[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

说明书

本发明涉及一种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，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；所述状态板用于确定数字脉冲电源的运行状态，以及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，本发明可以广泛应用于离子加速器领域中。

技术领域

本发明是关于一种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，属于离子加速器领域。

背景技术

离子同步加速器是一种利用在一定环形轨道上通过高频电场加速离子的环形加速装置，离子同步加速器中磁场的强度随被加速离子能量的增加而增加，从而保持离子回旋频率与高频加速器电场同步。离子同步加速器要求产生的磁场恒定或按照要求的规律进行变化。励磁电源通过给磁铁提供电流来产生磁场，通常分为稳流电源和脉冲电源，稳流电源产生恒定磁场，脉冲电源可产生按照规律变化的磁场。一般而言，重离子同步加速器通常由ECR(电子回旋共振)离子源、低能输运线、同步加速器、高能束线和终端组成，作为加速器用的磁铁电源，其在电流稳定度、电流纹波和电流跟踪精度等方面均有较高要求。离子同步加速器中的引出BUMP电源是一特殊的脉冲电源，其电流波形上升时间快且平顶持续时间长，其主要作用是将加速后的束流利用一种较慢的方式引出至终端进行辐照应用，例如：肿瘤治疗、核孔膜、材料辐照或单粒子效应等。所以该电源的波形控制及性能对离子同步加速器引出束流的品质具有重要影响。在重离子治癌装置中，这类电源的电流控制同样具有特殊要求，通常其电流上升时间约小于5ms，而电流平顶持续时间很长，一般要大于5s。

为优优束流指标，脉冲电流平顶有时存在一定的斜率，通常数字脉冲电源的电流波形控制采用上位机生成较大间隔(例如2ms)的波形数据然后下发到电源控制器，在电源控制器内部插值成较小间隔(例如10us)的电流波形数据，最后触发电流输出波形。在重离子同步加速器中，常规的脉冲电源例如二极铁、四极铁、六极铁和切割铁等，其电流波形基本上是阶梯形波，这种电流波形控制方法完全满足常规的脉冲电源波形控制要求。

但是，对于引出BUMP(凸轨)电源而言，为保证电流上升过程的控制精度，其前级母排的电压在输出波形前有一个充电过程，因此前级充电需要实时控制，上述电流波形控制方法无法满足要求。此外，电流的上升时间一般小于5ms，波形数据采用2ms的间隔显然无法描述上升段的电流曲线。而如果直接采用较小的间隔，例如10us，虽然能够保证电流上升的时间精度，但是由于平顶电流时间较长，在平顶段电流波形会产生大量的数据，这会给波形数据传输的可靠性和电源控制器的波形存储带来严重的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高波形控制灵活性和可靠性的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。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种离子同步加速器数字脉冲电源的电流波形控制系统，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。