一种NNBI射频功率源输出功率控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种NNBI射频功率源输出功率控制系统，包括：双核控制模块，包括ARM微控制器和CPLD芯片，CPLD芯片用于根据设定的输出功率生成相应的功率控制命令；功率输出控制模块，包括功率放大器和功率合成器，功率放大器包括标准功率放大器和微调功率放大器，多个微调功率放大器分别提供不同大小的输出电压，功率合成器用于将功率放大器输出的电压进行功率合成并输出；功率检测板，用于检测功率输出控制模块的输出功率，ARM微控制器将功率检测板检测的输出功率与设定的输出功率进行比较，以对功率输出控制模块的输出功率进行调整。本发明专利技术中的控制模块性能强大，而且系统整体具有较高的控制精度和稳定性。较高的控制精度和稳定性。较高的控制精度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种NNBI射频功率源输出功率控制系统


[0001]本专利技术涉及功率控制
，特别涉及一种NNBI射频功率源输出功率控制系统。

技术介绍

[0002]中性束注入加热系统是核聚变技术的重要组成部分，随着聚变等离子体性能的不断提高，中国现有的中性束注入系统已经无法满足需求，因此中性束注入加热系统将采用新型负离子源，即负离子源中性束注入系统(Negative ion basedneutral beam injection system,NNBI)。NNBI系统是一个复杂而庞大的大科学系统工程，涉及多种技术设备，射频功率源为其中负责等离子体激发部分的关键技术设备。射频功率源是可以产生固定频率的正弦波、具有一定频率的高频激励源，主要由射频信号源、射频功率放大器及阻抗匹配器组成，是等离子体配套激励源。因NNBI设备参数要求的提高，配套的射频功率源也需要优化提升输出功率的精度和稳定性。
[0003]射频功率源是一个大滞后系统，其输出功率存在较高的动态性和滞后性，目前市面上主流使用的射频功率源输出功率控制装置大多由单片机核心控制板、功率放大器、功率合成输出器等部分组成开环控制，该装置存在以下缺点：
[0004](1)现有技术方案采用单核控制结构，使用51单片机型嵌入式芯片作为主控制器运行控制系统算法，同时连接控制系统中其它外围设备进行通信与控制。在这种控制系统中，多个控制模块算法都在一块单片机芯片内完成，虽然可以通过程序优化来进行多个算法的分时复用处理，但处理速度依然会受到单片机性能的限制，特别是当系统中控制的外围设备较多时，单片机芯片需要大量时间与外围设备通信，导致控制算法的运行效率降低。
[0005](2)现有技术方案采用模拟信号功率控制方法，即使用电压信号的大小变化来对应控制功率放大器的驱动电压变化，从而实现对输出功率大小的控制。例如，在额定输出功率为50kW的射频功率源中，控制器通过输出0
‑
5V的模拟电压量的变化通过标定来对应控制功率放大器输出功率0
‑
50kW的变化，从而实现射频功率源输出功率的模拟信号功率控制。由于电平的幅度往往会存在一定的波动，且无法对功放进行模块化改造，因此这种模拟方式的控制精确度和稳定性会差一些。
[0006](3)现有技术方案采用开环的输出功率控制方法，即不会通过采集实际输出功率的大小而修正控制器的控制信号，导致实际输出功率大小并不会回馈到功率输入控制中。因此当输出功率意外下降时，功率控制电路并不会采取补偿措施，导致实际输出功率不达标。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供了一种NNBI射频功率源输出功率控制系统，用以解决现有技术中单核控制结构性能不足和控制精确度及稳定性较低的问题。
[0008]一方面，本专利技术实施例提供了一种NNBI射频功率源输出功率控制系统，包括：
[0009]双核控制模块，包括ARM微控制器和CPLD芯片，CPLD芯片用于根据设定的输出功率生成相应的功率控制命令；
[0010]功率输出控制模块，包括功率放大器和功率合成器，功率放大器包括标准功率放大器和微调功率放大器，多个标准功率放大器用于提供多个相同的输出电压，多个微调功率放大器用于提供小于标准功率放大器的输出电压，且多个微调功率放大器分别提供不同大小的输出电压，功率合成器用于将功率放大器输出的电压进行功率合成并输出，功率放大器的接入数量由功率控制命令控制；
[0011]功率检测板，用于检测功率输出控制模块的输出功率，ARM微控制器将功率检测板检测的输出功率与设定的输出功率进行比较，确定相应的补偿量后根据补偿量对功率输出控制模块的输出功率进行调整。
[0012]本专利技术中的一种NNBI射频功率源输出功率控制系统，具有以下优点：
[0013]1.采用ARM+CPLD的双核控制模块，使用软、硬分离的方式将数字化功率控制算法、闭环功率控制算法等运算以及人机交互通信放在ARM微控制器中执行，同时将设备状态采集、设备状态控制、数字化功率放大器控制、功率检测板采集等功能放在CPLD芯片中执行。这样可以提高控制系统中控制算法的执行效率，同时保证外围设备通信的实时性，增强射频功率源输出功率控制系统运行的稳定性，同时也为后续设备硬件的升级与拓展留下了空间。
[0014]2.采用了数字化的功率控制方法，即使用12位的二进制控制字来控制多路功率放大器的开通与关断，实现对输出功率大小的控制。通过数字化的功率输出控制方法配合模块化的功率放大器设计，对输出功率控制的精确性相较于传统的模拟电平信号功率控制方法有较大的优势。
[0015]3.采用输出功率闭环控制的方法解决负载阻抗变化时，射频功率源输出功率下降的问题，满足NNBI系统对射频功率源输出功率稳定性的要求。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术实施例提供的一种NNBI射频功率源输出功率控制系统的功能模块示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例提供的功率合成器电路示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例提供的功率闭环控制的逻辑框图；
[0020]图4为本专利技术实施例提供的功率闭环控制的控制策略示意图；
[0021]图5为本专利技术实施例提供的功率检测电路的示意图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]图1为本专利技术实施例提供的一种NNBI射频功率源输出功率控制系统的功能模块示意图。本专利技术实施例提供了一种NNBI射频功率源输出功率控制系统，包括：
[0024]双核控制模块，包括ARM微控制器和CPLD芯片，CPLD芯片用于根据设定的输出功率生成相应的功率控制命令；
[0025]功率输出控制模块，包括功率放大器和功率合成器，功率放大器包括标准功率放大器和微调功率放大器，多个标准功率放大器用于提供多个相同的输出电压，多个微调功率放大器用于提供小于标准功率放大器的输出电压，且多个微调功率放大器分别提供不同大小的输出电压，功率合成器用于将功率放大器输出的电压进行功率合成并输出，功率放大器的接入数量由功率控制命令控制；
[0026]功率检测板，用于检测功率输出控制模块的输出功率，ARM微控制器将功率检测板检测的输出功率与设定的输出功率进行比较，确定相应的补偿量后根据补偿量对功率输出控制模块的输出功率进行调整。
[0027]示例性地，本专利技术的系统还包括设备状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NNBI射频功率源输出功率控制系统，其特征在于，包括：双核控制模块，包括ARM微控制器和CPLD芯片，所述CPLD芯片用于根据设定的输出功率生成相应的功率控制命令；功率输出控制模块，包括功率放大器和功率合成器，所述功率放大器包括标准功率放大器和微调功率放大器，多个所述标准功率放大器用于提供多个相同的输出电压，多个所述微调功率放大器用于提供小于所述标准功率放大器的输出电压，且多个所述微调功率放大器分别提供不同大小的输出电压，所述功率合成器用于将所述功率放大器输出的电压进行功率合成并输出，所述功率放大器的接入数量由所述功率控制命令控制；功率检测板，用于检测所述功率输出控制模块的输出功率，所述ARM微控制器将所述功率检测板检测的输出功率与设定的输出功率进行比较，确定相应的补偿量后根据补偿量对所述功率输出控制模块的输出功率进行调整。2.根据权利要求1所述的一种NNBI射频功率源输出功率控制系统，其特征在于，所述ARM微控制器和CPLD芯片之间通过GPIO口进行通信。3.根据权利要求1所述的一种NNBI射频功率源输出功率控制系统，其特征在于，所述功率放大器包括60个标准功率放大器和6个微调功率放大器，6个所述微调功率放大器中第一至第六微调功率放大器的输出电压分别是所述标准功率放大器输出电压的1/2、1/4、1/8、1/16、1/32和1/64。4.根据权利要求3所述的一种NNBI射频...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明伟，李菲，王姗，程辉，王峄铭，李强华，雷涛，迟青松，胡凌峰，苏玉忠，吕定洪，孙振宇，钟亮，葛锐，鲍玉杰，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：