專(zhuān)利名稱(chēng)：離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器，可以適用于離子 加速器多種拓?fù)漕?lèi)型的高精度數(shù)字電源脈沖和直流運(yùn)行方式。
背景技術(shù)：
離子加速器依靠二極鐵、四極鐵等磁鐵透鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)束流的控制，磁鐵對(duì)電 源的運(yùn)行方式為脈沖和直流兩種， 一般的數(shù)字電源拓?fù)漕?lèi)型固定，而且無(wú)法 滿(mǎn)足離子加速器數(shù)字電源的高精度數(shù)據(jù)采集、高速高精度數(shù)字調(diào)節(jié)、高精度 P麗輸出等要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為離子加速器不同拓?fù)漕?lèi)型電源提供能夠運(yùn)行于脈沖
和直流兩種方式的通用高精度數(shù)字電源調(diào)節(jié)器。通過(guò)32位高速DSC設(shè)計(jì)高速 高精度ADC實(shí)現(xiàn)對(duì)高精度離子加速器電源輸出電流電壓信號(hào)采集，經(jīng)DSC處 理后轉(zhuǎn)換為高精度PWM信號(hào)輸出完成對(duì)電源輸出的控制和調(diào)節(jié)。 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器，包括32位高速DSC TMS320F2808擴(kuò)展高速高高精度ADC模塊、高速高精度DAC模塊、非易失性 高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊，高精度P麗調(diào)節(jié)信號(hào)輸出通道，同步脈沖光纖 輸入通道、通用電源故障保護(hù)信號(hào)輸入通道、數(shù)字電源RS232通訊口和CAN總 線(xiàn)通訊口；其連接方式是32位高速DSC的SPIB和SPIC通訊口通過(guò)高速數(shù) 字隔離器件各連接一路高速高精度ADC模塊，32位高速DSC的SPID通訊口 通過(guò)高速數(shù)字隔離器件連接一路高速高精度DAC模塊，32位高速DSC的SPIA 通訊口和IIC通訊口連接非易失性高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器S25FL064A和非易 失性小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C04, 32位DSC TMS320F2808的SCIA和CANA通訊單元通過(guò)高速數(shù)字隔離器件連接RS232通訊設(shè)備和CAN bus通訊設(shè)備；32 位高速DSC TMS320F2808輸出4路150ps高分辨率的PWM信號(hào)、2路普通分 辨率的PWM信號(hào)以及1路P麗保護(hù)關(guān)斷信號(hào)；光纖輸入同步脈沖運(yùn)行信號(hào)至 32位DSC的脈沖捕獲單元ECAP3，通用電源故障保護(hù)信號(hào)輸入至32位DSC的 跳閘區(qū)域單元TZl。
上述高速高精度ADC模塊核心是AD7634,第一路高速高精度ADC模塊通 過(guò)TMS320F2808的SPIB通訊端口連接至數(shù)字隔離器件ADUM1402的3. 3V信號(hào) 側(cè)，對(duì)應(yīng)隔離后的5V信號(hào)功能管腳連接到高速高精度ADC AD7634的SPI通 訊接口 ； +5V電壓基準(zhǔn)源ADR435B輸出基準(zhǔn)信號(hào)送入AD7634的外部基準(zhǔn)輸入 管腳；外界輸入的士10V單端電壓信號(hào)送入單端轉(zhuǎn)差分單元ADA4922，經(jīng) ADA4922轉(zhuǎn)化為差分電壓信號(hào)輸出到AD7634的模擬信號(hào)輸入管腳。第二路高 速高精度ADC模塊與TMS320F2808的SPIC端口通訊，具體的連接方式與第--路相同。
上述高速高精度DAC模塊核心是AD5542, TMS320F2808的SPID通訊端口連 接至數(shù)字隔離器件ADUM1401的3. 3V信號(hào)側(cè)，對(duì)應(yīng)隔離后的5V信號(hào)功能管腳 連接到高速高精度DAC AD5542的的SPI通訊接口； +5V電壓基準(zhǔn)源ADR435B 輸出基準(zhǔn)信號(hào)送入AD5542的外部基準(zhǔn)輸入管腳；AD5542的雙極性電壓輸出 信號(hào)輸出至精密運(yùn)算放大器0PA2277，輸出范圍是士10V。
上述非易失性高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊是兩部分存儲(chǔ)器的組合 一部分 是小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM AT24C04，可以用于存放數(shù)字電源設(shè)置參數(shù)或直 流運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的少量數(shù)據(jù)，另一部分是大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器FLASH S25FL064A， 用于存放數(shù)字電源脈沖運(yùn)行時(shí)的大量波形數(shù)據(jù)；TMS320F2808的IIC通訊端 口與IIC接口的EEPROM AT24C04直接相連；TMS320F2808的SPIA通訊端口 直接連至至SPI接口的大容量FLASH S25FL064A。
上述32位高速DSC TMS320F2808輸出4路150ps高分辨率的P麗信號(hào)和 2路普通分辨率的P觀(guān)信號(hào)以及1路P麵保護(hù)關(guān)斷信號(hào)；7路P麗信號(hào)按功能 可分成4組P麗l禾卩P醫(yī)2 —組、P麗3禾Q P麗4 一組，P麗1 P麗4是150ps 高分辨率P麗信號(hào)；P麗5和P麗6—組，是10ns普通分辨率P麗信號(hào)；PWM7為過(guò)壓或其他故障時(shí)保護(hù)功率管的P醫(yī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
上述PWM信號(hào)中的P観1、 P麗2—組連接方式為T(mén)MS320F2808的EP麗1A、 EP麗2A送入高速門(mén)電路74F08的A0、 Al，從74F08的00、 01輸出送入高速 光藕HCPL063的兩輸入管腳，經(jīng)隔離后從HCPL063輸出P麗0UT1信號(hào)和 P麗0UT2信號(hào)；P簡(jiǎn)3、 P麗4 一組和P畫(huà)5、 P麗6 —組的連接方式與P麗l、 P麗2 一組相同；P麗7信號(hào)是數(shù)字電源故障硬件連鎖保護(hù)信號(hào)送入74F08的A2、B2， 從74F08的02輸出送入光藕TLP521-1的輸入管腳，經(jīng)隔離后從TLP521-1輸 出P麗0UT7信號(hào)。
本發(fā)明的特點(diǎn)及產(chǎn)生的有益效果
1、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊采用兩種不同類(lèi)型非易失性存儲(chǔ)器的組合，為 數(shù)字電源在直流和脈沖狀態(tài)運(yùn)行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了靈活的解決方案，大大減 輕了數(shù)字電源調(diào)節(jié)器主要器件DSC的運(yùn)算量，并且可以有效緩解數(shù)字電源遠(yuǎn) 程控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。
2、 本發(fā)明共有兩路高速高精度ADC模塊電路，第二路ADC模塊電路與第 一路使用同樣的ADC設(shè)計(jì)，兩路高速高精度ADC模塊的核心是AD7634， 一路 采集高精度電流信號(hào)，另一路采集高精度電壓信號(hào)，為數(shù)字電源調(diào)節(jié)器提供 高精度反饋信號(hào)。
3、 本發(fā)明能夠滿(mǎn)足離子加速器數(shù)字電源高精度數(shù)據(jù)采集、高速高精度數(shù) 字調(diào)節(jié)、高精度PWM輸出的要求，適用于離子加速器二極鐵、四極鐵、六極 鐵等多種拓?fù)漕?lèi)型數(shù)字電源脈沖和直流兩種的運(yùn)行狀態(tài)；開(kāi)發(fā)不同的數(shù)字控 制軟件可以控制不同拓?fù)漕?lèi)型的離子加速器電源，利用數(shù)字通訊靈活的組網(wǎng) 方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型數(shù)字電源的分布式網(wǎng)絡(luò)控制。


圖l本發(fā)明的各部分整體連接框圖。
圖2本發(fā)明的第一路ADC模塊電路原理框圖。
圖3本發(fā)明的DAC模塊電路原理框圖。
圖4本發(fā)明的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊原理框圖。
具體實(shí)施例方式
一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器采用4層印制板結(jié)構(gòu)， TMS320F2808是核心器件，所有高精度ADC模塊、DAC模塊，PWM輸出通道以 及數(shù)字通訊設(shè)備等均采用高速數(shù)字隔離器件或高速光藕隔離，具有良好的抗 干擾能力。
如圖1所示， 一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器，包括32位高 速DSC TMS320F2808擴(kuò)展高速高精度ADC模塊、高速高精度DAC模塊、非易 失性高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊，高精度Pmi調(diào)節(jié)信號(hào)輸出通道，同步脈沖 光纖輸入通道、通用電源故障保護(hù)信號(hào)輸入通道、數(shù)字電源RS232通訊口和 CAN總線(xiàn)通訊口。 32位高速DSC的SPIB和SPIC通訊口通過(guò)高速數(shù)字隔離 器件各連接一路高速高精度ADC模塊，32位高速DSC的SPID通訊口通過(guò)高 速數(shù)字隔離器件連接一路高速高精度DAC模塊，32位高速DSC的SPIA通訊 口和IIC通訊口連接非易失性高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器S25FL064A和非易失性 小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C04， 32位DSC TMS320F2808的SCIA和CANA通訊單 元通過(guò)高速數(shù)字隔離器件連接RS232通訊設(shè)備和CAN bus通訊設(shè)備；32位高 速DSC TMS320F2808輸出4路150ps高分辨率的P觀(guān)信號(hào)和2路普通分辨率 的P麗信號(hào)以及1路P麗保護(hù)關(guān)斷信號(hào)；光纖輸入同步脈沖運(yùn)行信號(hào)至32位 DSC的脈沖捕獲單元ECAP3，通用電源故障保護(hù)信號(hào)輸入至32位DSC的跳閘 區(qū)域單元TZl。
圖2是本發(fā)明的一路高速高精度ADC模塊電路原理框圖。TMS320F2808 的SPIB通訊端口連接至數(shù)字隔離器件ADUM1402的3. 3V信號(hào)側(cè)，對(duì)應(yīng)隔離后 的5V信號(hào)功能管腳連接到高速高精度ADC AD7634的SPI通訊接口； +5V電 壓基準(zhǔn)源ADR435B輸出基準(zhǔn)信號(hào)送入AD7634的外部基準(zhǔn)輸入管腳；外界輸入 的士10V單端電壓信號(hào)送入單端轉(zhuǎn)差分單元ADA4922，經(jīng)ADA4922轉(zhuǎn)化為差分 電壓信號(hào)輸出到AD7634的模擬信號(hào)輸入管腳。
上述高速高精度ADC模塊共有兩路，32位高速DSC的SPIB和SPIC通訊口通過(guò)高速數(shù)字隔離器件各連接一路高速高精度ADC模塊。
圖3是本發(fā)明的DAC模塊電路原理框圖。TMS320F2808的SPID通訊端口 連接至數(shù)字隔離器件ADUM1401的3. 3V信號(hào)側(cè)，對(duì)應(yīng)隔離后的5V信號(hào)功能管 腳連接到高速高精度DAC AD5542的的SPI通訊接口 ； +5V電壓基準(zhǔn)源ADR435B 輸出基準(zhǔn)信號(hào)送入基準(zhǔn)信號(hào)送入AD5542的外部基準(zhǔn)輸入管腳；AD5542的雙 極性電壓輸出信號(hào)輸出至精密運(yùn)算放大器OPA2277，輸出范圍是士10V。
圖4是本發(fā)明的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊原理框圖。大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊 由兩部分組成 一部分是小容量IIC接口EEPROM非易失性存儲(chǔ)器，可以用于 存放數(shù)字電源設(shè)置參數(shù)或直流運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的少量數(shù)據(jù)，另一部分是SPI接口 的大容量FLASH非易失性存儲(chǔ)器，用于存放數(shù)字電源脈沖運(yùn)行時(shí)的大量波形 數(shù)據(jù)。TMS320F2808的IIC通訊端口與IIC接口的EEPROM AT24C04直接相連； TMS320F2808的SPIA通訊端口直接連至至SPI接口的大容量FLASH S25FL064A。
圖5是本發(fā)明的多路高精度P麗調(diào)節(jié)信號(hào)通道示意圖。離子加速器高精度 通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器的所有P麗信號(hào)按照功能可以分成4組，其中P麗l和 P麗2 —組、P麗3和P酒4 一組，上述P麗1 PWM4是高分辨率P麗信號(hào)(150ps); P麗5和P碰6—組，只具備普通P麗分辨率(10ns); PWM7為過(guò)壓或其他故障 時(shí)保護(hù)功率管的P麗驅(qū)動(dòng)信號(hào)；可以用軟件定義是否使用P麗1 PWM4的150ps 的高分辨率P麗功能，也可以用軟件定義使能P麗1 PWM7功能管腳。因而離 子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器可以適應(yīng)任何一種功率開(kāi)關(guān)管數(shù)量小于 等于4路的離子加速器高精度電源，也可以適應(yīng)功率開(kāi)關(guān)管數(shù)量等于6路的 大功率普通精度電源。PWM3、 P麗4禾卩P麗5、 P碰6的連接方式跟P麗l、 P麗2 這一組完全相同，以P麗1、 P麗2和PWM7為例說(shuō)明。
頂S320F2808的EP麗1A、EPWM2A送入高速門(mén)電路74F08的A0、A1，從74F08 的00、 01輸出送入高速光藕HCPL063的兩輸入管腳，經(jīng)隔離后從HCPL063輸 出P麗0UT1信號(hào)和P麗0UT2信號(hào)；數(shù)字電源故障硬件連鎖保護(hù)信號(hào)P—P麗送 入74F08的B0、 Bl在故障條件時(shí)硬件封鎖P碰脈沖。TMS320F2808的 GPI011(P麗7)送入高速門(mén)電路74F08的A2、 B2，從74F08的02輸出送入光藕TLP521-1的輸入管腳，經(jīng)隔離后從TLP521-1輸出P麗0UT7信號(hào)。
離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器通過(guò)RS232通訊設(shè)備或CAN bus 通訊設(shè)備從遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)獲取數(shù)字給定量和運(yùn)行指令，將其存儲(chǔ)在非易失 性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器并執(zhí)行命令；設(shè)備運(yùn)行時(shí)，TMS320F2808從連接的高速高精度 ADC模塊獲取電源高精度反饋數(shù)據(jù)并運(yùn)算，輸出的高精度PWM調(diào)節(jié)信號(hào)通過(guò) P麗1 P麗4高分辨率P麗信號(hào)或PWM1 PWM6 P麗信號(hào)輸出管腳送到電源的 功率開(kāi)關(guān)管生成調(diào)節(jié)結(jié)果；P麗7信號(hào)在過(guò)壓或其他故障時(shí)封鎖所有P畫(huà)l PWM6信號(hào)以保護(hù)功率開(kāi)關(guān)管；電源的實(shí)時(shí)運(yùn)行結(jié)果也可以通過(guò)高精度DAC模 塊輸出便于模擬信號(hào)的測(cè)量和監(jiān)視。
權(quán)利要求
1、一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器，包括32位高速DSCTMS320F2808擴(kuò)展高速高精度ADC模塊、高速高精度DAC模塊、非易失性高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊，高精度PWM調(diào)節(jié)信號(hào)輸出通道，同步脈沖光纖輸入通道、通用電源故障保護(hù)信號(hào)輸入通道、數(shù)字電源RS232通訊口和CAN總線(xiàn)通訊口；其連接方式是32位高速DSC的SPIB和SPIC通訊口通過(guò)高速數(shù)字隔離器件各連接一路高速高精度ADC模塊，32位高速DSC的SPID通訊口通過(guò)高速數(shù)字隔離器件連接一路高速高精度DAC模塊，32位高速DSC的SPIA通訊口和IIC通訊口連接非易失性高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器S25FL064A和非易失性小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C04，32位高速DSC的SCIA和CANA通訊單元通過(guò)高速數(shù)字隔離器件連接RS232通訊設(shè)備和CAN bus通訊設(shè)備；32位高速DSC輸出4路150ps高分辨率的PWM信號(hào)、2路普通分辨率的PWM信號(hào)以及1路PWM保護(hù)關(guān)斷信號(hào)；光纖輸入同步脈沖運(yùn)行信號(hào)至32位高速DSC的脈沖捕獲單元ECAP3，通用電源故障保護(hù)信號(hào)輸入至32位DSC的跳閘區(qū)域單元TZ1。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器，其 特征是上述高速高精度ADC模塊核心是AD7634,通過(guò)TMS320F2808的SPIB 通訊端口連接至數(shù)字隔離器件ADUM1402的3. 3V信號(hào)側(cè)，對(duì)應(yīng)隔離后的5V信 號(hào)功能管腳連接到高速高精度ADC AD7634的SPI通訊接口 ； +5V電壓基準(zhǔn)源 ADR435B輸出基準(zhǔn)信號(hào)送入AD7634的外部基準(zhǔn)輸入管腳；外界輸入的士IOV 單端電壓信號(hào)送入單端轉(zhuǎn)差分單元ADA4922，經(jīng)ADA4922轉(zhuǎn)化為差分電壓信 號(hào)輸出到AD7634的模擬信號(hào)輸入管腳。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器，其 特征是上述高速高精度DAC模塊核心是AD5542, TMS320F2808的SPID通訊端 口連接至數(shù)字隔離器件ADUM1401的3. 3V信號(hào)側(cè)，對(duì)應(yīng)隔離后的5V信號(hào)功能 管腳連接到高速高精度DAC AD5542的的SPI通訊接口 ； +5V電壓基準(zhǔn)源 ADR435B輸出基準(zhǔn)信號(hào)送入AD5542的外部基準(zhǔn)輸入管腳；AD5542的雙極性電 壓輸出信號(hào)輸出至精密運(yùn)算放大器0PA2277，輸出范圍是士10V。
4、如權(quán)利要求1所述的一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器，其特征是上述非易失性高速大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊是兩部分存儲(chǔ)器的組合:-一部分是小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM AT24C04，可以用于存放數(shù)字電源設(shè)置參數(shù) 或直流運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的少量數(shù)據(jù)，另一部分是大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器FLASH S25FL064A，用于存放數(shù)字電源脈沖運(yùn)行時(shí)的大量波形數(shù)據(jù)；TMS320F2808的 IIC通訊端口與IIC接口的EEPROM AT24C04直接相連；TMS320F2808的SPIA 通訊端口直接連至至SPI接口的大容量FLASH S25FL064A。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器，其 特征是上述32位高速DSC TMS320F2808輸出4路150ps高分辨率的P麗信號(hào) 和2路普通分辨率的P畫(huà)信號(hào)以及1路P麗保護(hù)關(guān)斷信號(hào)；7路P麗信號(hào)按 功能可分成4組P麗l和P麗2 —組、P麗3和P麗4 一組，P麗1 P麗4是150ps 高分辨率P麗信號(hào)；P麗5和P麗6 —組，為10ns普通P麗分辨率；P麗7為過(guò) 壓或其他故障時(shí)保護(hù)功率管的P雨驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
6、 如權(quán)利要求1或5所述的一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器， 其特征是上述P麗信號(hào)中的PWM1、 P麗2這一組連接方式為T(mén)MS320F2808的 EP麗1A、 EP麗2A送入高速門(mén)電路74F08的A0、 Al，從74F08的00、 01輸出 送入高速光藕HCPL063的兩輸入管腳，經(jīng)隔離后從HCPL063輸出P寵0UT1信 號(hào)和PWM0UT2信號(hào)；PWM3、 PWM4 —組和P麗5、 P麗6 —組的連接方式與PWM1、 P麗2 —組相同；PWM7信號(hào)是數(shù)字電源故障硬件連鎖保護(hù)信號(hào)送入74F08的 A2、 B2，從74F08的02輸出送入光藕TLP521-1的輸入管腳，經(jīng)隔離后從 TLP521-1輸出P麗0UT7信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離子加速器高精度通用數(shù)字電源調(diào)節(jié)器。它包括32位高速高PWM分辨率的DSC，高速高精度ADC，高速高精度DAC，4路150ps高精度PWM輸出通道或7路普通PWM輸出通道，1路同步脈沖光纖輸入通道，1路通用電源故障保護(hù)信號(hào)輸入通道，非易失性高速大容量脈沖/直流運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)字電源串行通訊口和CAN總線(xiàn)通訊口。本發(fā)明滿(mǎn)足離子加速器數(shù)字電源高精度數(shù)據(jù)采集、高速高精度數(shù)字調(diào)節(jié)、高精度PWM輸出的要求，適用于離子加速器二極鐵、四極鐵、六極鐵等多種拓?fù)漕?lèi)型數(shù)字電源脈沖和直流兩種的運(yùn)行狀態(tài)；開(kāi)發(fā)不同的數(shù)字控制軟件可以控制不同拓?fù)漕?lèi)型的離子加速器電源，利用數(shù)字通訊靈活的組網(wǎng)方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型數(shù)字電源的分布式網(wǎng)絡(luò)控制。
文檔編號(hào)H02M3/157GK101581920SQ200910117318
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月6日
發(fā)明者原有進(jìn), 周忠祖, 夏佳文, 王進(jìn)軍, 閆懷海, 陳又新, 高大慶 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所