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高重频双极性脉冲功率系统关键技术研究

尚明健  
【摘要】:高重频脉冲功率技术是脉冲功率技术领域比较热门的研究方向之一,该技术的一个应用是驱动感应回旋式加速器。针对该系统而言,输出高重频脉冲的前沿陡峭程度会影响粒子束团加速效果;此外,随着研究的深入,原有的脉冲信号源难以满足系统功能扩展的需求,其中存在的跨时钟域通信问题会影响系统可靠性。本论文围绕高重频双极性脉冲功率系统的设计需求问题,着重针对脉冲信号源、高重频脉冲产生机构等方面开展研制工作。脉冲信号源设计方面,针对传统的“MCU+FPGA”结构带来的结构复杂、扩展性较差等问题,基于可编程片上系统(SOPC)设计采用“CPU软核+片内总线”结构的脉冲信号源,达到简化系统结构的目的。由于CPU软核与外设工作于同一个时钟域之中,以此增强系统的可靠性。由于片内总线采用的是时序标准Wishbone总线接口,保证了数据接口的通用性,以此增强系统的功能扩展性。高重频脉冲产生机构设计方面,在单模光纤隔离电路设计的基础上,利用FPGA对HFBR光纤收发器的传输延迟进行补偿,解决驱动信号脉冲宽度失真的问题。给出利用电容器绝缘电阻确定高压直流电源功率等级的方法。搭建MOSFET驱动功率放大级的SPICE模型,并通过模型仿真电路,说明了寄生电感对驱动回路造成的稳定性影响。系统测试实验表明,脉冲信号源通过单模光纤向高重频脉冲产生机构发送驱动信号,在负载端能够获得满足性能要求的高重频脉冲信号。


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