[发明专利]一种基于ZYNQ-7000的高稳定度磁铁电源

说明书

本发明涉及一种基于ZYNQ‑7000的高稳定度磁铁电源，使用ZYNQ‑7000系列SOC做主控制器，利用ZYNQ‑7000系列SOC片上可编程逻辑部分，采集模数转换器的数据，设计成带有AXI接口的IP核，此外设计输出高分辨率PWM单元，也封装成带有AXI接口的IP核；然后利用ZYNQ‑7000系列SOC片上处理系统，获取采集到的模数转化值，计算出当前电流输出值，将输出电流值与给定电流值进行算法处理，再调用高分辨率PWM所对应的IP核，在200Mhz时钟频率下输出低至78ps调节脉宽的高分辨率PWM，驱动功率变换部分，进而实现对输出电流的调节。

技术领域

本发明涉及一种基于ZYNQ-7000的高稳定度磁铁电源，具体来说是利用ZYNQ-7000系列SOC作为主控制器，实现对电源功率部分进行脉宽调节，输出高稳定度电流源。

背景技术

加速器磁铁电源是为加速器各种类型的电磁铁供电的系统。调节磁铁电源的电流，可以改变磁铁的电磁场，从而控制粒子运动的轨道。为了适应加速器的物理设计要求，加速器部分磁铁电源要求长期工作稳定度控制在10ppm内。

现有的电源控制技术，通常以DSP为主控制器，以FPGA作为协处理器的控制方式为主流，以DSP+FPGA组合的方式，各芯片之间通过外部复杂的数据总线连接在一起，用DSP做电源控制算法，并输出低至150ps调节脉宽的高分辨率PWM对功率单元进行脉宽调节，用FPGA完成高精度ADC数据采集和各种逻辑、通信任务；此外也有单用一个FPGA完成整套电源系统的控制。以上两种方式，其中都用FPGA执行了大量的逻辑、通信任务，这对FPGA的逻辑门总数要求较高，对FPGA的选型也会有些特殊要求。如今全球半导体供应链面临各种波折，使用以上控制方式的高稳定度磁铁电源，成本变的越来越高。

基于ZYNQ-7000的高稳定度磁铁电源,该电源采用ZYNQ-7000作为控制核心，降低了高稳定度磁铁电源控制主板的设计成本，提高了控制主板的处理性能，同时也提高了输出电流分辨率。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于ZYNQ-7000的高稳定度磁铁电源，采用ZYNQ-7000处理器作为控制核心，降低了高稳定度磁铁电源控制主板的设计成本，提高了输出电流分辨率。

本发明采用的技术方案为：一种基于ZYNQ-7000的高稳定度磁铁电源，其特点在于：利用ZYNQ-7000系列SOC片上可编程逻辑部分生成采样率、滤波点数可调的带有AXI接口的高精度ADC采集单元IP核，并生成多对脉宽、周期、初始相位、输出极性可调的带有AXI接口的高分辨率PWM输出IP核；在ZYNQ-7000的片上处理系统上，利用其中一个ARM核获取实际输出电流值，与电流给定值进行电源处理算法调节，通过改变高分辨率PWM的调节脉宽，实现输出目标电流值，同时利用另一个ARM核完成各种逻辑、通信任务。

进一步，所述生成多对脉宽、周期、初始相位、输出极性可调的带有AXI接口的高分辨率PWM输出IP核的过程如下：利用ZYNQ-7000系列SOC片上可编程逻辑部分，在200Mhz时钟频率调节脉宽5ns的PWM基础上，对PWM输出下降沿进行两次信号延时，进而输出低至78ps调节脉宽的高分辨率PWM，输出IP核。

进一步，所述AXI接口是利用ZYNQ-7000系列SOC片上可编程逻辑部分设计的高精度ADC采集单元和高分辨率PWM，分别生成带有AXI接口的IP核，通过AXI总线实现片内可编程逻辑部分和片上处理系统的高速数据交互，ARM核端方便快速读取模数转化值和改变高分辨率PWM调节脉宽。

进一步，所述另一个ARM核完成各种逻辑、通信任务实现为：设计生成的多个拥有AXI接口的IP核，并行运行；同时片上处理系统的双核ARM处理器相互独立运行，通过共享内存方式实现高速数据交互，将电源控制调节算法和逻辑、通信任务分别在两个ARM核中运行，极大的减轻各种逻辑、通信等任务对电源实时控制的影响，提高运行效率。