大功率四極管調(diào)制器的特性分析及控制研究

　　4 Simulink仿真

　　根據(jù)式(1)、(2)、(3)可以建立調(diào)制器函數(shù)的Matlab/Simulink仿真模型，如圖3所示：

　　圖3 調(diào)制器仿真模型

　　針對HL-2A裝置中電子回旋加熱管的負(fù)載特性，可將調(diào)制器負(fù)載等效為2500Ω的電阻性負(fù)載。在HL-2A裝置中，調(diào)制器的前一級高壓輸入為晶閘管整流后濾波得到，因此，在調(diào)制器由空載到帶載的切換過程中，調(diào)節(jié)速度較慢的晶閘管整流系統(tǒng)無法有效的補(bǔ)償負(fù)載投切過程中造成的調(diào)制器前端高壓平臺的輸入電壓的波動。這種波動是對負(fù)載極其有害的。因此，使用調(diào)制器進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)是必須的。

　　調(diào)制器反饋回路的仿真模型中，負(fù)載投切造成的電壓波動由恒定數(shù)值疊加一個(gè)負(fù)半波的正弦信號模擬。疊加后作為調(diào)制器的高壓輸入。圖4為調(diào)制器反饋調(diào)節(jié)仿真回路模型，其中Subsystem模塊即為圖2中調(diào)制器仿真模塊封裝圖。Vin端為調(diào)制器的高壓輸入;Ia端為調(diào)制器模型中需要的負(fù)載電流參數(shù)，由調(diào)制器輸出電壓經(jīng)負(fù)載函數(shù)得到;Vgl為一柵控制量輸入端。

　　圖4 調(diào)制器反饋控制仿真回路

　　閉環(huán)仿真采用PI反饋策略，驗(yàn)證比例積分反饋策略的有效性。另外，還將一柵控制值固定為10V，把調(diào)制器單純作為高速開關(guān)進(jìn)行一次開環(huán)仿真，得到對比波形。圖5為開環(huán)、閉環(huán)仿真的對比波形圖。

　　圖5 調(diào)制器開環(huán)仿真波形

　　圖5中，Vin表示高壓平臺提供給調(diào)制器的輸入電壓，仿真中已經(jīng)人為疊加一個(gè)模擬的電壓波動，幅值為5000V。Vout為調(diào)制器輸出值，Control為調(diào)制器的一柵控制值。在開環(huán)系統(tǒng)中，調(diào)制器作為開關(guān)使用，一柵控制量固定為0V，負(fù)載被動的跟隨高壓平臺電壓波動。如果負(fù)載需要恒定值，則需要人為設(shè)定調(diào)制器一柵的給定值曲線。在HL-2A裝置中，調(diào)制器負(fù)載系統(tǒng)比較復(fù)雜，這種人為摸索一柵給定值曲線的方式比較繁瑣，也不太可靠。而從閉環(huán)反饋仿真波形可以看到，采用PI反饋的調(diào)制器系統(tǒng)，一柵控制量跟隨高壓平臺輸入的波動，在-160V到0V范圍內(nèi)變化，能有效的消除輸入波動的影響，為負(fù)載提供高質(zhì)量的直流電壓電源。而且PI反饋適應(yīng)性好，能有效的適合比較復(fù)雜的負(fù)載變化，更可以糅合模糊控制，對PI參數(shù)的給定進(jìn)行模糊邏輯處理，更有效的應(yīng)對多變的負(fù)載情況。

　　5 結(jié)論

　　本文對大功率四極管調(diào)制器的特性曲線進(jìn)行了研究，并提出一種近似線性的思路，對調(diào)制器的恒流曲線作了插值擬合，提出大功率四極管在可調(diào)區(qū)間內(nèi)的一種有效的數(shù)學(xué)模型。針對HL-2A裝置中調(diào)制器的實(shí)際運(yùn)行工況，使用這種數(shù)學(xué)模型研究了調(diào)制器輸出的PI反饋控制策略，并進(jìn)行了Matlab仿真。仿真結(jié)果證明這種調(diào)制器數(shù)學(xué)模型的有效性，并給在HL-2A裝置中對調(diào)制器輸出進(jìn)行閉環(huán)反饋控制這一思路提供了有力的支持。