基于新技术的超导电源及失超保护装置研究与设计

超导磁铁以其能实现极高的磁场强度和较低的能量损耗的优势，正在迅速成为现代加速器系统中普遍采用的一项技术。为超导磁体提供励磁的超导电源也就成为了必需研究的课题。此外，与之相似的低压大电流电源也大量的应用于加速器系统中，服务于核物理研究工作。针对这类电源在加速器中的应用，本课题的主要挑战在于如何实现一种高效率和低纹波输出特性的电源。为此，本论文的作者采用了一种完全不同的拓扑结构“多路多相同步整流BUCK变换器”，来达到高效率和低纹波的目标。并尝试使用数字技术来实现控制单元。本论文首先详细介绍了“多路多相同步整流BUCK变换器”的拓扑，通过计算和推导介绍了这种拓扑是如何提高效率和减少纹波电流输出的。然后介绍了这种拓扑结构所必需解决的均流问题、其产生原因和解决办法：一种几乎无损的单路电流的测量方法，以及这种测量方法的原理和实现方法。之后介绍了整个电源的参数计算和PCB板设计的一些细节。最后详细介绍了用MCU实现的控制器的设计细节。作为超导电源必配的失超保护装置，它担负着在失超故障状态，将超导磁体内存储的能量在尽量短的时间内消耗在外部负载上，以用于实现保护超导磁体的功能。因此超导磁铁失超保护装置 的设计原则是：可靠性和经济性。本论文最后一部分详细介绍了按照这个目标设计的超导磁铁失超保护装置及其设计细节