2．5V／18KA超导磁体模型线圈电源设计

该电源系统对输出电流精度要求较高，双闭环控制最终跟踪信号应为输出电流，所以设计采用电压环为内环，电流反馈环为外环，最终达到对电流更加精确地跟踪控制。

5 整体结构和实验分析
图4示出开关电源设计整体结构图。通过上述分析，2．5 V／18 kA模型线圈电源主要结构已经很明晰，将3组相同的2．5 V／6 kA的模块并联，实现18 kA输出。主结构采用功率二极管进行三相整流、全桥逆变电路、全波整流和全桥移相控制。图中，L1为三相整流功率因数校正电感，R1为软启动电阻，C1为输入滤波电容，L2为谐振电感，Tx1～Tx2为12个高频变压器，VD7～VD30为高频整流管，L3～L4和C3构成输出LC滤波网络，CS1为输出电流检测，US1为输出电压检测。经过计算取L1=0．7 mH，C1=6．8 mF，R1=150 Ω，L2=3．4μH，C2=20μF，L3=0．8 μH，C3=0．7 F，变压器的变比为8：1。

根据参数值搭建原理图，借助ORCAD PSpcie仿真获得输出电流电压纹波波形。可知，该设计完全能满足设计要求，但仿真中很多元器件都是工作在理想状态，与实际使用的元器件存在一定的偏差。电源装配期间遇到一些与理论设计不相符的地方，最后在初始设计基础上进行调整，依旧可获得较好的实验结果。在理论指导的基础上进行电源装配，设计出能够满足要求的负载，获取实际输出电压和电流波形进行分析，获得改进措施。
基于全桥移相控制芯片UCC3895做出样机，设计满足要求的负载，通过长期稳定的实验获得输出电流纹波和电压纹波波形。图5分别示出输出电流、电压纹波波形。由图5a可知，计算可以得到电流纹波有效值为11 A，小于当初设计值12A。由图5b可知，电压纹波峰-峰值为120 mV，有效值约为67 mV，大于当初的设计值25 mV，显然在消除电压纹波方面要做出改进。

实验采用阻感性负载，造成输出电压纹波大的原因可能有两个：①输出滤波电容存在等效串联电阻和接触电阻；②控制方案和控制参数选取不合适。通过对图5b的分析可知，电压纹波中包含较多的低频纹波，由于样机采用电压控制模式，响应速度慢，低频的纹波很难消除干净，致使输出电压中包含输入电压低频纹波成分，这类纹波可通过增大PI调节器的增益或改为大P调节器和适当增加输入滤波电容C1而得到有效解决。

6 结论
基于上述拓扑结构可以制造出满足参数要求的高频开关电源。由于样机只是调试阶段，所以在反馈控制时没有采用双闭环控制，以致输入端混入低频纹波，样机在手工接线和组装时较为粗糙，导致与输出滤波电容串联的等效电阻较大。在这两个方面进行改进，电压纹波最后能满足要求。此电源通过功率变换结构的合理选择以及器件参数的优化，有效地解决了传统电源中存在的效率低、体积大、动态性能差等问题。另外通过实验人员连续10 h的带载运行可知，该设计满足开关电源的可靠性要求。