劉 艷 高大慶 張華劍 李繼強 高 杰 上官靖斌 李明睿 金雪劍
1(中國科學院近代物理研究所 蘭州 730000)
2(中國科學院大學 北京 100049)
Kicker電源是強流重離子加速器(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility,HIAF)實現束流快速注入引出的關鍵設備之一。HIAF-Kicker電源由多個Kicker電源模塊組成,電源模塊全部放置在加速器隧道外電源間內,通過傳輸電纜與負載磁鐵相連接。單模塊Kicker電源采用氫閘流管作為放電開關和脈沖形成網絡(Pulse Formed Net,PFN)結合固態馬克斯(Marx)發生器技術[1]的兩種方案來獲得脈沖勵磁電流,單模塊電源工作方式如圖1所示。

圖1 HIAF-Kicker單模塊電源工作框圖Fig.1 The working block diagram of HIAF-Kicker single module
HIAF-Kicker電源對通信系統提出了以下要求:
1)單個雙極性固態PFN-Marx發生器中絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)數量龐大,目前使用64個,之后最大擴充至160個。Kicker電源通信系統需要通過網絡將上位機設定的160路IGBT的周期、延時、脈寬控制參數(大小約1.875 KB)精確下發至每個IGBT開關,完成多路開關的驅動控制。
2)HIAF-Kicker電源輸出波形速度快,上升、下降時間在幾十納秒到百納秒范圍內,平頂寬度約為幾個微秒。HIAF計劃采用2.5 GSPS采樣率、12 bit精度的單通道模/數轉換(Analog-to-Digital Converter,ADC)采集卡對每臺Kicker電源波形進行采集,并將多臺Kicker波形數據在控制器匯總后通過通信系統回讀至上位機。為了縮減數據量,高速采集卡擬采用截取包含波形脈沖及其前后部分進行傳輸的方案,截取波形部分不超過周期的千分之一,即單個Kicker采集卡每秒獲得有效數據量最大約3.6 MB。根據HIAF設計要求,單個電源間內的Kicker電源最多為13臺,因此通信系統每秒回讀的最大波形數據量為46.8 MB,即傳輸速率為374.4 Mbps。……