一

NBI的电源技术挑战

在托卡马克装置的运行周期中，中性束注入系统（NBI）需要在强电磁干扰、脉冲式负载突变、高电压绝缘的复杂环境下持续工作，对电源系统提出了多重技术挑战。

▌高功率脉冲输出：需在毫秒级时间尺度内完成大功率能量释放，同时维持输出参数的精准稳定。

▌极端工况适应性：在等离子体破裂、打火等突发故障时，需具备微秒级快速关断与保护能力。

▌低纹波与高动态响应：输出电流纹波直接影响等离子体密度均匀性，需在负载快速波动时保持高精度闭环控制。

▌稳定长脉冲运行：需支持数十秒至数百秒的连续脉冲运行，对热管理与功率器件寿命提出严苛要求。

基于 PPEC Workbench平台开发的 PPEC inside系列数字电源，凭借其模块化、高精度与高可靠性，已在 NBI系统多个核心电源部位实现落地应用。

逆变式高压电源模块系统是 NBI 系统中离子源加速级的核心供电单元，负责为离子束提供高能量加速电场，其输出电压稳定性直接决定中性束的注入能量与束流品质。

逆变式高压电源模块系统（PPEC inside）含126个逆变模块与3套超级电容系统，可输出120kV/50A高压。系统采用先进的高频逆变技术、高频高压隔离变压器研制技术、超高压绝缘工艺，具备高功率密度、低纹波（<2%）及微秒级保护响应能力，支持多种供电输入与柔性输出配置，专为NBI强电磁干扰环境中的稳定高压供电设计。

PSM 高压供电系统为 NBI 系统的主控与辅助电路提供多组稳定高压，是保障系统各模块协同运行的基础供电单元。

PSM高压供电系统（PPEC inside）采用模块化脉冲阶梯调制(PSM）技术，可为加速极提供高达120kV/120A的稳定高压输出。系统由160kW功率模块组成，稳定度优于1%，效率超97%。其具备微秒级波形合成与快速响应能力，并集成多层保护，为中性束注入提供高精度、高效率的脉冲功率调制。

引出极高压电源用于从离子源中引出等离子体束流，其输出电压的精准度直接影响束流引出效率与初始束流品质。

引出极高压电源（PPEC inside）可稳定输出 - 16kV/20A 的负高压，纹波优于1%，稳压精度≤0.6%，具备微秒级的快速保护与调节能力。且电源支持高重频运行与打火后快速重启，确保束流引出过程平稳可控。

弧流电源是 NBI 系统离子源的核心，负责在放电室中维持稳定的弧光放电以产生高密度等离子体，其电流的稳定性直接决定等离子体密度与均匀性。

弧流电源（PPEC inside）可实现150V/1200A稳态输出，并在150V/400A模式下完成长达100s的脉冲稳定工作，电流纹波优于1%。其采用自适应控制算法，实时补偿负载变化，在等离子体参数快速波动时仍能保持输出电流的高稳定性，满足动态响应与低纹波的严苛要求。

灯丝电源为离子源阴极灯丝提供大电流加热，产生初始电子。该电源要求输出电流极大且需长时间稳定，其输出纹波直接影响灯丝寿命与等离子体初始密度的均匀性。

灯丝电源（PPEC inside）可在35V电压下，持续120s稳定输出高达3000A的加热电流，纹波优于1%。设备采用多相交错拓扑与数字化均流技术，结合实时温度监测与功率动态分配，避免灯丝局部过热导致的寿命衰减。

偏转磁体电源用于驱动偏转磁体产生磁场，实现离子束的精准偏转与聚焦，保障束流准确注入等离子体核心区域。

偏转磁体电源（PPEC inside）实现了电位与磁场的数字化协同调节，可稳定输出 80V/2000A 的励磁电流，控制精度优于 0.5%，有效避免了因离子束偏移导致的天线负载失衡，提升了加热效率。

抑制极电源用于吸收未被偏转的高能离子与抑制二次电子发射，保护天线等关键设备免受轰击损伤。该电源对绝缘、耐压及打火保护有极高要求，尤其在等离子体破裂等极端工况下需具备快速关断与保护能力。

抑制极电源（PPEC inside）可提供高达 5kV/30A（150kW）的脉冲功率输出，具备极端工况下的瞬时响应能力，无论正常放电结束还是故障触发，均能在 100 微秒内实现快速关断。且电源采用 30kV 高绝缘设计，为 ICRH 天线构建了至关重要的主动安全屏障。

PPEC inside数字电源基于公司自研 PPEC Workbench智能化开发平台，集成了先进的数字化控制技术与模块化设计理念，核心优势如下：

▌PPEC Workbench开发平台：采用图形化与 AI 结合的智能化低代码开发模式，组件库丰富、兼容性强，支持快速构建系统并自动优化代码，显著提升开发效率与系统稳定性。

▌模块化设计：采用标准化、模块化架构，简化了系统集成、维护与升级过程，提高了系统的灵活性与可扩展性。

▌高精度控制：通过先进的控制算法，实现了对电压、电流、功率等参数的微秒级精确调控，动态响应快，满足NBI系统的严苛要求。

▌高可靠性：经过极端工况下的严格测试，具备多层级保护机制，确保在强电磁干扰、负载突变等场景下稳定运行。

▌强抗干扰能力：优化电磁环境，确保在复杂电磁兼容（EMC）条件下信号采集与控制的准确性。