广发证券核聚变电源报告指出，脉冲阶梯调制（PSM）高压电源已成为辅助加热系统的主流方案。PSM电源由N个完全一致的直流电源模块串联而成，输出电压可在0~NUo之间连续可调，结构简单、效率高、电压调整范围宽精度高、输出电压纹波小、便于容量升级。SST-1（印度）80kV/100A、TCV（瑞士）85kV/80A、W7-X（德国）130kV/100A、EAST（中国）100kV/100A、J-TEXT（中国）100kV/60A等装置均采用PSM方案。PSM电源电压等级普遍在几十kV至百kV级别，未来逆变型高压电源有望在特高压场合替代PSM。
PSM技术原理与优势
PSM技术由瑞士布朗勃法瑞公司的W.Schminke于1985年提出，最初用于提高广播发射机高压电源效率，九十年代后被广泛应用到托卡马克辅助加热高压电源上。PSM高压电源由N个完全一致的直流电源模块串联而成，模块的投入与切除通过导通或关断模块中的开关S（采用IGBT等可控开关器件）实现，当模块切除后模块中的旁路二极管为电源电流提供通道。电源输出电压由处于工作状态的模块数量决定，输出电压值Uout=MUo（M-投入模块数，Uo-单个模块输出电压）。采用适当调制策略后，PSM高压电源输出电压可在0~NUo之间连续可调。
PSM高压电源通常采用交流电网或大功率脉冲发电机组供电。电网或脉冲发电机组传来的高压交流电经变压器系统降压、分流成多路等值的低压三相交流电。变压器系统有三种形式：油浸式多副边绕组变压器、干式多副边绕组变压器以及油浸式隔离变压器+干式多副边绕组变压器。变压器系统每一个副边绕组接一个开关电源模块，将低压三相交流电变换成直流。
PSM电源的三大优势
第一，结构简单、效率高。PSM电源通过模块化设计实现容量灵活扩展，不需要复杂的串联均压控制。第二，电压调整范围宽、精度高。输出电压可由0连续调节至最高电压，调节精度取决于模块数量和单个模块电压。第三，输出电压纹波小、维修方便。PSM电源可带载快速投切，动态响应速度快，便于容量升级。基于PSM技术的高压电源是当前辅助加热高压电源的主流方案。
PSM电源实际应用案例
全球大量PSM高压电源在运行，同时有大量在建和计划建造的项目。SST-1（印度）P-NBI采用三相全波整流拓扑、80个模块，输出80kV/100A；TCV（瑞士）ECRH采用三相全波中性点连接拓扑、80个模块，输出85kV/80A；W7-X（德国）ECRH采用三相半波中性点连接拓扑、168个模块，输出130kV/100A；EAST（中国）P-NBI采用三相全波整流拓扑、104个模块，输出100kV/100A；J-TEXT（中国）ECRH采用三相全波整流拓扑、144个模块，输出100kV/60A。PSM电源模块数量从80个到168个不等，反映了不同电压等级和功率需求下模块化设计的灵活性。
PSM与逆变型电源方案对比
带大功率脉冲调制器的高压电源是早期主流方案，但其损耗大、效率低、可靠性差的缺点不断凸显。PSM电源凭借优良性能和灵活运行方式成为当前主流。PSM电源电压等级普遍在几十kV至百kV级别，当作为更高电压等级电源方案时，所需开关电源模块数量太过庞大，导致控制、安装及运行变得极为繁琐。
逆变型直流高压电源由前级整流器、直流母线系统和隔离型直流升压变换电路三部分构成，控制系统位于低压侧，特别适合于几百千伏及以上特高压场合。JT-60U（日本）N-NBI采用相控整流+级联H桥逆变，输出500kV/60A；JET（欧盟）P-NBI采用相控整流+H桥逆变，输出130kV/130A。随着大功率电力电子技术不断进步，逆变型高压电源性价比会越来越高，未来有望成为辅助加热高压电源的主流方案。
