兰州重离子加速器深层治癌扫描电源研究与设计

阐述了用于兰州重离子深层治癌装置的扫描电源的技术指标和工作原理,为保证该电源输出电流的精度,采用滞环控制策略,将跟踪误差限制在设计要求的误差范围内.研制了1台扫描电源样机,并给出了电路仿真和测试结果.测试结果显示各项指标均达到了设计要求,表明所选电路结构和滞环控制方案是切实可行的.     

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。     

兰州重离子深层治癌终端脉冲电源研究与设计

研制了兰州重离子加速器深层治癌脉冲开关电源,阐述了双闭环的控制原理,给出了电流环与电压环的开环伯特图。进行了仿真,并在1台电源上进行了比较研究和试验,电流误差与单电流环脉冲电源相比明显减小。对测试结果进行了分析,表明主电路结构和双闭环控制方案是切实可行的。     

两级拓扑结构的脉冲电源控制策略研究

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）脉冲电源,并对主环（CSRm）四极铁电源运行过程中的纹波和电流误差进行了理论分析,给出了一种带前级调压的斩波电源解决方案。对拓扑结构的控制策略仿真,并在数字电源平台上进行实验,结果表明,主电路结构和控制方式是切实可行的。     

加速器直流电源纹波抑制研究

为降低加速器直流励磁电源的输出电流纹波,研究了一种抑制电源输出电流纹波的直流有源滤波器(DAF)。采用检测负载电压的方式,解决了电流纹波幅值小难以检测的问题。通过控制DAF吸收或注入谐波电流来降低电压纹波,进而达到降低电流纹波的目的。设计的buck/boost电路作为有源滤波器的主电路,能维持储能电容电压的稳定,省去了整流电路。对设计方案进行了仿真并搭建了实验样机进行验证,实验结果表明,设计的DAF对低频纹波有一定的抑制效果。     

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。     

XIPAF注入凸轨电源电流波形校正方法研究

在建的西安质子应用装置是一种用于空间质子辐照效应研究的装置,注入凸轨电源是其同步加速器注入系统的关键组件。该电源属于快脉冲电源,其下降电流的可控性、精确性对质子束注入效率及束流品质具有重要影响。为满足加速器小型化在该领域的需求,凸轨电源采用了一种IGBT线性工作的方案,其较大的电流变化率使电流的下降波形存在一定的非线性变化,跟踪误差也随之变大。为了实现下降电流既快又准的控制目标,本文通过调整给定数据的方式对电流波形进行校正实验,并获得了一套切实有效的电流波形校正方法。     

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。     

用于加速器电源的一种矩阵变换器拓扑研究

本文提出了一种适用于加速器电源的磁耦合型矩阵整流拓扑,并在加速器电源上对该矩阵拓扑的基本整流原理进行了验证。研究了空间矢量调制（SVM）和反馈控制相结合的控制策略,该策略能较好地抑制网侧电流谐波,提高网侧功率因数,同时确保负载侧电流对指令电流较好地跟踪。仿真实验及原理样机测试结果表明,该拓扑和控制策略可实现直流输出,达到预期目标。因此,作为加速器电源变换器拓扑的一种可行性选择,矩阵整流器具有良好的研究前景。     

AD7690在高精度数字电源上的应用

介绍了AD7690的主要性能、工作原理,给出了应用电路以及在TMS320F2808上的数字接口设计.AD7690的高速、高精度特点适合加速器高精度数字电源方案.     

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。     

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。     

基于SOC的强流重离子加速器电源标定方法研究与实现

励磁电流的精确性和一致性对强流重离子加速器非常重要,通常磁场电源长期运行,器件的老化、零漂、环境温度、干扰等因素会引起某些电源电流的精确性变差,从而影响电流的一致性,这对强流重离子加速器的调试效率和束流品质产生较大影响。本文提出了一套加速器电源的在线标定方法,在分析影响电流精度因素的基础上,探讨了标定的原理和方法,重点介绍了该标定方法在基于Cyclone V片上系统(System Of Chip, SOC)硬件平台上的实现,实验结果验证了方法的有效性。该方法能有效保证加速器数字电源的精度,为"十二五"强流重离子加速器装置(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility,HIAF)的建设提供了技术保障。     

基于不同激励源模式下并联型怀特电路特性

在快周期同步加速器中,为避免无功能量存取对电网的扰动,磁铁电源系统通常采用怀特电路结构。在并联型怀特电路中,降低磁铁电流的高次谐波含量,即电流总谐波畸变率（THD）是保证磁铁电流跟踪精度的关键所在。本文基于一单元并联型怀特电路模型,详细分析了在不同激励源模式下磁铁电流的动态特性,并获得实验验证。结果表明,连续激励模式更有利于改善磁铁电流的THD指标。     

可编程扫描磁铁电源研制

通过对目前广泛应用于辐照加速器上的扫描磁铁电源的研究,给出了一种实时跟踪参考波形的电流型可编程扫描磁铁电源的实现方案,设计了一台输出电流峰值为7A、扫描频率为5~50 Hz连续可调、线性误差小于0.1%的电流型扫描磁铁电源。该电源输出电流稳定,同时能够防止电子束二次扫描,保护钛窗,防止因局部束流过大而损坏。电源输出线性度良好,性能稳定,已成功应用于地那米加速器中。     

大功率脉冲电源的模块化设计及实现

以兰州重离子加速器冷却储存环(Main Cooler Storage Ring at Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,HIRFL-CSRm)四极铁电源为例,介绍了一种大功率数字脉冲电源的模块化设计方法。采用了模块化标准化设计原则,大幅度降低了电源尺寸,提高了原部件集成度和功率密度,对电源进行了热分析。搭建完成了一台样机,通过样机验证,测试了电源热分布及电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)性能。测试结果表明,这种模块化结构达到了设计要求。     

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。     

ns级快脉冲电源研制

高重复频率ns级快脉冲电源是粒子加速器超快kicker注入引出技术中有待攻克的关键技术难题。本工作利用计算机仿真和桌面实验等手段从理论上研究了感应叠加技术、射频MOSFET开关及驱动电路技术,并在此基础上设计研制了1台10级感应叠加的快脉冲电源性能样机。经初步测试,10级叠加性能样机在500 Hz低频工作条件下,输出脉冲幅度>4.3 kV,脉冲前沿<2.8 ns,脉冲宽度<9 ns,基本达到了预期目标。     

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。     

用于加速器数字反馈控制研究的实验平台

本文介绍了用于加速器数字反馈控制研究的实验平台。该平台由四极磁铁、磁铁电源、Hall电路、DSP系统和用于系统开发的计算机组成。它不仅可用于加速器轨道反馈控制等系统级的研究,而且还可以用于研究高精度电源和高频系统低电平等设备级的数字反馈控制。