一种基于fpga的psm高压电源多路脉冲反馈控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于PSM技术的高压电源系统控制技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的PSM高压电源多路脉冲反馈控制器。
【背景技术】
[0002]辅助加热系统作为托卡马克最重要最复杂的系统之一在国际各装置上一直是重点发展的对象，对应托卡马克从脉冲往稳态发展的趋势，辅助加热高压电源也经历了从脉冲模式到长脉冲乃至稳态模式的发展阶段，作为最近几年国内外研宄的最新技术，PSM开关电源技术发展迅速并已在辅助加热高压电源系统中获得大量成功的应用。
[0003]在基于PSM技术的高压电源系统中，控制对象主要包括进线断路器柜、软启动接触器柜、多绕组隔离变压器、PSM模块、输出检测及保护等，整个高压电源系统控制的核心就是对于单个PSM模块的控制，通过控制PSM模块的开通与关断，从而控制电源中串联模块的个数，通过对每个模块的开通时刻、开通持续时间的控制，可以实现输出电压的开关、调节以及调制等控制功能，满足不同应用场合的需求。
[0004]输出电压的精度控制是所有控制中最基本也是最重要的一个部分，但是由于各种扰动的存在导致实际输出有可能偏离理论值很多，因此如何解决这一问题就显得尤为重要。
【发明内容】
[0005]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于FPGA的PSM高压电源多路脉冲反馈控制器，实现基于PSM技术的高压电源系统中近百个PSM模块的开关控制，并且通过引入基于硬件的反馈控制环节，提高输出电压的控制精度，以满足回旋管乃至托卡马克物理实验的基本运行控制要求。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种基于FPGA的PSM高压电源多路脉冲反馈控制器，包括有模拟量处理单元、现场可编程门阵列FPGA、通讯缓存单元、数字量处理单元和电源处理单元，所述的电源处理单元分别给模拟量处理单元、现场可编程门阵列FPGA、通讯缓存单元和数字量处理单元供电，所述的模拟量处理单元包括有模拟量接收部分和模拟量输出部分，模拟量接收部分包括有信号调理电路一和4通道模数转换电路，信号调理电路一接收0-10VDC模拟量信号通过4通道模数转换电路将模拟信号转换为数字信号送至现场可编程门阵列FPGA，所述的模拟量输出部分包括有信号调理电路二和4通道数模转换电路，现场可编程门阵列FPGA将接收的数字信号运算处理后发送给4通道数模转换电路，4通道数模转换电路将数字信号转换为模拟信号后通过信号调理电路二以0-10VDC输出；所述的通讯缓存单元包括有9针连接器和上位机，现场可编程门阵列FPGA通过RS232串口依次连接9针连接器和上位机，交换与上位机之间的控制参数和状态信息，所述的数字量处理单元包括有数字量接收部分和数字量输出部分，数字量接收部分包括有100针连接器一、电平转换电路、复杂可编程逻辑器CPLD，所述的100针连接器一接收PSM模块的状态信号依次通过电平转换电路和复杂可编程逻辑器CPLD输入进现场可编程门阵列FPGA，所述的数字量输出部分包括有信号驱动电路和100针连接器二，现场可编程门阵列FPGA将处理后的数字量通过信号驱动电路和100针连接器二传送给PSM模块，执行PSM模块的开关操作；所述的现场可编程门阵列FPGA和复杂可编程逻辑器CPLD分别连接有50M晶振。
[0007]本发明的优点是:本发明为EAST核聚变装置上140GHz电子回旋共振加热系统的稳定运行提供了可靠的技术保障，较以往的控制器相比，可以实现更高的电压控制精度，满足回旋管对于电源电压的控制要求，从而最终满足各种物理实验的复杂要求。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的工作原理框图。
[0009]图2为本发明反馈调节流程图。
[0010]图3为负载扰动下开环控制效果图。
[0011]图4为负载扰动下闭环控制效果图。
[0012]图5为输入电压提高5%时负载波动下开环控制效果图。
[0013]图6为输入电压提高5%时负载波动下闭环控制效果图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，一种基于FPGA的PSM高压电源多路脉冲反馈控制器，包括有模拟量处理单元、现场可编程门阵列FPGAl、通讯缓存单元、数字量处理单元和电源处理单元14，所述的电源处理单元14分别给模拟量处理单元、现场可编程门阵列FPGA1、通讯缓存单元和数字量处理单元供电，所述的模拟量处理单元包括有模拟量接收部分和模拟量输出部分，模拟量接收部分包括有信号调理电路一 2和4通道模数转换电路3，信号调理电路一 2接收0-10VDC模拟量信号通过4通道模数转换电路3将模拟信号转换为数字信号送至现场可编程门阵列FPGA1，所述的模拟量输出部分包括有信号调理电路二4和4通道数模转换电路5，现场可编程门阵列FPGAl将接收的数字信号运算处理后发送给4通道数模转换电路5，4通道数模转换电路5将数字信号转换为模拟信号后通过信号调理电路二 4以0-10VDC输出；所述的通讯缓存单元包括有9针连接器6和上位机，现场可编程门阵列FPGAl通过RS232串口 7依次连接9针连接器6和上位机，交换与上位机之间的控制参数和状态信息，所述的数字量处理单元包括有数字量接收部分和数字量输出部分，数字量接收部分包括有100针连接器一 8、电平转换电路9、复杂可编程逻辑器CPLD10，所述的100针连接器一 8接收PSM模块的状态信号依次通过电平转换电路9和复杂可编程逻辑器CPLDlO输入进现场可编程门阵列FPGA1，所述的数字量输出部分包括有信号驱动电路11和100针连接器二12，现场可编程门阵列FPGAl将处理后的数字量通过信号驱动电路11和100针连接器二 12传送给PSM模块，执行PSM模块的开关操作；所述的现场可编程门阵列FPGAl和复杂可编程逻辑器CPLDlO分别连接有50M晶振13。
[0015]在反馈控制中，将可调模块的输出电压固定为400VDC，此时系统的电压控制精度将由400VDC减小为200VDC，控制精度提高一倍；在此基础之上设计的反馈控制流程，逻辑简单、可靠且运行稳定，其基本控制流程如图2所示。
[0016]在开环情况下，电源运行参数设置如下:Vo=40kVDC，T=200mS，上升和下降时间间隔lmS。分别在空载、半载以及全载情况下电源实际输出波形如图3所示，可以看出，实际输出电压在设定值附近波动，并且由于负载的波动导致输出电压从42kVDC至39kVDC变化。在同样的设置参数、同样的负载条件下，将电源切换为闭环运行，实际输出波形如图4所示，可以看出，三种负载情况下输出电压几乎重合，负载的波动对于输出电压几乎没有影响。
[0017]输入电压提高5%，在开环情况下，电源运行参数设置如下:Vo=40kVDC，T=200mS,上升和下降时间间隔lmS。分别在空载、半载以及全载情况下电源实际输出波形如图5所示，可以看出，实际输出电压偏离设定值较多，并且由于负载的波动导致输出电压从43kVDC至41kVDC变化。在同样的设置参数、同样的负载条件下，将电源切换为闭环运行，实际输出波形如图6所示，可以看出，三种负载情况下输出电压几乎重合，输入电压的波动、负载的波动对于输出电压几乎没有影响。
【主权项】
1.一种基于FPGA的PSM高压电源多路脉冲反馈控制器，其特征在于:包括有模拟量处理单元、现场可编程门阵列FPGA、通讯缓存单元、数字量处理单元和电源处理单元，所述的电源处理单元分别给模拟量处理单元、现场可编程门阵列FPGA、通讯缓存单元和数字量处理单元供电，所述的模拟量处理单元包括有模拟量接收部分和模拟量输出部分，模拟量接收部分包括有信号调理电路一和4通道模数转换电路，信号调理电路一接收O-1OVDC模拟量信号通过4通道模数转换电路将模拟信号转换为数字信号送至现场可编程门阵列FPGA，所述的模拟量输出部分包括有信号调理电路二和4通道数模转换电路，现场可编程门阵列FPGA将接收的数字信号运算处理后发送给4通道数模转换电路，4通道数模转换电路将数字信号转换为模拟信号后通过信号调理电路二以0-10VDC输出；所述的通讯缓存单元包括有9针连接器和上位机，现场可编程门阵列FPGA通过RS232串口依次连接9针连接器和上位机，交换与上位机之间的控制参数和状态信息，所述的数字量处理单元包括有数字量接收部分和数字量输出部分，数字量接收部分包括有100针连接器一、电平转换电路、复杂可编程逻辑器CPLD，所述的100针连接器一接收PSM模块的状态信号依次通过电平转换电路和复杂可编程逻辑器CPLD输入进现场可编程门阵列FPGA，所述的数字量输出部分包括有信号驱动电路和100针连接器二，现场可编程门阵列FPGA将处理后的数字量通过信号驱动电路和100针连接器二传送给PSM模块，执行PSM模块的开关操作；所述的现场可编程门阵列FPGA和复杂可编程逻辑器CPLD分别连接有50M晶振。
【专利摘要】本发明公开了一种基于FPGA的PSM高压电源多路脉冲反馈控制器，包括有模拟量处理单元、现场可编程门阵列FPGA、通讯缓存单元、数字量处理单元和电源处理单元，所述的模拟量处理单元包括有模拟量接收部分和模拟量输出部分，模拟量接收部分包括有信号调理电路一和4通道模数转换电路，所述的模拟量输出部分包括有信号调理电路二和4通道数模转换电路，所述的通讯缓存单元包括有9针连接器和上位机。本发明为EAST核聚变装置上140GHz电子回旋共振加热系统的稳定运行提供了可靠的技术保障，较以往的控制器相比，可以实现更高的电压控制精度，满足回旋管对于电源电压的控制要求，从而最终满足各种物理实验的复杂要求。
【IPC分类】G05B19-042
【公开号】CN104750002
【申请号】CN201510136707
【发明人】张健, 郭斐, 孙浩章, 吴友国, 沈晓岭, 黄懿赟
【申请人】中国科学院等离子体物理研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月26日