明纬系统电源应用 - 同步加速器光源设备之超高功率电源供应系统
文:技术中心
系统电源应用案例
2020年，明纬系统电源正式取得台湾光子源(Taiwan Photon Source, TPS)同步加速器(Synchrotron)高频系统第三站建造的应用标案，作为同步加速器内高频系统第三站的直流电源供应系统，提供电子在同步加速器内加速至趋近光速运行所需的超高能量。底下图标为同步(电子)加速器常见的环状结构(图一)，内侧为增能环，外侧则是储存环以及由储存环分接出的多个实验站。
图一 同步加速器环状结构
同步加速器应用范围
同步加速器产生的超高亮度宽带谱光源(远红外线至硬X光)，可广泛用于材料、生物、医药、物理、化学、化工、地质、考古、环保、能源、电子、微机械、奈米组件等领域之实验等等，是二十一世纪尖端基础科学研究、生医科技及工业应用不可或缺的实验利器，促成现今电动车辆蓬勃发展所不可或缺的长效锂电池材料与技术，以及实现奈米技术在半导体材料、生医科技产品研发上，贡献重要的技术突破。
台湾光子源(Taiwan Photon Source)同步加速器(图二)，由下方图示可看出台湾光子源同步加速器，主要由直线加速器、增能环以及储存环所构成。第一步，由直线加速器将电子加速注入增能环后，再由增能环加速至趋近光速加快粒子运行速度，第二步，将高速电子导入储存环内产生累积以产生超高亮度光束，并透过高频系统补充电子束由于放出同步辐射光而损失的能量及提供电子束足够的能散存活度，最后，透过实验站取出超高亮度光束，进行相关材料实验与分析。其明纬系统电源装置应用于高频系统第三站的直流供电设备上。
图二 台湾光子源同步加速器
该标案规划使用多套96kW之高功率电源系统(图三)，使用电源系统输出的电力驱动全固态射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)丛集(图四)产生高频能量，汇集高频能量供应电子于趋近光速运行所需之能量(图五)，全部电源系统最大输出直流功率将近800kW !
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图三 96kW高功率电源系统 |
图四 RF放大器丛集 |
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图五 10路同轴功率合并器 |
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为配合储存环电流所需要的RF功率及最佳的用电效率，电源系统输出电压须能涵盖42Vdc ~54Vdc调变范围，以满足不同射频功率所在最佳电力转换效率之工作点不同的需求，DRP-3200系列支持数字通讯，透过CANbus通讯指令达成精准调压的要求。
再者，多套电源系统并非以并联方式连接，且进行实验时需要同步调整每套电源系统的总线电压，欲达成同步和远程控制，势必要透过外部控制器与通讯协议方能达成，同时使用控制器调变之后的输出电压，精准度须满足+/- 1%的精密要求。在此前提下，全数字化的智能电源设计加上支持数字通讯协议，让联网方式远程监控电源系统变成可能!
此外，DRP-3200-48拥有极高电能转换效率，符合国际节能环保趋势，也是获选的另一个重要原因! 从电源系统合并直流输出功率近800kW观之，即便单一电源供应器的转换效率仅仅提升0.5%，在长时间运转的情况下，将带来较佳的节能经济效益，其节省的电力(电费)十分惊人。
明纬系统电源方案组成
明纬结合最新技术DRP-3200系列数字控制电源、DHP-1UT-A 1U电源机箱、数字电源控制器CMU2以及19吋标准机柜所组成，并联方案其输出功率最高可达128kW。
系统电源优点
- 整合式解决方案: 电源模块支持数字通信，透过控制器远程监控电源系统重要参数，简化电源管理作业。
- 易于维护: 电源模块支持热插入，可快速装置与更换模块。
- 输出功率扩充性高: 12.8~128kW超高功率，依据不同产业与应用，配置电源系统输出功率、输出电压等重要参数。
若您对于明纬推出的超高功率系统电源方案有任何疑问，欢迎随时与本公司技术服务人员联系!
参考数据
- https://www.nsrrc.org.tw/Chinese/acceleratorTPS.aspx
- https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_synchrotron_radiation_facilities
- https://zh.wikipedia.org/wiki/同步加速器
- https://en.wikipedia.org/wiki/Synchrotron
- https://en.wikipedia.org/wiki/Particle_accelerator
- https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequency
- https://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=12713
- https://buzzorange.com/techorange/2018/03/29/nsrrc-tls-tps/
- “THE COMMISSION OF HOME-MADE 500MHZ, 80KW SOLID-STATE AMPLIFIER IN NSRRC”. https://inspirehep.net/files/afc450fdc0f9c81b455a5142bb3c542f