文:技術(shù)中心

系統(tǒng)電源應(yīng)用案例

2020年，明緯系統(tǒng)電源正式取得臺(tái)灣光子源(Taiwan Photon Source, TPS)同步加速器(Synchrotron)高頻系統(tǒng)第三站建造的應(yīng)用標(biāo)案，作為同步加速器內(nèi)高頻系統(tǒng)第三站的直流電源供應(yīng)系統(tǒng)，提供電子在同步加速器內(nèi)加速至趨近光速運(yùn)行所需的超高能量。底下圖標(biāo)為同步(電子)加速器常見(jiàn)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)(圖一)，內(nèi)側(cè)為增能環(huán)，外側(cè)則是儲(chǔ)存環(huán)以及由儲(chǔ)存環(huán)分接出的多個(gè)實(shí)驗(yàn)站。

圖一 同步加速器環(huán)狀結(jié)構(gòu)

同步加速器應(yīng)用范圍

同步加速器產(chǎn)生的超高亮度寬帶譜光源(遠(yuǎn)紅外線至硬X光)，可廣泛用于材料、生物、醫(yī)藥、物理、化學(xué)、化工、地質(zhì)、考古、環(huán)保、能源、電子、微機(jī)械、奈米組件等領(lǐng)域之實(shí)驗(yàn)等等，是二十一世紀(jì)尖端基礎(chǔ)科學(xué)研究、生醫(yī)科技及工業(yè)應(yīng)用不可或缺的實(shí)驗(yàn)利器，促成現(xiàn)今電動(dòng)車輛蓬勃發(fā)展所不可或缺的長(zhǎng)效鋰電池材料與技術(shù)，以及實(shí)現(xiàn)奈米技術(shù)在半導(dǎo)體材料、生醫(yī)科技產(chǎn)品研發(fā)上，貢獻(xiàn)重要的技術(shù)突破。
 
臺(tái)灣光子源(Taiwan Photon Source)同步加速器(圖二)，由下方圖示可看出臺(tái)灣光子源同步加速器，主要由直線加速器、增能環(huán)以及儲(chǔ)存環(huán)所構(gòu)成。第一步，由直線加速器將電子加速注入增能環(huán)后，再由增能環(huán)加速至趨近光速加快粒子運(yùn)行速度，第二步，將高速電子導(dǎo)入儲(chǔ)存環(huán)內(nèi)產(chǎn)生累積以產(chǎn)生超高亮度光束，并透過(guò)高頻系統(tǒng)補(bǔ)充電子束由于放出同步輻射光而損失的能量及提供電子束足夠的能散存活度，最后，透過(guò)實(shí)驗(yàn)站取出超高亮度光束，進(jìn)行相關(guān)材料實(shí)驗(yàn)與分析。其明緯系統(tǒng)電源裝置應(yīng)用于高頻系統(tǒng)第三站的直流供電設(shè)備上。
 

圖二 臺(tái)灣光子源同步加速器

 

該標(biāo)案規(guī)劃使用多套96kW之高功率電源系統(tǒng)(圖三)，使用電源系統(tǒng)輸出的電力驅(qū)動(dòng)全固態(tài)射頻功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier)叢集(圖四)產(chǎn)生高頻能量，匯集高頻能量供應(yīng)電子于趨近光速運(yùn)行所需之能量(圖五)，全部電源系統(tǒng)最大輸出直流功率將近800kW !
 

圖三 96kW高功率電源系統(tǒng)	圖四 RF放大器叢集
圖五 10路同軸功率合并器

為配合儲(chǔ)存環(huán)電流所需要的RF功率及最佳的用電效率，電源系統(tǒng)輸出電壓須能涵蓋42Vdc ~54Vdc調(diào)變范圍，以滿足不同射頻功率所在最佳電力轉(zhuǎn)換效率之工作點(diǎn)不同的需求，DRP-3200系列支持?jǐn)?shù)字通訊，透過(guò)CANbus通訊指令達(dá)成精準(zhǔn)調(diào)壓的要求。
 
再者，多套電源系統(tǒng)并非以并聯(lián)方式連接，且進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)需要同步調(diào)整每套電源系統(tǒng)的總線電壓，欲達(dá)成同步和遠(yuǎn)程控制，勢(shì)必要透過(guò)外部控制器與通訊協(xié)議方能達(dá)成，同時(shí)使用控制器調(diào)變之后的輸出電壓，精準(zhǔn)度須滿足+/- 1%的精密要求。在此前提下，全數(shù)字化的智能電源設(shè)計(jì)加上支持?jǐn)?shù)字通訊協(xié)議，讓聯(lián)網(wǎng)方式遠(yuǎn)程監(jiān)控電源系統(tǒng)變成可能!
 
此外，DRP-3200-48擁有極高電能轉(zhuǎn)換效率，符合國(guó)際節(jié)能環(huán)保趨勢(shì)，也是獲選的另一個(gè)重要原因! 從電源系統(tǒng)合并直流輸出功率近800kW觀之，即便單一電源供應(yīng)器的轉(zhuǎn)換效率僅僅提升0.5%，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，將帶來(lái)較佳的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益，其節(jié)省的電力(電費(fèi))十分驚人。
 

明緯系統(tǒng)電源方案組成

明緯結(jié)合最新技術(shù)DRP-3200系列數(shù)字控制電源、DHP-1UT-A 1U電源機(jī)箱、數(shù)字電源控制器CMU2以及19吋標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜所組成，并聯(lián)方案其輸出功率最高可達(dá)128kW。

系統(tǒng)電源優(yōu)點(diǎn)

1. 整合式解決方案: 電源模塊支持?jǐn)?shù)字通信，透過(guò)控制器遠(yuǎn)程監(jiān)控電源系統(tǒng)重要參數(shù)，簡(jiǎn)化電源管理作業(yè)。
2. 易于維護(hù): 電源模塊支持熱插入，可快速裝置與更換模塊。
3. 輸出功率擴(kuò)充性高: 12.8~128kW超高功率，依據(jù)不同產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用，配置電源系統(tǒng)輸出功率、輸出電壓等重要參數(shù)。

若您對(duì)于明緯推出的超高功率系統(tǒng)電源方案有任何疑問(wèn)，歡迎隨時(shí)與本公司技術(shù)服務(wù)人員聯(lián)系!


參考數(shù)據(jù)

1. https://www.nsrrc.org.tw/Chinese/acceleratorTPS.aspx
2. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_synchrotron_radiation_facilities
3. https://zh.wikipedia.org/wiki/同步加速器
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Synchrotron
5. https://en.wikipedia.org/wiki/Particle_accelerator
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequency
7. https://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=12713
8. https://buzzorange.com/techorange/2018/03/29/nsrrc-tls-tps/
9. “THE COMMISSION OF HOME-MADE 500MHZ, 80KW SOLID-STATE AMPLIFIER IN NSRRC”. https://inspirehep.net/files/afc450fdc0f9c81b455a5142bb3c542f