CN111601450A - 一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***及方法，其特征在于，该快响应线性电源控制***包括FPGA控制器、工控机、模拟调节器和状态板；FPGA控制器用于接收触发事例并转换为触发信号发送至工控机，以及实时采集快响应线性电源的电流波形信号；工控机用于产生给定波形信号以及实时采集快响应线性电源的电流反馈信号；模拟调节器用于产生功率管控制信号并发送至快响应线性电源，控制快响应线性电源的功率器件；状态板用于确定快响应线性电源的运行状态，对快响应线性电源进行分闸保护，以及根据所述工控机发送的命令控制该快响应线性电源控制***的开关机或复位，本发明可以广泛应用于离子同步加速器领域中。

Description

一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***及方法

技术领域

本发明是关于一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***及方法，属于离子同步加速器领域。

背景技术

离子同步加速器是一种利用在一定环形轨道上通过高频电场加速离子的环形加速装置，离子同步加速器中磁场的强度随被加速离子能量的增加而增加，从而保持离子回旋频率与高频加速器电场同步。离子同步加速器要求产生的磁场恒定或按照要求的规律进行变化。励磁电源通过给磁铁提供电流来产生磁场，通常分为稳流电源和脉冲电源，稳流电源产生恒定磁场，脉冲电源可产生按照规律变化的磁场。一般而言，重离子同步加速器通常由ECR(电子回旋共振)离子源、低能输运线、同步加速器、高能束线和终端组成，作为加速器用的磁铁电源，其在电流稳定度、电流纹波和电流跟踪精度等方面均有较高要求。离子同步加速器中的注入BUMP(凸轨)电源、快四极铁电源和开关铁电源是一类同步加速器中关键的快响应电源，由于其电流波形速度快，通常很难采用数字的方式实现。注入BUMP电源通常电流波形长度小于1ms，负责离子同步加速器束流的单次或多次注入，对离子同步加速器的加速效率产生重要影响，由于其快响应性，通常采用线性的方式来实现；快四极铁电源的主要作用是跟踪并抑制离子同步加速器束流的纹波，具有较快的响应速度，通常输出电流波形的频率为1K的正弦波电流，该电源主电路一般也采用线性方式实现；此外，对于有特殊应用的终端，在有些情况下也需要快速切换束流，例如：重离子治癌装置中呼吸门控开关铁电源，通常电源电流的阶跃响应时间小于100us，这种电源通常也采用模拟线性方案作为主电路。综上所述，在离子同步加速器中有一类关键的快响应电源，其主电路是线性电路，是一种关键设备，对离子同步加速器的加速效率及束流品质具有重要影响。目前，在加速器电源领域，大部分离子同步加速器均已采用数字电源，电源的控制***均采用数字化的控制接口。然而，对于上述快响应线性电源，需要一种控制方法将电源的接口封装起来，对外呈现统一的数字化接口，以满足加速器电源控制***的需要。

由于快响应线性电源的电流响应速度快，电源输出电流的波形周期也较短，通常这些电源直流输出的时间不能太长，否则会对功率管造成破坏，因此需要对快波形进行采集和实时保护。由于实际应用中电流波形变化较大，如果采用模拟的保护方式进行保护不太灵活，同时电子元器件由于温漂和老化等问题会影响电流波形保护电路的精度，所以采用数字化的保护方式，其具有较高保护精度的同时，还具有较高可靠性，因此，这类电源的控制***中需要一种保护机制来监测电流波形以提高电源运行的可靠性。

快响应线性电源控制的一个主要问题是如何将数字化的电源控制接口及协议转成模拟控制接口。离子同步加速器的脉冲电源大多数是数字电源，采用基于TCP/IP的自定义传输控制协议，若要利用这种协议控制快响应线性电源需要一套接口和转换机制，将数字控制量转为模拟控制量，这其中关键的一个环节就是如何将波形数据转为高精度的模拟控制信号，这就要通过高速、高精度的DAC(数模转换器)来完成。设计可靠运行的将特殊的波形数据转为高速高精度DA板具有一定的难度，要进行接口处理、PCB电路板、接口配置程序、数据存储程序和硬件驱动等一系类的开发和设计。

此外，由于快响应线性电源工作在线性区，且响应速度很快，任何错误的波形均可能导致电源功率器件的损坏，离子同步加速器在调试或更换能量的过程中，脉冲波形数据下发的频率很高，错误在所难免。因此，需要对传输至控制器的波形进行预判，进而当提前发现波形错误时，可以禁止输出模拟控制信号，达到保护功率器件的目的。然而，现有的控制方法均无法实现上述功能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够将波形数据转为高精度的模拟控制信号以及保护快响应线性电源中功率器件的离子同步加速器中快响应线性电源控制***及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***，该快响应线性电源控制***包括FPGA控制器、工控机、模拟调节器和状态板；所述FPGA控制器用于接收触发事例并转换为触发信号发送至所述工控机，以及实时采集快响应线性电源的电流波形信号，当电流波形信号出现异常时发送异常信号至所述状态板；所述工控机用于对上位机发送的给定波形数据进行安全校验得到安全校验后的给定波形数据，并根据触发信号和安全校验后的给定波形数据产生给定波形信号；以及实时采集快响应线性电源的电流反馈信号；所述模拟调节器用于根据电流反馈信号和给定波形信号，产生功率管控制信号并发送至快响应线性电源，控制快响应线性电源的功率器件；所述状态板用于根据快响应线性电源内部的电路传感器反馈的状态信号确定快响应线性电源的运行状态，根据异常信号对快响应线性电源进行分闸保护，以及根据所述工控机发送的命令控制该快响应线性电源控制***的开关机或复位。

进一步地，所述工控机内设置有数据校验单元、数据传输单元、波形发生器和数据采集卡；所述数据校验单元用于对上位机发送的给定波形数据进行安全校验，产生安全校验后的给定波形数据；所述数据传输单元用于将安全校验后的给定波形数据发送至所述波形发生器；所述波形发生器用于接收触发信号，并根据安全校验后的给定波形数据，产生给定波形信号；所述数据采集卡用于实时采集快响应线性电源的电流反馈信号，并发送至所述模拟调节器。

进一步地，所述波形发生器包括波形发生模块、时钟分配电路、数模转换器和FIFO存储器；所述波形发生模块用于接收所述FPGA控制器发送的上升沿触发信号，并根据安全校验后的给定波形数据，产生给定波形信号；所述时钟分配电路用于产生所需的时钟信号；所述数模转换器用于将数字量的给定波形信号转换为模拟量的给定波形信号，并按照所需的时钟信号，将给定波形信号输出至所述模拟调节器；所述FIFO存储器用于缓存安全校验后的给定波形数据。

进一步地，所述FPGA控制器包括底板、FPGA核心控制板、SDRAM模块、FLASH控制器和EPCS芯片，其中，所述FPGA核心控制板的片上***包括CPU、触发转换电路、电流脉宽保护模块、EPCS控制器、UART控制器、定时器控制器和以太网控制器；所述底板上设置有用于连接所述数模转换器的AD板接口、用于连接所述状态板的96针总线接口以及所述FPGA核心控制板；所述CPU用于实时采集快响应线性电源的电流波形信号，接收触发事例并转换为触发信号，将快响应线性电源的运行状态和触发信号发送至所述工控机，以及将开关机和复位命令发送至所述状态板；所述触发转换电路用于将触发信号转换为上升沿触发信号；所述电流脉宽保护模块用于计算实时采集的电流波形信号超过预先设定的阈值的时间，当该时间超出预先设定的时间范围时，判定该电流波形信号异常，并发送异常信号至所述状态板；所述SDRAM模块用于存储所述CPU的各项运行数据；所述EPCS芯片用于存储所述FPGA核心控制板电路的配置文件；所述EPCS控制器用于控制所述EPCS芯片的工作；所述FLASH控制器用于存储所述所使用的应用程序代码；所述UART控制器用于实现所述状态板与所述FPGA核心控制板之间的数据通信；所述定时器控制器用于对所述CPU所使用的应用程序进行定时控制；所述以太网控制器用于提供所述FPGA核心控制板上的以太网接口。

进一步地，所述时钟分配电路的电流回读有三个通道，均为相同的输出电流信号，其中，一路连接所述数据采集卡，用于电流波形在线监测；一路连接所述模拟调节器，用于电流反馈调节；另一路连接所述FPGA控制器，用于对电流进行异常连锁保护。

进一步地，所述FPGA核心控制板采用Intel公司的cycloneIV系类的FPGA芯片。

一种离子同步加速器中快响应线性电源控制方法，包括以下内容：1)FPGA控制器接收触发事例，并将触发事例转换为触发信号发送至工控机，工控机对上位机发送的给定波形数据进行安全校验，得到安全校验后的给定波形数据，并根据触发信号和安全校验后的给定波形数据产生给定波形信号；2)FPGA控制器实时采集快响应线性电源的电流波形信号，当电流波形信号出现异常时，发送异常信号至状态板，状态板对快响应线性电源进行分闸保护；3)工控机实时采集快响应线性电源的电流反馈信号，并将电流反馈信号和安全校验后的给定波形信号发送至模拟调节器；4)模拟调节器根据电流反馈信号和给定波形信号，产生功率管控制信号并发送至快响应线性电源，以线性方式控制快响应线性电源的功率器件；5)状态板根据离子同步加速器中传感器电路反馈的状态信号，确定快响应线性电源的运行状态；6)同时，状态板根据工控机发送的命令，控制快响应线性电源控制***的开关机或复位。

进一步地，所述步骤1)的具体过程为：1.1)FPGA控制器接收触发事例，并将其转换为上升沿触发信号发送至波形发生模块；1.2)数据校验单元接收上位机发送的给定波形数据并进行安全校验，剔除异常的给定波形数据，产生安全校验后的给定波形数据；1.3)数据传输单元将安全校验后的给定波形数据发送至波形发生模块，波形发生模块接收上升沿触发信号，并根据安全校验后的给定波形数据，产生给定波形信号；1.4)时钟分配电路产生所需的时钟信号；1.5)数模转换器将数字量的给定波形信号转换为模拟量的给定波形信号，并按照所需的时钟信号，将给定波形信号输出至模拟调节器。

进一步地，所述步骤1.2)的具体过程为：1.2.1)数据校验单元接收上位机发送的给定波形数据，采用逐点校验方式，校验给定波形数据的最大值，若给定波形数据的最大值在预先设定的范围内，则进入步骤1.2.2)；反之，则进入步骤1.2.4)；1.2.2)数据校验单元采用逐点校验方式，校验给定波形数据中相邻电流值之间的变化率，若变化率在预先设定的范围内，则进入步骤1.2.3)；反之，则进入步骤12.4)；1.2.3)将该给定波形数据发送至FIFO存储器进行缓存；1.2.4)剔除该给定波形数据；1.2.5)得到安全校验后的给定波形数据。

进一步地，所述步骤2)的具体过程为：2.1)CPU实时采集快响应线性电源的电流波形信号；2.2)电流脉宽保护模块采用硬件乘法方式，计算实时采集的电流波形信号超过预先设定的阈值的时间，当该时间超出预先设定的时间范围时，判定该电流波形信号异常，并发送异常信号至状态板，状态板控制快响应线性电源分闸。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：由于快响应线性电源是离子同步加速器的关键环节，因此在控制可靠性、灵活性等方面均有较高要求，本发明可以有效解决快响应线性电源的数字化控制，实现离子同步加速器中电源远程控制接口的统一，为快响应线性电源提供灵活、统一的数字化控制方式及接口，可以广泛应用于重离子医疗装置、空间辐照实验室等加速器应用装置中。

附图说明

图1是本发明***的结构示意图；

图2是本发明***中工控机的结构示意图；

图3是本发明***中FPGA(现场可编程门阵列)控制器的硬件结构示意图；

图4是本发明***中FPGA核心控制板的片上***的结构示意图；

图5是本发明方法中波形校验的流程图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

由于本发明提出的离子同步加速器中快响应线性电源控制***及方法涉及到快响应线性电源的相关内容，下面对相关内容进行介绍，以便本领域技术人员对本发明的内容更加清楚。

离子同步加速器通常包括成百上千台电源，主要分为直流电源和脉冲电源两类，脉冲电源一般分为常规脉冲电源和快响应脉冲电源，常规脉冲电源包括二极铁电源、四极铁电源和六极铁电源等，快响应脉冲电源包括注入BUMP电源、快四极铁电源和开关铁电源等，这类快响应电源的主电路一般是线性的，类似于巨大的功率放大器，其电流大、波形周期短，一般在1ms左右。这些电源的波形一般需要利用快速DAC来产生模拟控制信号，同时进行电路各单元的快速保护，保证电源安全可靠地运行。加速器控制***通常采用统一的数字化控制***对电源进行控制，电源波形数据根据自定义协议传送至电源。

基于上述说明，如图1所示，本发明提供的离子同步加速器中快响应线性电源控制***包括FPGA控制器1、工控机2、模拟调节器3和状态板4。

FPGA控制器1用于接收触发事例，并将触发事例转换为触发信号发送至工控机2，以便控制工控机2输出波形；以及实时采集离子同步加速器中快响应线性电源的电流波形信号，当电流波形信号出现异常时，发送异常信号至状态板4。

工控机2用于对上位机发送的给定波形数据进行安全校验得到安全校验后的给定波形数据，并根据触发信号和安全校验后的给定波形数据产生给定波形信号；以及实时采集快响应线性电源的电流反馈信号，并将电流反馈信号和给定波形信号发送至模拟调节器3，以驱动模拟调节器3，其中，给定波形信号由一组有序的十进制电流数据通过高速DAC(数模转换器)产生，电流回读有三个通道，均为相同的输出电流信号，其中，一路连接数据采集卡24，用于电流波形在线监测；一路连接模拟调节器3，用于电流反馈调节；另一路连接FPGA控制器1，用于对电流进行异常连锁保护。

模拟调节器3用于根据电流反馈信号和给定波形信号，产生功率管控制信号并发送至快响应线性电源，以线性方式控制快响应线性电源的功率器件，其中，功率管控制信号为输出驱动信号。

状态板4用于根据快响应线性电源内部的电路传感器反馈的状态信号，判断快响应线性电源是否发生由电路硬件造成的故障，包括过流、过压、过温等，确定快响应线性电源的运行状态；根据异常信号，对快响应线性电源进行分闸保护；以及根据工控机2发送的命令，控制本发明快响应线性电源控制***的开关机或复位。

在一个优选的实施例中，如图2所示，工控机2内设置有数据校验单元21、数据传输单元22、波形发生器23和数据采集卡24，其中，波形发生器23为基于PCI总线的高速电路板，波形发生器23包括波形发生模块、时钟分配电路、数模转换器和FIFO(先进先出)存储器。

数据校验单元21用于对上位机发送的给定波形数据进行安全校验，剔除异常的给定波形数据，产生安全校验后的给定波形数据。

数据传输单元22用于将安全校验后的给定波形数据发送至波形发生模块，同时实现以太网与数据采集卡24之间的数据交互。

波形发生模块用于接收FPGA控制器1发送的上升沿触发信号，并根据安全校验后的给定波形数据，产生给定波形信号，其中，波形发生的最小点间隔为20ns。

时钟分配电路用于产生所需的时钟信号，以根据时钟信号产生时间间隔，进而控制数模转换器的数据输出频率，电流回读有三个通道，均为相同的输出电流信号，其中，一路连接数据采集卡24，用于电流波形在线监测；一路连接模拟调节器3，用于电流反馈调节；另一路连接FPGA控制器1，用于对电流进行异常连锁保护。

数模转换器用于将数字量的给定波形信号转换为模拟量的给定波形信号，并按照所需的时钟信号，将给定波形信号输出至模拟调节器3。

FIFO存储器用于缓存安全校验后的给定波形数据，且FIFO存储器的大小为1MDB。

数据采集卡24用于实时采集快响应线性电源的电流反馈信号，并通过数据传输单元22经以太网接口发送至模拟调节器3。

在一个优选的实施例中，如图3、图4所示，FPGA控制器1包括底板、FPGA核心控制板11、SDRAM(同步动态随机存取内存)模块12、FLASH(闪存)控制器13和EPCS(串行存储器)芯片14，其中，FPGA核心控制板11的片上***包括CPU111、触发转换电路112、电流脉宽保护模块113、EPCS控制器114、UART(通用异步收发传输器)控制器115、定时器控制器116和以太网控制器117。

底板上设置有AD板接口15、96针总线接口16和FPGA核心控制板接口，AD板接口15用于连接数模转换器，96针总线接口16用于连接状态板4，FPGA核心控制板接口用于连接FPGA核心控制板11。

CPU111用于实时采集快响应线性电源的电流波形信号；接收触发事例并转换为触发信号；将快响应线性电源的运行状态和触发信号通过以太网接口发送至工控机2；以及将开关机和复位命令发送至状态板4，其中，触发信号的触发方式包括外界数字触发方式和总线软件触发方式。

触发转换电路112用于将触发信号转换为上升沿触发信号。

电流脉宽保护模块113用于采用硬件乘法方式，计算实时采集的电流波形信号超过预先设定的阈值的时间，当该时间超出预先设定的时间范围时，判定该电流波形信号异常，并发送异常信号至状态板4，状态板4在小于100us的时间内控制快响应线性电源分闸。

SDRAM模块12用于存储CPU111的各项运行数据。

FLASH控制器13用于存储CPU111所使用的应用程序代码，以及存储需要永久保存的数据，例如IP地址和关键的***参数等。

EPCS芯片14用于存储FPGA核心控制板11电路的配置文件，其中，配置文件由硬件描述语言编写，编译后存储至EPCS芯片，当FPGA核心控制板11通电后，电路结构首先从EPCS芯片读入FPGA核心控制板11，完成对FPGA核心控制板11的电路配置。

EPCS控制器114用于控制EPCS芯片的工作。

UART控制器115用于实现状态板4与FPGA核心控制板11之间的数据通信。

定时器控制器116用于对CPU111所使用的应用程序进行定时控制。

以太网控制器117用于提供FPGA核心控制板11上的以太网接口，以进行数据传输和状态反馈等通信。

在一个优选的实施例中，FPGA核心控制板11可以采用Intel公司的cycloneIV系类的FPGA芯片。

在一个优选的实施例中，时钟分配电路可以采用型号为PI49FCT的时钟分配模块。

在一个优选的实施例中，AD板接口15可以采用20针间距为2.54mm的连接器，96针可以采用标准的96针连接器。

在一个优选的实施例中，为走线方便，同时考虑到电路的高速电磁兼容特性，FPGA核心控制板11的电路板可以采用六层板。

在一个优选的实施例中，数模转化器可以采用AD公司的14bit、50Ms/s的DAC芯片。

基于上述离子同步加速器中快响应线性电源控制***，本发明还提供一种离子同步加速器中快响应线性电源控制方法，包括以下步骤：

1)FPGA控制器1接收触发事例，并将触发事例转换为触发信号发送至工控机2，工控机2对上位机发送的给定波形数据进行安全校验，剔除异常的给定波形数据，得到安全校验后的给定波形数据，并根据触发信号和安全校验后的给定波形数据产生给定波形信号，具体为：

1.1)FPGA控制器1接收触发事例，并将其转换为上升沿触发信号发送至工控机2的波形发生模块。

1.2)如图5所示，数据校验单元21接收上位机发送的给定波形数据并进行安全校验，剔除异常的给定波形数据，产生安全校验后的给定波形数据：

1.2.1)数据校验单元21根据自定义的TCP/IP协议接收上位机发送的给定波形数据，采用逐点校验方式，校验给定波形数据的最大值，若给定波形数据的最大值在预先设定的范围内，则进入步骤1.2.2)；反之，则进入步骤1.2.4)。

1.2.2)数据校验单元21采用逐点校验方式，校验给定波形数据中相邻电流值之间的变化率，若变化率在预先设定的范围内，则进入步骤1.1.3)；反之，则进入步骤1.1.4)。

1.2.3)将该给定波形数据发送至FIFO存储器进行缓存。

1.2.4)剔除该给定波形数据。

1.2.5)得到安全校验后的给定波形数据。

1.3)数据传输单元22将安全校验后的给定波形数据发送至波形发生模块，波形发生模块接收上升沿触发信号，并根据安全校验后的给定波形数据，产生给定波形信号。

1.4)时钟分配电路产生所需的时钟信号，以根据时钟信号产生时间间隔，控制数模转换器的数据输出频率。

1.5)数模转换器将数字量的给定波形信号转换为模拟量的给定波形信号，并按照所需的时钟信号，将给定波形信号输出至模拟调节器3。

2)FPGA控制器1实时采集快响应线性电源的电流波形信号，当电流波形信号出现异常时，发送异常信号至状态板4，状态板4对快响应线性电源进行分闸保护，具体为：

2.1)CPU111实时采集快响应线性电源的电流波形信号。

2.2)电流脉宽保护模块113采用硬件乘法方式，计算实时采集的电流波形信号超过预先设定的阈值的时间，当该时间超出预先设定的时间范围时，判定该电流波形信号异常，并发送异常信号至状态板4，状态板4在小于100us的时间内控制快响应线性电源分闸。

3)工控机2实时采集快响应线性电源的电流反馈信号，并将电流反馈信号和给定波形信号发送至模拟调节器3。

4)模拟调节器3根据电流反馈信号和给定波形信号，产生功率管控制信号并发送至快响应线性电源，以线性方式控制快响应线性电源的功率器件。

5)状态板4根据快响应线性电源内部的电路传感器反馈的状态信号，判断快响应线性电源是否发生由电路硬件造成的故障，包括过流、过压、过温等，确定快响应线性电源的运行状态。

6)同时，状态板4根据工控机2发送的命令，控制本发明快响应线性电源控制***的开关机或复位。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***，其特征在于，该快响应线性电源控制***包括FPGA控制器、工控机、模拟调节器和状态板；

所述FPGA控制器用于接收触发事例并转换为触发信号发送至所述工控机，以及实时采集快响应线性电源的电流波形信号，当电流波形信号出现异常时发送异常信号至所述状态板；

所述工控机用于对上位机发送的给定波形数据进行安全校验得到安全校验后的给定波形数据，并根据触发信号和安全校验后的给定波形数据产生给定波形信号；以及实时采集快响应线性电源的电流反馈信号；

所述模拟调节器用于根据电流反馈信号和给定波形信号，产生功率管控制信号并发送至快响应线性电源，控制快响应线性电源的功率器件；

所述状态板用于根据快响应线性电源内部的电路传感器反馈的状态信号确定快响应线性电源的运行状态，根据异常信号对快响应线性电源进行分闸保护，以及根据所述工控机发送的命令控制该快响应线性电源控制***的开关机或复位。

2.如权利要求1所述的一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***，其特征在于，所述工控机内设置有数据校验单元、数据传输单元、波形发生器和数据采集卡；

所述数据校验单元用于对上位机发送的给定波形数据进行安全校验，产生安全校验后的给定波形数据；

所述数据传输单元用于将安全校验后的给定波形数据发送至所述波形发生器；

所述波形发生器用于接收触发信号，并根据安全校验后的给定波形数据，产生给定波形信号；

所述数据采集卡用于实时采集快响应线性电源的电流反馈信号，并发送至所述模拟调节器。

3.如权利要求2所述的一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***，其特征在于，所述波形发生器包括波形发生模块、时钟分配电路、数模转换器和FIFO存储器；

所述波形发生模块用于接收所述FPGA控制器发送的上升沿触发信号，并根据安全校验后的给定波形数据，产生给定波形信号；

所述时钟分配电路用于产生所需的时钟信号；

所述数模转换器用于将数字量的给定波形信号转换为模拟量的给定波形信号，并按照所需的时钟信号，将给定波形信号输出至所述模拟调节器；

所述FIFO存储器用于缓存安全校验后的给定波形数据。

4.如权利要求3所述的一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***，其特征在于，所述FPGA控制器包括底板、FPGA核心控制板、SDRAM模块、FLASH控制器和EPCS芯片，其中，所述FPGA核心控制板的片上***包括CPU、触发转换电路、电流脉宽保护模块、EPCS控制器、UART控制器、定时器控制器和以太网控制器；

所述底板上设置有用于连接所述数模转换器的AD板接口、用于连接所述状态板的96针总线接口以及所述FPGA核心控制板；

所述CPU用于实时采集快响应线性电源的电流波形信号，接收触发事例并转换为触发信号，将快响应线性电源的运行状态和触发信号发送至所述工控机，以及将开关机和复位命令发送至所述状态板；

所述触发转换电路用于将触发信号转换为上升沿触发信号；

所述电流脉宽保护模块用于计算实时采集的电流波形信号超过预先设定的阈值的时间，当该时间超出预先设定的时间范围时，判定该电流波形信号异常，并发送异常信号至所述状态板；

所述SDRAM模块用于存储所述CPU的各项运行数据；

所述EPCS芯片用于存储所述FPGA核心控制板电路的配置文件；

所述EPCS控制器用于控制所述EPCS芯片的工作；

所述FLASH控制器用于存储所述所使用的应用程序代码；

所述UART控制器用于实现所述状态板与所述FPGA核心控制板之间的数据通信；

所述定时器控制器用于对所述CPU所使用的应用程序进行定时控制；

所述以太网控制器用于提供所述FPGA核心控制板上的以太网接口。

5.如权利要求3所述的一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***，其特征在于，所述时钟分配电路的电流回读有三个通道，均为相同的输出电流信号，其中，一路连接所述数据采集卡，用于电流波形在线监测；一路连接所述模拟调节器，用于电流反馈调节；另一路连接所述FPGA控制器，用于对电流进行异常连锁保护。

6.如权利要求4所述的一种离子同步加速器中快响应线性电源控制***，其特征在于，所述FPGA核心控制板采用Intel公司的cycloneIV系类的FPGA芯片。

7.一种离子同步加速器中快响应线性电源控制方法，其特征在于，包括以下内容：

1)FPGA控制器接收触发事例，并将触发事例转换为触发信号发送至工控机，工控机对上位机发送的给定波形数据进行安全校验，得到安全校验后的给定波形数据，并根据触发信号和安全校验后的给定波形数据产生给定波形信号；

2)FPGA控制器实时采集快响应线性电源的电流波形信号，当电流波形信号出现异常时，发送异常信号至状态板，状态板对快响应线性电源进行分闸保护；

3)工控机实时采集快响应线性电源的电流反馈信号，并将电流反馈信号和安全校验后的给定波形信号发送至模拟调节器；

4)模拟调节器根据电流反馈信号和给定波形信号，产生功率管控制信号并发送至快响应线性电源，以线性方式控制快响应线性电源的功率器件；

5)状态板根据离子同步加速器中传感器电路反馈的状态信号，确定快响应线性电源的运行状态；

6)同时，状态板根据工控机发送的命令，控制快响应线性电源控制***的开关机或复位。

8.如权利要求7所述的一种离子同步加速器中快响应线性电源控制方法，其特征在于，所述步骤1)的具体过程为：

1.1)FPGA控制器接收触发事例，并将其转换为上升沿触发信号发送至波形发生模块；

1.2)数据校验单元接收上位机发送的给定波形数据并进行安全校验，剔除异常的给定波形数据，产生安全校验后的给定波形数据；

1.3)数据传输单元将安全校验后的给定波形数据发送至波形发生模块，波形发生模块接收上升沿触发信号，并根据安全校验后的给定波形数据，产生给定波形信号；

1.4)时钟分配电路产生所需的时钟信号；

1.5)数模转换器将数字量的给定波形信号转换为模拟量的给定波形信号，并按照所需的时钟信号，将给定波形信号输出至模拟调节器。

9.如权利要求8所述的一种离子同步加速器中快响应线性电源控制方法，其特征在于，所述步骤1.2)的具体过程为：

1.2.1)数据校验单元接收上位机发送的给定波形数据，采用逐点校验方式，校验给定波形数据的最大值，若给定波形数据的最大值在预先设定的范围内，则进入步骤1.2.2)；反之，则进入步骤1.2.4)；

1.2.2)数据校验单元采用逐点校验方式，校验给定波形数据中相邻电流值之间的变化率，若变化率在预先设定的范围内，则进入步骤1.2.3)；反之，则进入步骤12.4)；

1.2.3)将该给定波形数据发送至FIFO存储器进行缓存；

1.2.4)剔除该给定波形数据；

1.2.5)得到安全校验后的给定波形数据。

10.如权利要求7所述的一种离子同步加速器中快响应线性电源控制方法，其特征在于，所述步骤2)的具体过程为：

2.1)CPU实时采集快响应线性电源的电流波形信号；

2.2)电流脉宽保护模块采用硬件乘法方式，计算实时采集的电流波形信号超过预先设定的阈值的时间，当该时间超出预先设定的时间范围时，判定该电流波形信号异常，并发送异常信号至状态板，状态板控制快响应线性电源分闸。

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