大功率四极管调制器的特性分析及控制研究

　　4 Simulink仿真

　　根据式(1)、(2)、(3)可以建立调制器函数的Matlab/Simulink仿真模型，如图3所示：

　　图3 调制器仿真模型

　　针对HL-2A装置中电子回旋加热管的负载特性，可将调制器负载等效为2500Ω的电阻性负载。在HL-2A装置中，调制器的前一级高压输入为晶闸管整流后滤波得到，因此，在调制器由空载到带载的切换过程中，调节速度较慢的晶闸管整流系统无法有效的补偿负载投切过程中造成的调制器前端高压平台的输入电压的波动。这种波动是对负载极其有害的。因此，使用调制器进行反馈调节是必须的。

　　调制器反馈回路的仿真模型中，负载投切造成的电压波动由恒定数值叠加一个负半波的正弦信号模拟。叠加后作为调制器的高压输入。图4为调制器反馈调节仿真回路模型，其中Subsystem模块即为图2中调制器仿真模块封装图。Vin端为调制器的高压输入;Ia端为调制器模型中需要的负载电流参数，由调制器输出电压经负载函数得到;Vgl为一栅控制量输入端。

　　图4 调制器反馈控制仿真回路

　　闭环仿真采用PI反馈策略，验证比例积分反馈策略的有效性。另外，还将一栅控制值固定为10V，把调制器单纯作为高速开关进行一次开环仿真，得到对比波形。图5为开环、闭环仿真的对比波形图。

　　图5 调制器开环仿真波形

　　图5中，Vin表示高压平台提供给调制器的输入电压，仿真中已经人为叠加一个模拟的电压波动，幅值为5000V。Vout为调制器输出值，Control为调制器的一栅控制值。在开环系统中，调制器作为开关使用，一栅控制量固定为0V，负载被动的跟随高压平台电压波动。如果负载需要恒定值，则需要人为设定调制器一栅的给定值曲线。在HL-2A装置中，调制器负载系统比较复杂，这种人为摸索一栅给定值曲线的方式比较繁琐，也不太可靠。而从闭环反馈仿真波形可以看到，采用PI反馈的调制器系统，一栅控制量跟随高压平台输入的波动，在-160V到0V范围内变化，能有效的消除输入波动的影响，为负载提供高质量的直流电压电源。而且PI反馈适应性好，能有效的适合比较复杂的负载变化，更可以糅合模糊控制，对PI参数的给定进行模糊逻辑处理，更有效的应对多变的负载情况。

　　5 结论

　　本文对大功率四极管调制器的特性曲线进行了研究，并提出一种近似线性的思路，对调制器的恒流曲线作了插值拟合，提出大功率四极管在可调区间内的一种有效的数学模型。针对HL-2A装置中调制器的实际运行工况，使用这种数学模型研究了调制器输出的PI反馈控制策略，并进行了Matlab仿真。仿真结果证明这种调制器数学模型的有效性，并给在HL-2A装置中对调制器输出进行闭环反馈控制这一思路提供了有力的支持。