基于頻域的高精度脈沖電源調(diào)節(jié)器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種脈沖電源調(diào)節(jié)器，尤其是一種基于頻域的高精度脈沖電源調(diào)節(jié) 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖電源廣泛的應(yīng)用于離子加速器中，傳統(tǒng)的脈沖電源控制器構(gòu)成如圖1所 示：高速高精度數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC、微控制單元MCU、非易失性存儲(chǔ)器Flash。如在專利 CN101581920A中采用的控制器的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)工作過程如圖2所示：1、根據(jù)脈沖波形生 成查找表，查找表的值為在t時(shí)刻DAC的輸出電壓值即y=f(t)。2、將查找表的值更新到 Flash中。3、MCU接收觸發(fā)信號(hào)后一個(gè)脈沖周期開始。4、MCU從Flash中根據(jù)時(shí)間t讀出 相應(yīng)的電壓值。5、MCU控制DAC輸出，其工作流程如圖2所示。采用上述傳統(tǒng)方法要提高 脈沖電源的調(diào)節(jié)精度需要較大的存儲(chǔ)空間來(lái)保存脈沖的波形文件，若要產(chǎn)生新的波形需要 對(duì)波形文件進(jìn)行更新。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于頻域的高精度脈 沖電源調(diào)節(jié)器解決了高精度的脈沖電源調(diào)節(jié)和大的存儲(chǔ)空間的矛盾。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：基于頻域的高精度脈沖電源調(diào)節(jié)器，其特征在于：所 述脈沖電源調(diào)節(jié)器包括直接數(shù)字頻率合成器DDS、可編程器件FPGA、高精度數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 DAC，直接數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生不同頻率的波形；高精度數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC輸出模擬信 號(hào)；可編程器件FPGA是控制單元和運(yùn)算單元，F(xiàn)PGA作為控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)DDS和DAC的控制， 作為運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)頻率-幅值算法。
[0005] 一種基于頻域的高精度脈沖調(diào)節(jié)方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
[0006] 1)將脈沖電源上升時(shí)的波形分為電壓開始上升段0〈t〈tl，為二次曲線；tl〈t〈t2 電壓變化為一條直線段，t2〈t〈t3段為二次曲線電壓變化到穩(wěn)態(tài)值；
[0007] 2)在0-tl時(shí)間段，設(shè)頻率變化函數(shù)為：
[0008]f(t) =kfXt (1)；
[0009] o-tl時(shí)，間段的脈沖計(jì)數(shù)為：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于頻域的高精度脈沖電源調(diào)節(jié)器，其特征在于：所述脈沖電源調(diào)節(jié)器包括直接數(shù) 字頻率合成器DDS、可編程器件FPGA、高精度數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC，直接數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn) 生不同頻率的波形；高精度數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC輸出模擬信號(hào)；可編程器件FPGA是控制單元 和運(yùn)算單元，F(xiàn)PGA作為控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)DDS和DAC的控制，作為運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)頻率-幅值 算法。
2. -種基于權(quán)利要求1所述的基于頻域的高精度脈沖調(diào)節(jié)方法，其特征在于：所述方 法包括以下步驟： 1) 將脈沖電源上升時(shí)的波形分為電壓開始上升段〇〈t〈tl，為二次曲線；tl〈t〈t2電壓 變化為一條直線段，t2〈t〈t3段為二次曲線電壓變化到穩(wěn)態(tài)值； 2) 在O-tl時(shí)間段，設(shè)頻率變化函數(shù)為： f(t) =kfXt(1)； 〇-tl時(shí)，間段的脈沖計(jì)數(shù)為：
其中1^是頻率變化斜率，設(shè)DAC的精度為mbit，n個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)DAC的電壓 值為
，可得電壓隨時(shí)間變化
滿足要求的二次曲線變化的規(guī)律； 則當(dāng)脈沖計(jì)數(shù)為：
〇-心電壓二次曲線上升過程結(jié)束； 2) 在tl-t2時(shí)亥I」，設(shè)頻率變化函數(shù)為f(t) = &，其中&為常數(shù)，則脈沖計(jì) 數(shù)為AN=J 則可得電壓變化函數(shù)為AVifj/n;當(dāng)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)為
時(shí)，tl-t2電壓以直線上升階段結(jié)束； 3) 在t2-t3時(shí)亥I」，設(shè)頻率變化函數(shù)為f(t) = -kf (t-t3)，其中1^與O-tl段頻 率變化斜率相同，設(shè)t' =t-t3可得f(t') =-kft'，可知t2-t3時(shí)間段脈沖計(jì)數(shù)為
，則電壓變化函數(shù)戈
：其中t' =t-t3，電壓變 化規(guī)律滿足&43時(shí)間段二次曲線的變化規(guī)律；當(dāng)脈沖計(jì)數(shù)為時(shí)脈 沖上升過程完成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于頻域的高精度脈沖調(diào)節(jié)方法，其特征在于：所述 步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法是：由步驟1)可得在tl時(shí)刻將等式（3)帶入等式⑵有
，化簡(jiǎn)可得：
將等式⑷帶入等式（1):
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于頻域的高精度脈沖電源調(diào)節(jié)器，包括直接數(shù)字頻率合成器DDS、可編程器件FPGA、高精度數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC，直接數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生不同頻率的波形；高精度數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC輸出模擬信號(hào)；可編程器件FPGA是控制單元和運(yùn)算單元，F(xiàn)PGA作為控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)DDS和DAC的控制，作為運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)頻率-幅值算法。本發(fā)明基于頻域的高精度脈沖電源調(diào)節(jié)器解決了高精度的脈沖電源調(diào)節(jié)和大的存儲(chǔ)空間的矛盾。
【IPC分類】G05B19-042
【公開號(hào)】CN104570862
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410809699
【發(fā)明人】黃繼江, 曹劍中, 王澤峰, 廖加文
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月20日