隨著全球能源需求增長和對清潔能源的追求，核聚變技術(shù)正加速發(fā)展并逐步走向商業(yè)化。近年來，核聚變領(lǐng)域的研究熱度持續(xù)升溫，電源控制系統(tǒng)作為 "磁約束與等離子體控制"的核心裝備，其性能直接影響裝置運行效率與穩(wěn)定性。

然而，當(dāng)前應(yīng)用在核聚變研究領(lǐng)域的電源控制系統(tǒng)主要還是依賴國外進口的 RIO 架構(gòu)硬件+光纖轉(zhuǎn)接模塊來實現(xiàn)，雖能滿足高控制速率與模塊化擴展需求，但弊端明顯。

成本高昂：進口設(shè)備價格居高不下，大規(guī)模系統(tǒng)搭建成本高。

進口依賴：硬件完全依賴進口，供應(yīng)鏈安全存風(fēng)險。

響應(yīng)滯后：國外售后周期長，關(guān)鍵技術(shù)支持不足。

場景適配弱：通用型產(chǎn)品難以滿足核聚變電源的特殊需求。

森木磊石作為國內(nèi)數(shù)字電源行業(yè)全生命周期解決方案服務(wù)商，針對核聚變電源控制系統(tǒng)的痛點，特推出國產(chǎn)化電源控制系統(tǒng)解決方案，打破國外壟斷，為核聚變裝置提供高效、穩(wěn)定的國產(chǎn)化解決方案。

一、國產(chǎn)化核聚變電源控制系統(tǒng)解決方案

森木磊石核聚變電源控制系統(tǒng)解決方案基于國產(chǎn) PXI RIO 硬件，支持模塊化擴展，滿足高功率密度、脈沖工作模式等需求。

1、國產(chǎn)化硬件，自主可控

森木磊石電源控制系統(tǒng)采用CPU+FPGA硬件架構(gòu)，結(jié)合PXIe機箱的模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高性能、高擴展性和高可靠性。

一個完整的控制系統(tǒng)由 IO 模塊、FPGA/ASIC、背板/基座、CPU構(gòu)成。系統(tǒng)架構(gòu)如下：

單臺 PXI 控制器通過數(shù)字信號和光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與電源進行交互，根據(jù)電源模組數(shù)量的不同，可以靈活配置IO模塊以滿足擴展需求。PXI控制系統(tǒng)交互框架如下：

2、專業(yè)電源控制優(yōu)化方案

森木磊石依托多年電源開發(fā)經(jīng)驗，可為客戶提供行業(yè)內(nèi)專業(yè)的電源應(yīng)用的控制解決方案。如，使用PSM+PWM 混合控制、載波移相控制等多種控制方式，顯著提高電源的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)速度。

上圖為我司電源控制器 PSM 電源常規(guī)解決方案，通過控制每個PSM電源的輸出時序邏輯，實現(xiàn)高壓輸出。

3、圖形化開發(fā)環(huán)境，控制系統(tǒng)快速搭建

PXI 控制系統(tǒng)硬件支持基于圖形化開發(fā)環(huán)境（如LabVIEW等），提供模塊化功能代碼。用戶可通過拖拽、調(diào)整等便捷操作完成系統(tǒng)搭建與調(diào)試，大幅縮短開發(fā)周期，提升系統(tǒng)可維護性。

功能模塊示例：

▍模塊級脈沖通道控制模塊

▍多模塊時序編排模塊

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二、應(yīng)用案例

▍PPECinside高頻逆變式高壓電源系統(tǒng)

PPEC inside 模塊化高頻逆變式高壓電源系統(tǒng)是國內(nèi)首套自主研制的逆變式高壓電源解決方案，由126個逆變功率模塊、3套超級電容供電系統(tǒng)、測量控制系統(tǒng)、交流供電系統(tǒng)及輔助供電系統(tǒng)組成。

該系統(tǒng)基于 PPEC 電源控制芯片開發(fā)，采用PSM+PWM混合控制方式，支持0~120kV寬范圍電壓調(diào)節(jié)，可提供120kV、6MW穩(wěn)定可靠的高壓電能。

系統(tǒng)采用先進的高頻逆變技術(shù)、高頻高壓隔離變壓器研制技術(shù)以及超高壓絕緣工藝。相較于傳統(tǒng)的 PSM 電源，具備更高的可靠性、穩(wěn)定度、功率密度等優(yōu)點。特別適用于中性束注入加熱系統(tǒng)、可控核聚變裝置及高能物理實驗等領(lǐng)域，能夠為復(fù)雜科研環(huán)境提供穩(wěn)定可靠的高壓電源支持。

▍PPEC inside PSM高壓電源系統(tǒng)

PPEC inside PSM 高壓電源系統(tǒng)主要由64個PSM模塊電源通過輸出串聯(lián)組成。系統(tǒng)基于PPEC電源控制芯片開發(fā)，支持穩(wěn)態(tài)和脈沖兩種工作模式，脈沖頻率0-10KHz可調(diào)。且系統(tǒng)具備自動閉環(huán)控制功能，能自動調(diào)節(jié)PSM模塊開通數(shù)量，實現(xiàn)精確輸出電壓調(diào)節(jié)，當(dāng)前已實現(xiàn)8MW的大功率輸出。

系統(tǒng)具有效率高、功率器件溫升低、輸出特性好、可靠性高等優(yōu)點，適用于可控核聚變研究、高能物理實驗、工業(yè)自動化控制等領(lǐng)域。

▍PPEC inside陽極高壓電源

PPEC inside 陽極高壓電源主要由60個600V的電源模塊組成。設(shè)備基于PPEC電源控制芯片開發(fā)，采用PSM高壓電源技術(shù)，實現(xiàn)了0~35kV可調(diào)輸出。

設(shè)備支持長脈沖運行和5kHz高頻率調(diào)制，且具有us級快速響應(yīng)能力，適用于X射線設(shè)備、核能工業(yè)，醫(yī)療設(shè)備，高能物理實驗等領(lǐng)域。

核聚變商用化進程加速，電源控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化是關(guān)鍵一步。森木磊石國產(chǎn)化核聚變電源控制系統(tǒng)解決方案可為核聚變裝置提供可靠支持，助力我國在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主可控，為核聚變早日實現(xiàn)商用發(fā)電提供堅實保障。