基于FPGA的大功率脈沖電流發(fā)生器的研究與設計.pdf

1、電流脈沖產(chǎn)生技術廣泛應用于核物理、軍工、醫(yī)療及測試測量等行業(yè)。不同應用對電流脈沖峰值以及持續(xù)時間的不同需求對電流脈沖發(fā)生器的工作原理以及輸出功率的要求不盡相同，因而針對某一種特定需求難以有已經(jīng)產(chǎn)品化的電流脈沖發(fā)生器可供選用，大部分情況下都需要針對不同指標要求進行專門研制。
　　大部分已有的脈沖電流發(fā)生器輸出電流脈沖幅值和寬度不可調，或者可調節(jié)范圍較小，而且負載固定。本文所討論的電流脈沖發(fā)生器在一定程度上解決了上述問題，即負載在一定

2、范圍內變動時輸出電流脈沖的幅度和寬度在一定范圍內可調。該電流脈沖發(fā)生器采用FPGA作為主控芯片，經(jīng)高速光耦隔離的控制信號由模擬電路進行運算處理后驅動輸出電流幅度可調節(jié)的恒流源模塊，從而實現(xiàn)了脈沖電流輸出可調，并且輸出電流脈沖的上升時間和下降時間都很短。為兼顧小電流和大電流輸出時電流脈沖具有基本相同的上升/下降時間，提出一種采用多路電流脈沖疊加輸出的方法，該方法在解決上述問題的同時降低了輸出場效應管（MOSFET）的功率，提高了電路的可靠

3、性。并且該種結構形式的脈沖發(fā)生電路可以比較容易地擴展成為更大電流、更高功率的脈沖電流發(fā)生器。實際輸出的電流脈沖經(jīng)取樣電阻轉換為電壓信號后由FPGA配合高速ADC實時進行脈沖幅度和寬度的測量，測量結果根據(jù)需要進行進一步運算處理以減小測量誤差。該電流脈沖發(fā)生器具有過載和欠壓保護電路，輸出電流脈沖的幅度一旦超過安全值或電源電壓小于規(guī)定值時切斷輸出，同時觸發(fā)用戶警告，并且在每次測量完成后給出被測產(chǎn)品合格與否的指示。通過理論分析以及對電路各個參數(shù)

4、的仿真和優(yōu)化，使輸出電流脈沖在不同負載情況下具有過沖小、上升時間短以及幅值精度高等優(yōu)點。
　　該電流脈沖發(fā)生器輸出電流脈沖的幅度在0.10A～9.99A之間步進可調，脈沖寬度在0.01ms～99.99ms之間步進可調。并且輸出電流很大或很小時上升時間和下降時間均小于10us，過沖小于5％，電流脈沖幅度和寬度的測量精度均在±1%以內，測量結果具有良好的重復性。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，在不同負載情況下，本文提出的多路電流脈沖疊加的方式很