大功率四極管調制器的特性分析及控制研究

　　4 Simulink仿真

　　根據式(1)、(2)、(3)可以建立調制器函數的Matlab/Simulink仿真模型，如圖3所示：

　　圖3 調制器仿真模型

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

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

　　圖4 調制器反饋控制仿真回路

　　閉環(huán)仿真采用PI反饋策略，驗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，把調制器單純作為高速開(kāi)關(guān)進(jìn)行一次開(kāi)環(huán)仿真，得到對比波形。圖5為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)仿真的對比波形圖。

　　圖5 調制器開(kāi)環(huán)仿真波形

　　圖5中，Vin表示高壓平臺提供給調制器的輸入電壓，仿真中已經(jīng)人為疊加一個(gè)模擬的電壓波動(dòng)，幅值為5000V。Vout為調制器輸出值，Control為調制器的一柵控制值。在開(kāi)環(huán)系統中，調制器作為開(kāi)關(guān)使用，一柵控制量固定為0V，負載被動(dòng)的跟隨高壓平臺電壓波動(dòng)。如果負載需要恒定值，則需要人為設定調制器一柵的給定值曲線(xiàn)。在HL-2A裝置中，調制器負載系統比較復雜，這種人為摸索一柵給定值曲線(xiàn)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反饋的調制器系統，一柵控制量跟隨高壓平臺輸入的波動(dòng)，在-160V到0V范圍內變化，能有效的消除輸入波動(dòng)的影響，為負載提供高質(zhì)量的直流電壓電源。而且PI反饋適應性好，能有效的適合比較復雜的負載變化，更可以糅合模糊控制，對PI參數的給定進(jìn)行模糊邏輯處理，更有效的應對多變的負載情況。

　　5 結論

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