专利名称：一种模拟及数字混合双环控制稳流电源装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电源技术领域，特别涉及粒子加速器磁铁稳流电源技术。
背景技术：
在国内几大加速器装置中，目前正在逐步采用数字化电源取代模拟电源。如上海 光源大功率稳流电源使用瑞士 PSI开发的数字控制器，小功率电源采用与国内公司合作研 制的数字控制器。控制器由DSP和ADC两块控制卡组成，由于是纯数字化的反馈环路，对数 字卡的技术要求很高，如AD的采样速度与精度、PWM发生器的分辨率、数字PI调整周期等， 因此数字卡价格昂贵；另外电源主回路是按照稳流电源进行设计的，国内少数厂家小规模 定制，可靠性、电磁兼容性没有严格的技术认证。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有数字电源控制卡采集速度要求高、需要高分辨PWM发 生器、价格昂贵、接口繁琐、开发周期慢和功率变换器部分特别定制、缺少技术认证等缺点， 提供一种能够利用现有成熟器件、结构简单、成本较低、可靠性好的模拟及数字混合双环控 制稳流电源装置。为实现以上目的本发明采取的技术方案是，一种模拟及数字混合双环控制稳流电 源装置，包括可调AC-DC开关稳压电源、负载、电流传感器、控制器和辅助电源，所述可调 AC-DC开关稳压电源输出端的电缆穿过电流传感器与负载连接，电流传感器的输出端与控 制器的AD转换器输入端连接，控制器的DA转换器输出端与可调AC-DC开关稳压电源的电 压控制端连接。其技术效果是由于内环采用模拟反馈电压环，故其不仅具有环路带宽高、调整速 度快等特点，能够抑制输入电网波动等快变化，而且，电压内环可以采用能够独立使用的可 控稳压电源，稳压电源可以采用业界成熟的PWM、移相PWM、谐振技术、大功率斩波技术等， 甚至可以采用商业化可调稳压电源的成熟产品；同时，外环采用较慢的数字反馈电流环，其 不仅可抵御温度、负载引起的慢变化，而且由于电流调节外环因降低了速度要求及不需要 高分辨率的PWM，故可以采用许多商业化的通用控制器来实现。因此，两者结合，既能够达到 良好的动态性能及静态高稳定性的指标，又可以达到降低数字控制卡技术复杂程度、降低 成本，使电源符合谐波、电磁兼容标准、提高可靠性、减少控制器及整机开发时间的目的，同 时，还能够兼顾模拟电源及数字化电源的优点。
图1是本发明的电原理图；图2是测量得到的电源输出电流40A时的稳定度曲线图；图3是一台控制器同时控制两个可调AC-DC开关稳压电源的电原理图。
具体实施例方式如图1所示的125A/12V模拟及数字混合双环控制稳流电源装置，其可调AC-DC开 关稳压电源1采用市售的商业稳压电源，功率1500W，控制电压0-5V，对应输出电压0-12V。 控制器采用小型高速PLC，其DA、AD转换器分辨率为1/12000。PID采样周期为10ms。电流 传感器采用霍尔电流传感器LA 200-P。可调AC-DC开关稳压电源的输入端接入交流供电，其输出端的电缆穿过霍尔电流 传感器3与负载2连接。负载是磁铁、线圈或充电电池。霍尔电流传感器的输出端与PLC 控制器的AD转换器输入端连接，PLC控制器的DA转换器输出端连接到可调AC-DC开关稳 压电源的电压控制端。辅助电源给PLC提供24V工作电压，给电流传感器提供正负15V工作电压。其工作过程PLC控制器4的AD转换器输入端得到电流取样后，与电流设定值进 行比较，并对两者的差值进行PID运算，得到作用量，作用量经过PLC控制器的DA转换，输 出到AC-DC开关稳压电源1的电压控制端。PID计算程序不需要编写，可以直接调用PLC提供的PID指令，该指令只要设置主 要参数即可，本例中比例带设为300，积分时间设为10ms，微分环节不计算，仅进行PI调整。当输出电流升高，取样电流升高，进入AD的采样值升高，和设定值比较后，PI的作 用量减小，即DA输出电压减小，电源输出能力下降，反之，当输出电流降低时，取样降低，经 过PI运算，DA输出电压升高，电源输出能力上升，达到稳流输出的目的。图2是测量得到的电源输出电流40A时的稳定度曲线，测量仪器为Agilent34401 数字电压表，测试位置为电流互感器LA 200-P的输出端，45分钟的电流稳定度为 2· 6Χ1(Γ4，PLC有各种通讯模块可以选用，如RS232/422、以太网等，可以方便地将多个稳流 电源进行组网控制。本发明的模拟及数字混合双环控制稳流电源装置，也可以采用一台控制器同时控 制一个以上的可调AC-DC开关稳压电源，以同时获得多个稳流电源(见图3)。
权利要求
一种模拟及数字混合双环控制稳流电源装置，包括可调AC DC开关稳压电源、负载、电流传感器、控制器和辅助电源，其特征在于所述可调AC DC开关稳压电源(1)输出端的电缆穿过电流传感器(3)与负载(2)连接，电流传感器的输出端与控制器(4)的AD转换器输入端连接，控制器的DA转换器输出端与可调AC DC开关稳压电源的电压控制端连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟及数字混合双环控制稳流电源装置，其特征在于 所述电流传感器(3)为霍尔传感器或零磁通传感器。
3.根据权利要求1所述的一种模拟及数字混合双环控制稳流电源装置，其特征在于 所述负载(2)是磁铁、线圈或充电电池。
4.据权利要求1所述的一种模拟及数字混合双环控制稳流电源装置，其特征在于所 述控制器(4)同时控制一个以上的可调AC-DC开关稳压电源(1)。
全文摘要
本发明公开了一种模拟及数字混合双环控制稳流电源装置，包括可调AC-DC开关稳压电源、负载、电流传感器、控制器和辅助电源，可调AC-DC开关稳压电源(1)输出端的电缆穿过电流传感器(3)与负载(2)连接，电流传感器的输出端与控制器(4)的AD转换器输入端连接，控制器的DA转换器输出端与可调AC-DC开关稳压电源的电压控制端连接。由于内环采用速度快的模拟电压环；外环采用慢速数字反馈电流环，两者结合，既能够达到良好的动态性能及静态高稳定性的指标，又可以达到降低数字控制卡技术复杂程度、降低成本，使电源符合谐波、电磁兼容标准、提高可靠性、减少控制器及整机开发时间的目的，还能够兼顾模拟电源及数字化电源的优点。
文档编号H02M7/21GK101958656SQ201010246748
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者尚雷 申请人:中国科学技术大学