磁铁电源数字化控制器的研究与设计

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散裂中子源是适应科学热点向新兴学科和交叉学科转移需求的多学科创新研究与高新技术开发的先进公共平台。中国在建设的大科学装置CSNS的磁铁电源加速器系统主要由较低能量的直线加速器和较高能量的快循环同步加速器RCS组成,根据CSNS/RCS环物理设计要求,用传统的模拟控制方案难以实现,数字控制因其可靠性高、温漂小、参数整定方便、集成度高、一致性好等优点而成为实现控制最佳方案。数字电源控制模块DPSCM是专为硬开关类型的加速器磁铁电源而设计的,它以现场可编程门阵列FPGA为控制部件,实现对高精度ADC和DAC的控制,由数字调节器产生高精度数字脉宽调制信号,并实现电源的逻辑控制和联锁保护功能。对于嵌入DPSCM的磁铁电源可以实现全数字化控制,并达到高精度直流稳流电源输出精度的控制需求。本设计是服务于中国散裂中子源项目中的加速器磁铁电源,首先介绍了数字控制的主要算法和原理,详细说明了DPSCM主板和模数/数模(AD/DA)板的硬件原理设计,同时从信号的可靠性和稳定性方面给出了PCB设计的要点和注意事项,最后给出了系统调试的结果及分析。通过对DPSCM主板和AD/DA板的测试结果表明,它可以完成预期所要求的基本功能,只是某些指标的性能还有待进一步的提高,目前该模块已经尝试运用到电源样机中,为模拟负载提供了一种新颖的测试方式。
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