[发明专利]离子同步加速器数字脉冲电源的电流波形控制系统及方法

权利要求书

1.一种离子同步加速器数字脉冲电源的电流波形控制系统，其特征在于，该电流波形控制系统包括ADC板、状态板和FPGA控制器；

所述ADC板用于实时采集离子同步加速器中数字脉冲电源的电流信号和母排电压信号；

所述状态板用于根据数字脉冲电源内部传感器电路反馈的状态信号，确定数字脉冲电源的运行状态，以及根据离子同步加速器中控制系统发送的命令，控制该电流波形控制系统的开关机或复位；

所述FPGA控制器用于根据离子同步加速器中控制系统发送的输出波形触发事例和上位机生成的若干电流波形数据，实时逐点计算输出电流值，并转换为PWM信号发送至数字脉冲电源的主电路驱动器；以及根据ADC板采集的母排电压信号，对数字脉冲电源的母排电压进行实时充放电控制；

所述FPGA控制器包括底板、FPGA核心控制板和EPCS芯片，所述底板上设置有所述状态板、FPGA核心控制板和EPCS芯片，所述FPGA核心控制板的片上系统包括：

第一CPU，用于接收并存储离子同步加速器中控制系统发送的输出波形触发事例，并根据接收的触发事例，控制波形控制模块工作；接收上位机生成的若干电流波形数据并存储至SDRAM模块；向离子同步加速器中控制系统反馈数字脉冲电源的运行状态；以及将离子同步加速器中控制系统发送的开关机和复位命令发送至所述状态板；

所述波形控制模块用于接收所述第一CPU发送的波形选择控制信号，并根据波形选择控制信号中的波形号选择，在所述SDRAM模块中选择需输出的电流波形数据及其对应的波形描述参数；

第二CPU，用于根据所选的电流波形数据及其对应的波形描述参数，实时逐点计算输出电流值；

电流调节器，用于对计算的输出电流值进行比例积分调节，产生输出电流，并转换为PWM信号发送至数字脉冲电源；

充电控制模块，用于从输出电流的波形中提取电流的变化率，结合数字脉冲电源的负载参数，计算电流所需的充电电压，并与所述ADC板采集的母排电压信号进行比较计算，产生充电信号或放电信号，并转换为PWM信号发送至数字脉冲电源；

波形保护模块，用于实时监测产生的输出电流的波形，若输出电流的波形超过预先设定的宽度，则发送跳闸信号至所述状态板；

所述EPCS芯片用于存储所述FPGA核心控制板电路的配置文件；

EPCS控制器，用于控制所述EPCS芯片的工作；

FLASH控制器，用于存储所述第一CPU和第二CPU所使用的应用程序；

UART控制器，用于实现所述状态板与所述FPGA核心控制板之间的数据通信；

定时器控制器，用于对所述第一CPU和第二CPU所使用的应用程序进行定时控制；

以太网控制器，用于提供所述FPGA核心控制板上的以太网接口。

2.如权利要求1所述的一种离子同步加速器数字脉冲电源的电流波形控制系统，其特征在于，单个所述电流波形数据包括电流值序列和波形描述参数，波形描述参数包括波形数据、波形号和特征参数，特征参数包括电流值、变化时间和变化率。

3.如权利要求1所述的一种离子同步加速器数字脉冲电源的电流波形控制系统，其特征在于，所述第一CPU采用波形传输协议通过以太网接口与上位机和离子同步加速器中控制系统连接，其中，波形传输协议为基于以太网的传输控制协议，将波形数据打包为添加字头、长度校验码、波形数据、波形号、事例码和字尾，以十六进制的形式进行数据传输，数据接收成功则返回0，出错则返回错误码。

4.如权利要求1所述的一种离子同步加速器数字脉冲电源的电流波形控制系统，其特征在于，所述FPGA核心控制板的PCB板为6层。

5.如权利要求1所述的一种离子同步加速器数字脉冲电源的电流波形控制系统，其特征在于，所述底板与所述FPGA核心控制板之间采用3组64针堆叠板链接器连接。

6.如权利要求1至5任一项所述的一种离子同步加速器数字脉冲电源的电流波形控制系统，其特征在于，所述ADC板设置有9路数据采集通道，其中，8路数据采集通道为12bit、100Kbps的低精度通道，用于电压反馈和实时保护；1路数据采集通道为18bit、500Kbps的高精度通道，用于输出电流反馈。