高能同步辐射光源高精度直流稳流电源样机研制

即将建造的高能同步辐射光源对四极磁铁电源的性能提出了很高的要求。为了掌握此类型磁铁电源的关键技术并解决其技术难点,在验证装置中研制了高精度直流稳流电源样机。样机采用模块化设计,利用数字、模拟调节器相结合的控制方式,实现对输出电流的高精度控制。为了实现电流稳定度的设计指标,样机采用自主研发的高精度数字控制器和DCCT,对闭环控制中的关键器件进行了恒温控制。实验结果表明,样机的电流稳定度达到了10 ppm,电压纹波低于设计指标5 mV。样机的其他性能指标也均达到了物理设计的要求,并最终通过验收测试。     

数字电源控制模块的设计

为加速器高精度磁铁稳流电源设计了数字电源控制模块DPSCM,以硬开关拓扑结构的磁铁电源作为被控对象,实现电源的全数字化控制。DPSCM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。通过模拟负载测试了DPSCM的基本功能,并在数字电源样机上测试了DPSCM长期运行的可靠性及稳定性,样机电源连续运行72h,电流稳定度优于5×10^-5。     

高精度直流电源测量系统的研制

高精度稳流电源在加速器领域中应用广泛,多数磁铁电源都为高精度的稳流电源,如100MeV回旋加速器的主磁铁电源就是一个稳流电源,其稳定度要求好于10～。高精度直流电源测量系统为能实现对高精度电源的精确检测,在设计上,合理控制了各部分电路的长期稳定度,确保了整个系统的稳定度达到设计要求。     

高能同步辐射光源储存环快校正磁铁电源设计

高能同步辐射光源（HEPS）具有0.1 nm·rad的超低发射度,对束流稳定度提出了较高要求,研制1台高性能快校正磁铁电源用来提高快速轨道反馈系统（FOFB）的性能以提升束流稳定度。电源样机采用新颖的多电平级联拓扑结构提升电源样机的动态性能,使用基于数字控制的新颖控制方法实现样机的动态性能提升。软件仿真与样机试验数据证明,电源样机具有10 kHz小信号带宽、电源阶跃响应时间小于70 μs、输出电流纹波低于20 ppm,电源样机可很好地满足HEPS建设需求。     

用于电源检修的远程控制装置研制

加速器磁铁电源由中央控制室通过电源的远程数字量和模拟量接口实现开关机和升降流,并长期运行在远程控制状态。为检修电源,本文研制电源检修用远程控制装置(简称装置),以能在电源厅本地通过远程控制接口实现对电源的控制,为电源的检修提供帮助。该装置采用单片机控制,矩阵键盘输入,清晰的人机界面显示结合高精度A/D和D/A芯片,实现操控电源的功能。实验证明,该装置能精确给定电源电流及回采给定值,达到了设计要求,为查找电源问题提供了有力的条件。     

基于FPGA的数字电源调节器研究与设计

详细描述了基于FPGA方案的数字电源调节器。首先介绍了数字调节器的硬件功能模块设计,重点对用于采样电源输出电流的高速高精度AD7634的工作原理做了描述,并给出了AD7634采集一个电压信号的工作波形;其次介绍了数字调节器的软件设计,包括调节器算法、功能以及在FPGA内的实现方法;最后,以一台15 A/15 V校正磁铁电源为样机,进行了闭环调节实验,给出了测试结果。     

HIRFL-CSR二极磁铁电源的研制

研制了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)二极磁铁电源,提出了一种基于晶闸管相控整流技术和IGBT脉宽调制(PWM)变换技术的同步加速器二极磁铁电源的设计方案,分析、仿真了其工作原理,并设计、生产了1套完整的电源样机。经现场试验、长期运行及测试,电流稳定度±5×10-5/8h,跟踪精度±2×10-4,电流纹波1×10-5。该方案满足HIRFL-CSR二极磁铁对电源技术指标的要求。     

高精度磁铁电源的本地智能化控制

针对北京正负电子对撞机二期工程（BEPCII）对电源系统的要求,设计、研制了高精度磁铁稳流电源的本地智能控制器。电源电流给定值通过18位的D／A转换器AD760,电流值的回采通过24位的A／D转换器ADS1210实现。简要介绍了控制器软硬件的设计,并给出了控制器在电源工程样机上测试的数据,验证了设计的合理性和使用的可靠性。     

基于EPICS的磁铁电源控制系统

本文介绍了在EPICS软件环境下实现的磁铁电源控制系统,详细分析了基于DeviceNet现场总线的磁铁电源控制器原理、硬件结构及软硬件系统的集成。测试结果表明该系统的精度、分辨率和稳定度均已达到设计指标,目前已成功地应用在100MeV电子直线加速器的磁铁电源控制中。     

基于现场可编程门阵列的数字调节器设计

根据磁铁稳流电源闭环控制的基本原理,将模拟调节器及相关的外围控制电路采用全数字化控制技术,并通过嵌入数字信号处理模块的现场可编程门阵列（FPGA）来实现,设计了数字调节器（DRL）。通过样机试验证明,该数字调节器可实现对电源的全数字化调节和控制,满足多数加速器对静态磁铁稳流电源的控制需求。     

Design of Fast Corrector Magnet Power Supply for HEPS Storage Ring

The high energy photon source (HEPS) has an ultra-low emittance of 0.1 nm·rad, which puts forward high requirement for beam stability. A high performance fast corrector magnet power supply was developed to improve the performance of the fast orbit feedback system to improve the beam stability. The prototype adopted a novel multi-level cascade topology structure to improve the dynamic performance, and a novel control method based on digital control was used to improve the dynamic performance of the prototype. Software simulation and the prototype test data show that the prototype has a small signal bandwidth of 10 kHz, step response time lower than 70 μs, output current ripple of less than 20 ppm. The power supply prototype can meet the requirement of HEPS.     

2 Hz增强器电源的设计与研制

高能同步辐射光源（HEPS）的增强器电源为动态电源,输出电流是2 Hz的偏置正弦波。电源的前级设计采用了Boost电路结构,通过双闭环算法平稳了输入电感的电流,减少了因为动态电流输出导致的电网波动。输出采用两象限（2Q）变换器设计,通过移相倍频的方式产生PWM（脉冲宽度调制）波形,提高了电源输出频率。电源控制采用自主研发的基于FPGA的数字电源控制器,并通过上位机LabVIEW界面修改控制参数,实现了电源输出波形的下载与输出电流采样的存储。实验结果表明,2 Hz动态电源的输出性能达到并优于0.1%跟踪误差的设计指标,验证了电源设计的可行性和算法的准确性。     

Study on a Highly Stabilized Power Supply for Hybrid-Magnet Superconducting Outsert

The superconducting outsert of the 40 T hybrid-magnet in High Magnetic Field Laboratory （HMFL） of Chinese Academy of Sciences （CAS） requires a highly stabilized power supply. In this paper, two kinds of power supply design are briefly presented and both advantages and disadvantages are analyzed. In order to overcome the drawbacks of switching power supply, a series regulated active filter is adopted and a new design is proposed which ensures cooperative relationship between the feedback control loops of the switching converter and the series regulated active filter. Besides, unlike the traditional switching power supply, which can generate positive voltage only, this new design can also generate negative voltage which is needed in the quench protection for the superconducting magnet. In order to demonstrate the effectiveness of the methodology, a low-power prototype has been accomplished. The simulation and experiment results show that the power supply achieves high precision under the combined action of two feedback control loops. The peak-to-peak amplitude of the output ripple voltage of the prototype is 0.063%, while the peak-to-peak amplitude of the output ripple current is 120 ppm.     

基于数字控制大功率整流电源的设计

针对典型的大功率整流电源,提出了一种基于数字控制的设计方案。通过对大功率中性束注入器离子源灯丝电源的方案设计和实验结果,验证了数字控制方案的可行性与优越性。由于数字控制方案的应用,使得灯丝电源的设计更加智能化和简单化,为相关的应用场合提供了参考。     

LLC谐振恒流恒压高压充电电源技术研究

高压充电电源输出电压的稳定性是脉冲调制器的关键技术指标,需对其进行研究,以提高其输出稳定性。基于激磁电感、谐振电感、谐振电容（LLC）谐振变换器的工作原理,根据LLC等效电路得到了LLC谐振电路的电压增益曲线,分析了LLC谐振变换器工作区间的特性,提出了平面绝缘芯变压器的选择依据和设计方法,通过测量实际变压器得到变压器的参数;根据变压器参数选择了LLC谐振变换器谐振频率和工作频率,并通过LLC谐振变换器电路的推导,详细计算了高压充电电源输出电压的纹波幅值。结果显示,计算结果优于设计指标。经实验验证,叠层磁芯LLC谐振变换器高压充电电源的稳定性能达到了设计要求。     

重离子加速器磁铁电源控制系统研制

重离子加速器通过一定周期的磁场对带电粒子进行约束,磁铁电源是产生所需磁场的关键部件,因此,要求磁铁电源控制系统具备高效性、稳定性、精确性。磁铁电源需按加速器运行周期进行响应运行。重离子加速器磁铁电源的时序必须严格按重离子加速器控制系统的控制时序进行控制。本工作研制了重离子加速器磁铁电源控制系统,通过磁铁电源控制器与同步时钟系统的通信进行控制时序的运行;通过与中央数据库的数据通信获取磁铁电源控制器所需的全部数据(如同步事例数据、波形数据等)。同步时钟信号一旦触发,磁铁电源控制器进行相应的数据获取并进行插值运算输出至磁铁电源进行控制。重离子加速器磁铁电源控制系统同步精度为1μs,实验平台测试控制器平台纹波精度为100ppm,能满足重离子加速器实验运行的要求。     

高精度稳流电源的网络化检测系统

利用24位高精度宽动态范围Δ-Σ模数转换器ADS1210和CAN总线技术，研制了高精度稳流电源网络化检测系统。应用该系统测试了北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）的电源工程样机，并与数字电压表的测试结果进行了比较。试验结果表明，该系统能够满足测试BEPCⅡ高精度稳流电源的需求。     

重离子治癌电源调节器的嵌入式系统

为满足HITFiL重离子治癌装置中对扫描铁电源精确控制的需求,基于EDA技术构建了嵌入式实时控制系统,采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术实现对磁铁电源系统数字调节器的设计。经现场测试,本套系统运行稳定可靠,达到了设计要求,为今后重离子治癌专用装置的建设应用提供了可靠的技术保障。