[发明专利]一种基于大功率运算放大器的快响应磁铁电源

说明书

本发明公开了一种基于大功率运算放大器的快响应磁铁电源，包括功率变换模块和控制模块两部分。功率变换模块使用大功率运算放大器替代了常规BUCK变换器，只需控制模块部分提供一个高精度的、低漂移的双极性数字模拟转换器(DAC)，通过配置DAC，使其产生适当的模拟输出信号作为功率变换模块的输入信号，提供给大功率运算放大器，从而实现对功率变换模块的输出控制。本发明采用大功率运算放大器，功率变换模块的输入输出响应延时很短，能达到微秒级；而且该方案使用的是功放电源模式，无需数字信号处理芯片生成的高精度PWM信号，有效的提高了电源的小信号响应带宽，简化了系统结构。

技术领域

本发明涉及快响应磁铁电源的技术领域，具体来说是用于加速器束流位置快速校正系统中线性磁铁电源的设计方案。

背景技术

束流位置的确定和调整对整个加速器的运行至关重要。束流位置的校正依赖校正磁铁，因而校正磁铁电源必须有很快的频率响应，一般要求电源的小信号响应带宽要达到1kHz，否则在束流位置偏移变化时，无法快速跟进调整，会对束流的质量产生不利的影响。现有的应用于加速器束流位置校正磁铁的电源设计方法主要是采用程序计算直接驱动开关电源PWM波形输出的控制方式实现电源的反馈控制，开关器件的响应速率很难满足快校正磁铁电源对小信号响应带宽的要求。

在对此方法的研究和实践过程中，本发明的发明人发现：就束流位置快校正磁铁电源而言，最为关键的指标是电源的小信号响应带宽，而电源的输出功率一般只有几百瓦，无须开关器件。因此完全可以采用功放电路的模式，提高输入输出响应，简化系统结构。

发明内容

本发明公开了一种基于大功率运算放大器的快响应磁铁电源，能够满足加速器束流快校正磁铁对电源系统提出的快速响应的需求。

本发明采用的技术方案如下：一种基于大功率运算放大器的快响应磁铁电源，包含快响应磁铁电源的控制模块和功率变换模块，功率变换模块包括大功率运算放大器，采用大功率运算放大器作为功率变换模块的核心部件，用于提供磁铁负载所需的电流，控制模块配备本地和远程外设接口以及自定义扩展I/O，用于和上层控制系统以及功率变换模块的通信，通过配置控制模块中的双极性数字模拟转换器来改变大功率运算放大器的输入值，从而实现功率变换模块的输出控制和快速响应。

其中，控制模块采用STM32芯片作为核心单元。

其中，控制模块通过核心单元的SPI接口控制双极性数字模拟转换器的输出。

其中，控制模块的以太网接口和实时以太网通信协议驱动部分采用独立的STM32芯片实现。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明采用了大功率运放实现了电源的快速响应输出，无需DSP芯片的高精度PWM模式，降低了常规BUCK变换器模式带来的系统设计和程序控制的复杂性，有效的提高了电源的小信号响应带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一种基于大功率运算放大器的快响应磁铁电源结构示意图；

图2是本发明实施例系统框架；

图3是本发明实施例所用功率板原理图；

图4是本发明实施例所测频响、延时波形图。

具体实施方式