论文摘要
低环电压启动能够改善托卡马克聚变装置中等离子约束性能，它可以拉长等离子体放电持续时间，降低对加热场电源的需求。1994年潘垣院士提出通过电场漂移将电子注入到等离子体中的思路实现低环电压启动，并在HT-6M上取得初步的成功，2009年华中科技大学聚变所准备进行更深一层次电子注入实验研究。J-TEXT电场漂移电子注入实验研究中，偏压电源具有非常重要的作用，它用于提供电子静电漂移电场和反馈跟踪等离子体电压。本文根据托卡马克装置电场漂移电子注入系统对其偏压电源的具体要求，研制了一套偏压电源，本文设计的偏压电源是以电压型PID反馈控制，以TMS320F2812为核心控制器，主电路以桥式Buck拓扑为核心的DC/DC开关变换器，实现-800～800VDC电压输出，500mA3A电流输出，输出纹波小于1%。本文通过分析偏压电源运行过程和工作原理，利用DC变压器、小信号和状态空间三种开关变换器常用分析方法推导出偏压AC小信号解析模型，导出偏压传递函数。在偏压运行分析和传递函数基础上，研究偏压PID参数整定方法和偏压PID控制器设计过程。确定PID控制器参数后，建立了偏压闭环仿真电路进行仿真研究，验证了系统的可行性。本文基于TMS320F2812为核心数字控制器，设计AD7606，AD5724等外围扩展电路，绘制偏压电源控制器PCB板并完成控制器硬件系统的研制，完成偏压电源样机组装并进行测试，测试结果表明：在Kp=0.07，Ki=0.01，Kd=0.09条件下，偏压输出可以获得较小上升时间和较小超调量的瞬态响应，输出静差小、纹波小的稳态性能，能实现偏压电源设计效果。