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离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating,简称ICRH)是中国科学院等离子体物理研究所EAST超导托卡马克核聚变实验中重要的辅助加热手段。大功率电子管作为离子回旋共振加热系统中的功率放大器件,其阳极电源的优劣对于整个加热系统的正常运行有着重大的影响,因此对阳极电源的研究和设计具有重要的意义。
脉冲阶梯调制(PSM)技术是将阶梯调制(SM)技术和脉宽调制(PWM)技术相结合形成的一种重要的调制技术,主要应用于高电压、大功率直流电源系统。基于此技术的高压开关电源系统电路拓扑简单、输出电压连续可调、可靠性高,因而被广泛的应用于各种大型科学试验装置当中。
本文讨论了基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的4CW100000E电子管的阳极电源及其控制保护系统的工作原理、电气结构和设计方案,分析了所使用的开关器件绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其驱动保护电路的设计,计算了电源的各项电气参数。本文采集了阳极电源在实际运行时的输出波形以及电源模块在多种不同试验条件下的输出波形,对各种波形之间的不同和相互关系进行了比较和分析。最后,本文对脉冲阶梯调制技术在离子回旋共振加热系统中的进一步应用做出了展望。