上使用的唯一探測(cè)手段，已成為診斷壓縮密度的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。大面積閃爍探測(cè)器陣列由1000個(gè)獨(dú)立的閃爍體光電倍增管組成，同時(shí)需要1000路高壓電源。這樣一套龐大的探測(cè)系統(tǒng)不僅對(duì)電源的技術(shù)指標(biāo)要求苛刻，而且對(duì)如何方便地使用

2、和控制也提出了高的要求。4 4引言 近年來(lái)我國(guó)核技術(shù)探測(cè)領(lǐng)域所用的高壓電源大多為國(guó)外進(jìn)口，所帶來(lái)的問(wèn)題是價(jià)格昂貴、維修周期長(zhǎng)、相關(guān)核物理探測(cè)的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用也受到國(guó)外相關(guān)廠家的牽制，帶來(lái)諸多不便。在高壓電源的國(guó)產(chǎn)化已是勢(shì)在必行的情況下，我們首先針對(duì)中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心的迫切需求，成功研制出了高集成度、高可靠性、高輸出精度的千路程控高壓電源，并在在神光III原型激光裝置上進(jìn)行的大型實(shí)驗(yàn)中獲得了可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5 5系統(tǒng)組成 多路程控高壓電源是一種組合式電源，包括機(jī)箱、供電電源、高壓輸出插件、及與PC的通迅插件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：6 6系統(tǒng)組成圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7 7系統(tǒng)組成 機(jī)箱內(nèi)可插

3、多個(gè)不同輸出電壓極性及最高電壓值的插件，每個(gè)輸出通道都可單獨(dú)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如輸出電壓值、上限電流值、上限溫度值、上電斜率、下電斜率等。機(jī)箱內(nèi)總線(xiàn)采用工業(yè)RS485總線(xiàn)，其特點(diǎn)是穩(wěn)定可靠、易布線(xiàn)，機(jī)箱外部總線(xiàn)采用以太網(wǎng)，其特點(diǎn)是傳輸速率高、距離遠(yuǎn)、通過(guò)廣域網(wǎng)可達(dá)到不受地域空間的限制且穩(wěn)定可靠。8 8高壓輸出 高壓電源柜的核心部件即為高壓輸出模塊，也是我們公司經(jīng)過(guò)十幾年潛心研制的產(chǎn)品，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、器件選型、生產(chǎn)工藝上都有其獨(dú)特性。比如，我們所選用的器件都為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，是高壓輸出模塊能得到高性能參數(shù)的基本保障。9 9高壓輸出模塊整體采用導(dǎo)熱樹(shù)脂密閉灌封，采用全鋁或全銅外殼使模塊能工作在潮濕、震動(dòng)、電

4、磁干擾嚴(yán)重的惡劣環(huán)境下，每塊模塊在出廠前都經(jīng)過(guò)整套的老化測(cè)試，使模塊的整體性能參數(shù)也要達(dá)到工業(yè)級(jí)。各路高壓輸出相對(duì)獨(dú)立，沒(méi)有相互干擾，當(dāng)一路出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響到其它路高壓輸出的正常工作，這對(duì)于超大規(guī)模陣列的應(yīng)用提供了安全保障。1010高壓輸出下圖是高壓輸出示意圖： 圖2 高壓輸出示意圖1111高壓輸出高壓輸出模塊性能參數(shù) 輸入直流工作電壓：24V輸出直流高壓 ：0至+3000V、0至-3000V、 0至+4000V或0至-4000V輸出電流 ：100uA - 1mA輸出電壓時(shí)漂 ：0.02%輸出電壓溫度系數(shù) ：0.02%/輸出紋波電壓 ：30mV使用極限溫度 ：-20至+701212高壓測(cè)量

5、測(cè)量方法采用高壓電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，再用高分辨率ADC進(jìn)行采樣測(cè)量的方法進(jìn)行計(jì)算，如下圖：圖3 高壓測(cè)量示意圖1313高壓測(cè)量上圖中的R2、R3和R4、R5為兩組高壓分壓電阻，把3000或4000伏高壓分壓降至ADC可以測(cè)量的電壓范圍內(nèi)，R3為125K/2W的過(guò)流電阻。V1V1T(R2+R3)/R3; V2V2T(R4+R5)/R5;I= (V1-V2)/R1 1414高壓測(cè)量 測(cè)量方法原理是一目了然，比較簡(jiǎn)單，但在實(shí)現(xiàn)工藝上卻有一定難度，因?yàn)橐话愕母邏弘娮柙谑┘由锨Х母邏汉?，電阻阻值?huì)隨著電壓的變化而變化，此變化值對(duì)于我們用分壓法來(lái)測(cè)量計(jì)算高壓值所造成的誤差已是非常嚴(yán)重,根本不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)

6、。 我們采用特 別定制的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)高壓進(jìn)行分壓，達(dá)到了在施加不同高壓下的精確分壓比，再配合相應(yīng)的補(bǔ)償?shù)玫筋A(yù)先設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。分壓電阻網(wǎng)絡(luò)如圖4： 1515高壓測(cè)量圖4 分壓電阻網(wǎng)絡(luò)圖輸入高壓地分壓測(cè)試點(diǎn)100M電阻部分100K電阻部分1616高壓測(cè)量 把分壓的兩個(gè)電阻封裝在一起，中間引出抽頭做為兩個(gè)電阻的公共端，即分壓測(cè)試點(diǎn)。其制做工藝和材料不同于金屬模電阻，其電阻層物質(zhì)采用金屬“釕”和“玻璃釉”的混合物經(jīng)過(guò)高溫后采用絲印工藝印刷到絕緣體上，這樣可以精確控制電阻層的厚度、寬度，保證電阻層的均勻一至性，再利用這兩種物質(zhì)良好的穩(wěn)定性。1717高壓測(cè)量 可使生產(chǎn)出的電阻穩(wěn)定性達(dá)到很高，其溫漂

7、系數(shù)在50PPM/，而一般的金屬膜電阻只能達(dá)到200-300PPM/，保證了電阻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各部分電阻特性的一至，使分壓比在不同高壓值下盡量保持一至，在高壓的測(cè)量計(jì)算過(guò)程中再加上適當(dāng)?shù)挠?jì)算補(bǔ)償，可使測(cè)量計(jì)算的電壓及電流值達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。1818電氣參數(shù)整體電氣參數(shù)（1）輸入電壓：220V/50Hz（2）輸出路數(shù)：1多路（3）單路輸出直流電壓：每個(gè)插件可定制為多個(gè)通道輸出都為+3000V、-3000V、+4000V或-4000V。（4）單路輸出直流電流：0.1 - 1mA（5）輸出電壓時(shí)漂：0.02%（6）輸出電壓溫度系數(shù)：0.02%/（7）輸出電壓紋波：30mV（8）使用極限溫度：-2070（7）整機(jī)

8、功耗：360W1919成功應(yīng)用程控電源在大陣列中子閃爍探測(cè)器中的應(yīng)用 在國(guó)內(nèi)目前最大的激光裝置神光III原型上進(jìn)行的大型實(shí)驗(yàn)中，大陣列中子閃爍探測(cè)器系統(tǒng)成功地獲得了中子信號(hào)。圖5是實(shí)驗(yàn)中實(shí)測(cè)的中子波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電源的性能和功能已經(jīng)可以與進(jìn)口產(chǎn)品相媲美。由于程控高壓電源穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，所獲取的中子信號(hào)精度高，為實(shí)現(xiàn)ICF物理實(shí)驗(yàn)精密化的目標(biāo)打下了基礎(chǔ)。2020成功應(yīng)用-1000100200300-1.6-1.2-0.8-0.40.0v(v)t(ns)801071001074-x7圖5 大陣列中子閃爍探測(cè)器實(shí)測(cè)的中子波形2121展望 隨著我國(guó)核物理的發(fā)展，對(duì)高壓電源的應(yīng)用需求也是越來(lái)越多，而且對(duì)高壓電源的各種參數(shù)也提出了更高的要求，如提高單