Предназначен для питания сверхпроводящего магнита и стабилизации тока в нагрузке до 50А при напряжении не более 5В (с учетом падения напряжения на токоподводящих проводах) Блок-схема источника питания приведена на следующем рисунке.

Назначение и функциональная связь отдельных узлов прибора.

• Управляемый сетевой выпрямитель-фильтр обеспечивает выпрямление переменного напряжения сети питающего напряжения 220В\50Гц и фильтрацию как импульсных помех от промышленной сети, так и импульсных помех, возникающих при переключении режимов работы силового инвертора. Во избежание возникновения импульсных перегрузок сети промышленного напряжения при включении прибора, в составе сетевого выпрямителя-фильтра имеется специальнизированный узел, обеспечивающее плавное ограничение тока, потребляемого от промышленной сети переменного напряжения. Такое двух-ступенчатое включение сетевого выпрямителя-фильтра препятствует появлению импульсных токов в сети промышленного напряжения при включении источника питания и переключении его режимов работы, что уменьшает влияние на работающее рядом электрооборудование.
• Модуль питания формирует необходимые для работы прибора напряжения вторичного питания отдельных узлов прибора.
• Силовая инвертор источника питания выполнена по схеме высокочастотного инвертора с рабочей частотой около 60 кГц, что обеспечивает высокий КПД и малый вес источника питания. В зависимости от текущех параметров и команд модуля управления, силовой инвертор может работать как в режиме ШИМ-инвертора, так и в режиме перестройки частоты (квази-резонансный режим инвертора).
• Силовой инвертор, через импульсный трансформатор, нагружен на модуль выходного выпрямителя-фильтра, который обеспечивает выпрямление и высокочастотную фильтрацию сигнала. В этом модуле дополнительно формируются сигналы о величине тока и напряжения в нагрузке, которые поступают в модуль контроля для формирования сигналов управления силовым инвертором и в блок индикации для отображения текущих значений токов и напряжений в нагрузке.
• Выход модуля выходного выпрямителя-фильтра непосредственно подключен к схеме инвертора полярности выходного напряжения, а, после этого, к специализированному модулю защиты и выходным клеммам прибора.
• Модуль индикации отображает текущее значение напряжения и тока на клеммах прибора в рабочем режиме.
• Модуль контроля обеспечивает сравнение текущих параметров напряжения и тока в нагрузке с параметрами, предустановленными пользователем и, исходя из текущего режима и величины рассоглассования, формирует сигналы управления для силового инвертора прибора. Кроме того, в момент включения блока или переключения его режимов (когда параметры нагрузки еще неопределены), данный модуль обеспечивает "плавный" выход силового инвертора на режим работы во избежание повреждения прибора (или нагрузки) экстремально-большим током или напряжением.
• Модуль управления и связи обеспечивает взаимодействие прибора с пользователем через органы управления, вынесенные на переднюю панель прибора, через внешние каналы управления, поступающие от адаптеров шины КОП и шины RS485/422, осуществляет контроль за температурой активных элементов внутри прибора, формирует сигналы управления режимами работы в зависимости от полученных команд и текущего режима работы и состояния контролируемых параметров.
• Адаптер КОП служит для соглассования логических уровней интерфейса шины КОП с логическими уровнями модуля управления и связи.
• Адаптер RS485/422 служит для соглассования логических уровней интерфейса шины RS485/422 с логическими уровнями модуля управления и связи.

Микропроцессорная схема управления обеспечивает формирование управляющих сигналов для безопасного включения, выключения, переключения полярности тока с учетом высокой индуктивности нагрузки.
Кроме того, изменения тока стабилизации также производится под контролем микропроцессора, для исключения разрушения нагрузки при резких изменениях тока.

Специализированный модуль защиты нагрузки обеспечивает плавный сброс мощности, накопленной в магнитном поле сверхпроводящего магнита, при пропадании сети и неконтролируемом выключения блока.

Силовая часть источника питания выполнена по схеме высокочастотного ШИМ инвертора с рабочей частотой 60 кГц, что обеспечивает высокий КПД и малый вес блока. Управление ШИМ осуществляется как по сигналам ООС по току \ напряжению в рабочем режиме, так и от микропроцессора в режимах включения,выключения или переключения нагрузки. Дополнительно, микропроцессор контролирует внутреннюю температуру активных элементов высокочастотного инвертора источника питания.

		На передней панели блока выведены две ручки установки тока в нагрузке (ГРУБО и ТОЧНО), два индикатора напряжения и тока в нагрузке (реализованных на базе встроенного модуля АЦП), кнопки установки полярности тока в нагрузке, кнопка управления током от внешнего источника сигнала (0-5 Вольт) и клеммы для подключения нагрузки.

Всвязи с тем, что предполагалась использование данного источника питания совместно с сверхпроводящим магнитом, отличающимся большой индуктивностью при относительно небольшой активной составляющей активного сопротивления протекающему току, в блоке применены специальные меры для защиты как собственно источника питания, так и подключенному к нему сверхпроводящего магнита от внезапных выключений, при которых неконтролируемая э.д.с. самоиндукции может привести к необратимым разрушениям.

Общие принципы построения выходных каскадов источника питания.

Не вдаваясь в подробности , не влияющие на понимание, схему выходных каскадов источника питания можно представить в следующем виде:

Tr1 - обмотка силового трансформатора напряжения, D1-D4 - мостовой выпрямитель, далее высокочастотный фильтр, показанный на рисунке набором конденсаторов.

С выхода Rsens снимается сигнал контроля тока в нагрузке, контроль напряжения в нагрузке снимается после этого резистора, чтобы падение напряжения на этом резисторе не влияло на сигнал обратной связи ограничения напряжения в нагрузке.

Инвертор напряжения выполнен на реле, контакты которых позволяют коммутировать ток до 100А.
При замыкании контактов реле К1 положительное напряжение с выхода фильтра поступает на выход OUT+, а отрицательное - на выход OUT-. При замыкании контактов реле К2, наоборот, положительное напряжение поступает на выход OUT-, а отрицательное - на выход OUT+.

Переключение реле и выдержка по времени до спада тока до безопасного уровня осуществляется встроенным микропроцессором. Контакты остаются в замкнутом состоянии даже при срабатывании защиты от перегрева. При этом работа генератора источника питания блокируется, но реле остаются в замкнутом состоянии для сброса тока.

В том случае, если происходит пропадание питающего напряжения сети и дальнейшая работа блока становиться невозможна - оба реле обесточиваются и переходят в состояние, указанное на схеме.

При этом нагрузка оказывается нагруженной на резистор R1, что обеспечивает сброс мощности, накопленной в индуктивности нагрузки.

Однако, контакты реле переключаются не мгновенно, а за время порядка 30-50 мсек. Для того, чтобы в это время не происходил разрыв цепи сброса мощности нагрузки, выходные клеммы зашунтированы высокочастотными варисторами повышенной мощности с классификационным напряжением 14 Вольт. Таким образом, на время переключения контактов реле, напряжение на выходных клеммах поднимается не более, чем до 14 Вольт, после чего варисторы принимают на себя ту часть мощности, которая за это время сбрасывается из индуктивности нагрузки.

При нормальной работе - их сопротивление весьма велико и не сказывается на работе прибора, т.е. нет дополнительного тока, как при использовании шунта. Таким образом, можно выделить три этапа срабатывания защиты и, соответственно, три отдельных цепи сброса мощности, накопленной в индуктивности нагрузки:

		Напряжение на выходе трансформатора меньше, чем ЭДС самоиндукции в нагрузке (пропадание питающей сети или т.п., когда работа генератора источника питания заблокирована, но реле еще не обесточились). Работает схема сброса мощности, представленная на рисунке. На рисунке распределенные сопротивления проводов, внутреннее сопротивление диодов и т.п. представлены эквивалентным резистором Ri. На дальнейшем описании я его опускаю, т.к. в последующем им можно пренебречь.
		На момент разрыва контактов, пока контакты находятся в "полете", промежуточном состоянии между контактами, работает сброс мощности на высокочастотные варисторы повышенной мощности с классификационным напряжением 14 Вольт. Таким образом, на время переключения контактов реле, напряжение на выходных клеммах поднимается не более, чем до 14 Вольт, после чего варисторы принимают на себя ту часть мощности, которая за это время сбрасывается из индуктивности нагрузки.
		После "успокоения" контактов, завершении их "дребезга", работает схема сброса мощности на демпферный резистор. Таким образом, блок осуществляет безразрывный сброс мощности, накопленной в нагрузке даже при выключении источника питания или пропадании питающей сети. Ни в какой момент времени нагрузка, выступающая в роли источника энергии, не оказывается "оторванной". Одновременно, дополнительного отвода мощности на постоянно подключенные демпферные резисторы не происходит.