一种基于等离子体电流的低杂波输出功率控制方法与流程

本发明主要涉及磁约束核聚变领域的高功率微波系统功率控制技术领域，尤其涉及一种基于等离子体电流的低杂波输出功率控制方法。

背景技术：

低杂波是目前EAST上非常有效的电流驱动和辅助加热手段之一，低杂波系统的核心是速调管，速调管输入小功率射频信号和直流高压，输出高功率微波信号，经传输线和天线耦合进托卡马克中的等离子体。等离子体实质是低杂波系统的非匹配负载，当EAST中等离子体破裂时，会出现负载失配，此时应及时关闭低杂波的功率输出以避免高反射；而当等离子体难以建立时，又需要低杂波在等离子体击穿和爬升阶段输出功率，实现等离子体的预电离。等离子体参数众多，其中等离子体电流I_p能直接反映等离子的状态和性质，本发明提出了一种EAST上基于等离子体电流的低杂波功率控制方法，既能实现对等离子体的预电离，又能完成无等离子时的低杂波保护。该方法已经应用到EAST 4MW/2.45GHz和6MW/4.6GHz两套低杂波控制系统中。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于等离子体电流的低杂波输出功率控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于等离子体电流的低杂波输出功率控制方法，EAST低杂波总控台采用基于PXI平台的测量模块，包含两路模拟输入通道和一路模拟输出通道，两路输入通道分别采集来自EAST总控的低杂波投入Trig_LHCD信号和I_p信号，Trig_LHCD信号为一个高电平脉冲，Trig_LHCD信号同时发送给高压电源，通知电源投入，I_p信号则是与等离子体电流成线性比例关系的一路电压信号，微波源本振经功分放大器放大后的信号输入进低杂波速调管，本振上有一受外部电压信号控制的PIN开关，EAST低杂波总控的一路模拟输出用以控制PIN开关，来封锁或打开本振输出，本振一般处于常关状态，EAST低杂波总控台实时监听来自EAST总控的炮号信息，有新炮号到来则表明下一次放电已经开始，总控台立即采集Trig_LHCD和I_p，一旦Trig_LHCD高电平上升沿有效，则打开PIN开关，同时等待一段时间T后，对I_p值进行判断，若I_p值低于保护值I_stop，则立即输出PIN关断信号，封锁本振，切断速调管射频输入，从而停止低杂波功率输出，其中等待时间T和保护值I_stop均软件可调。

本发明可以在不涉及速调管高压电源的前提下独立控制低杂波输出功率的通断，易于实现，具有方便经济快速的特点。

本发明的优点是：1、本发明通过引入等待时间T，从低杂波投入时刻开始，低杂波可以在T时间段内持续输出功率。当T大于零时，低杂波处于预电离模式，通过改变T的大小，可以灵活设置预电离的时长。

2、本发明在时间T之后判断I_p，可以实现预电离之后的无等离子体保护，有效避免高反射的发生。I_stop根据等离子体的放电情况设置，能够适应不同的放电模式。

3、本发明通过封锁微波源本振切断速调管的输入，可以在速调管阴极加载高压电源的情况下关闭低杂波的功率输出，而不必紧急停止速调管高压电源的工作，避免触发引燃管，节省了引燃管的恢复时间，延长了引燃管的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的硬件结构图。

图2是低杂波输出功率控制流程。

具体实施方式

如图1、2所示，一种基于等离子体电流的低杂波输出功率控制方法，EAST低杂波总控台2采用基于PXI平台的测量模块，包含两路模拟输入通道和一路模拟输出通道，两路输入通道分别采集来自EAST总控1的低杂波投入Trig_LHCD信号4和I_p信号5，Trig_LHCD信号4为一个高电平脉冲，Trig_LHCD信号4同时发送给高压电源，通知电源投入，I_p信号则是与等离子体电流成线性比例关系的一路电压信号，微波源本振经功分放大器8放大后的信号输入进低杂波速调管9，本振上有一受外部电压信号控制的PIN开关7，EAST低杂波总控2的一路模拟输出用以控制PIN开关7，来封锁或打开本振输出，本振一般处于常关状态，EAST低杂波总控台2实时监听来自EAST总控1的炮号信息，有新炮号到来则表明下一次放电已经开始，总控台立即采集Trig_LHCD4和I_p5，一旦Trig_LHCD高电平上升沿有效，则打开PIN开关7，同时等待一段时间T后，对I_p值进行判断，若I_p值低于保护值I_stop，则立即输出PIN关断信号，封锁本振，切断速调管9射频输入，从而停止低杂波功率输出，其中等待时间T和保护值I_stop均软件可调。

1、为低杂波总控台2安装基于PXI总线技术的机箱PXIe-1062Q和采集卡PXIe-6259，将EAST总控1送来的Trig_LHCD 4和I_p信号5经过隔离后，以单端模式接入采集卡的ai0和ai1两个电压采集通道。

2、低杂波总控台创建包含ai0和ai1两个模拟输入通道的连续采集任务aitask和包含一个模拟输出通道ao0的模拟输出任务aotask，并创建一个过期时间为T的定时器timer，同时监听本地网络端口。

3、低杂波总控监听到EAST总控通过控制网3发送炮号到来时，然后启动aitask，并一直检查ai0的当前电压值是否大于3V，一旦大于3V，表明Trig_LHCD到来，启动aotask输出一个0V低电平信号6，打开本振，并启动定时器timer。当timer到期后将ai1的当前值换算成I_p并与I_stop比较，如果当前I_p小于等于I_stop，启动aotask，输出一个5V高电平至低杂波本振PIN开关7，封锁本振，切断速调管射频输入，从而停止低杂波功率输出。