一种节能的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场脉冲电源制造技术

本发明专利技术公开了一种节能的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场脉冲电源，涉及恒流电源技术；本发明专利技术所要解决的技术问题是，提供一种节省能耗、延长聚焦线圈使用寿命的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场电源，其特征在于：聚焦磁场电源由恒流限压模块（A）、储能电路（B）、放电电路（C）、脉冲调制控制单元（D）、脉冲电流差值电路（E）和充电限制电压调整电路（F）等组成，其负载为聚焦线圈（N）；由于采用上述结构，该电子束聚焦磁场电源可实现同步脉冲恒流输出，只在电子束发射时提供恒流输出进行聚焦，显著降低电源输出功率，降低聚焦线圈的发热功率，降低电子直线加速器冷却功率，电子直线加速器整机在多个方面达到节能效果。

An energy saving electron beam focused magnetic field pulsed power supply for electron linear accelerator

The present invention discloses a special electron linac beam focusing magnetic field pulse power supply for energy saving, provides a constant current power supply technology; the invention solves the technical problem is to provide an electronic linear accelerator dedicated electronic energy saving and prolonging the service life of the focusing coil beam focusing magnetic field power supply, which is characterized in that the focusing magnetic field the power supply by the constant pressure limiting module (A), storage circuit (B), discharge circuit, pulse modulation (C) control unit (D), pulse current difference circuit (E) and the charging voltage adjustment circuit (F) etc., the load of the focusing coil (N); due to the adoption of the above structure and the electron beam focusing magnetic field power supply can realize constant current output synchronous pulse, only constant current output was focused on electron beam emission, significantly reduce the power output power, reduce the focusing coil The heating power and the cooling power of the electron linear accelerator are reduced, and the energy saving effect of the electronic linear accelerator is achieved in many aspects.

【技术实现步骤摘要】
一种节能的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场脉冲电源
本专利技术涉及恒流电源技术，特别涉及直线电子加速器使用的电子束聚焦磁场脉冲电源。
技术介绍
电子直线加速器中的速调管、加速管要求细而长的电子束,其长度和直径的比值可达100。电子束在渡越过程中由于空间电荷的排斥力,其直径会变大。试验表明,如果没有外加的聚焦措施,大约经过5倍电子束直径的距离,电子束就变得完全不能通过后续的传输机构。要保证速调管、加速管的性能,就必须外加一个稳定的磁场对电子束聚焦，进而需要建立聚焦磁场所需的聚焦磁场电源。要实现恒定的磁场分布，就要求聚焦磁场电源具有电流稳定性高、低纹波等性能。而聚焦线圈是感性和阻性组合性负载，负载阻抗又受温度变化影响，因而现在的聚焦磁场电源都是向聚焦线圈提供高稳定的直流恒流。现有的聚焦磁场电源技术包括三种常见的结构类型。线性控制方式的稳流直流电源:它是利用串联在电源输出回路中的大功率晶体管放大特性来进行工作的，该晶体管起可变电阻的作用。这种电源稳定特性好，响应速度快，但是由于在输出回路中串入了大功率晶体管，所以该类型电源的效率比较低，特别是作为低电压大电流使用时效率更低。开关控制方式的稳流直流电源：参见文章“一种高稳定度速调管聚焦磁场电源的研制.雷达与对抗,2006年01期”。它是利用了IGBT或MOSFET等大功率开关管高速通断的特性，通过控制电源的通断而实现电流或电压的稳定。这类电源具有效率高、体积小的优点，但是电路复杂、纹波大、电磁干扰大。采用开关控制和线性控制相结合的稳流直流电源：解决了开关控制方式纹波大的问题，但是未能消减线性控制方式的低效率，而且电路更加复杂。以上三种方式，都可对聚焦线圈提供连续稳定的直流。但是在直线电子加速器中高能量的电子束一般采用脉冲输出的方式，其加速管和速调管同样工作在脉冲输出的状态，并且真正工作的时间也很短，其占空比都比较小，以CPI-8262系列速调管为例，其工作最大占空比为0.014，同理，配套的加速管也如此。也就是说，至少98%的大部分时间里加速管或速调管内并没有电子输出，此时聚焦磁场的存在并没有起作用。因此在聚束系统的聚焦聚焦线圈中一直加上恒定的电流，产生一直恒定的磁场作用于加速管或速调管，将造成很大的电能浪费，也使系统产生大量的无用热量，加大了散热系统的负担，甚至影响部件和系统的工作热稳定性及寿命。而如果给加速管和速调管的聚焦线圈采用脉冲式恒流电源供电，也即只在电子脉冲输出的时刻同步地提供聚焦电源和聚焦磁场，就可以避免上述这些问题产生。对比专利技术专利“超高速大电流脉冲式恒流源”（专利申请号201610908411X，公开日2016.10.13）利用电容脉冲控制深度负反馈法实现脉冲恒流，通过与电源并联大电容，使负载工作初期主要由电容储存的能量提供，给负载提供一个微秒级别上升沿的脉冲；同时，与负载串联一个大功率达林顿管，保证负载通过数百安培的脉冲电流。该方法虽然实现了脉冲恒流，也提高了效率，但它仅适应负载变化较小的电阻、LED等，当负载变化较大时需要提高电源电压，由于功率达林顿管工作在线型区，VCE电压加大会造成管子发热严重，容易损坏；聚焦线圈是带有感性的负载，上升时间变长，深度负反馈比较容易自激导致电路不稳定。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种电子直线加速器专用电子束聚焦磁场电源，具有节省能耗、延长聚焦线圈使用寿命的特点。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是，一种节能的可同步输出的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场脉冲电源，其特征在于：聚焦磁场电源由恒流限压模块（A）、储能电路（B）、放电电路（C）、脉冲调制控制单元（D）、脉冲电流差值电路（E）和充电限制电压调整电路（F）等组成，其负载为聚焦线圈（N）；恒流限压模块（A）接收市电并输出到储能电路（B），储能电路（B）存储的能量经放电电路（C）对聚焦线圈（N）放电，形成串联放电回路，脉冲调制控制单元（D）输出的前沿提升脉冲信号（P2）、脉冲放电信号（P3）输出到放电电路（C），采样脉冲（P4）输出到脉冲电流差值电路（E）；脉冲电流差值电路（E）接收采样脉冲（P4）和放电电路（C）的脉冲电流峰值（I1）,处理后，形成脉冲电流差值（I4）输出到充电限制电压调整电路（F），处理后输出充电限制电压（V3）；放电电路（C）在前次脉冲放电时，采集脉冲电流峰值（I1）送入脉冲电流差值电路（E）计算出与设定放电峰值电流(I3)的脉冲电流差值（I4），充电限制电压调整电路（F）根据脉冲电流差值（I4）调整充电电压，实现脉冲恒流调节；放电电流与放电电压是线性关系，调节迅速，基本可以一次到位。所述恒流限压模块（A）接收市电输入，两路输出为储能输入（V1）和前沿储能输入（V2），储能输入（V1）采用恒流限压充电方式。所述储能电路(B)接收储能输入（V1），直接连接充电电感（L1）左端，充电电感（L1）右端连接到储能电容（C1）的上端，实现对储能电容（C1）充电；前沿储能输入（V2）直接连接前沿充电电感（L2）左端，前沿充电电感（L2）右端连接到脉冲前沿提升电容（C2）上端，实现对脉冲前沿提升电容（C2）充电，从而实现电容储能。所述放电电路(C)由脉冲前沿放电电路和脉冲放电电路组成，分两阶段放电；第一阶段为脉冲前沿放电，其电路由脉冲前沿提升电容（C2）、前沿提升放电开关管（K2）、聚焦线圈（N）和采样电阻（R1）依次串联；第二阶段为脉冲放电，其电路由储能电容（C1）、放电开关管（K1）、聚焦线圈（N）和采样电阻（R1）依次串联；二极管（D1）与聚焦线圈（N）并联；储能电容（C1）的充电电压上升到设定电压后，脉冲调制控制单元（D）输出的前沿提升脉冲信号（P2），去控制前沿提升放电开关管（K2）导通，脉冲前沿提升电容（C2）向聚焦线圈（N）放电，在关断时，二极管（D1）起电压钳位作用。接着脉冲调制控制单元（D）输出的脉冲放电信号（P3）控制放电开关管（K1）导通，储能电容（C1）对聚焦线圈（N）放电，同时通过采样电阻（R1）采集脉冲电流峰值（I1）；脉冲前沿提升电容(C2)的电压远大于储能电容（C1）电压，脉冲前沿提升电容(C2)又远小于储能电容（C1），这就可以在第一阶段放电电流刚高于聚焦线圈设定电流就进行第二阶段放电，实现脉冲前沿快速提升的效果；放电开关管（K1）、前沿提升放电开关管（K2）都工作在饱和导通状态，导通电阻极小，VCE小，开关管功耗小；采用脉冲输出，输出占空比降低到10%，使整体功耗变小。所述脉冲调制控制单元(D)，接收外部输入的系统同步信号（P1），输出三路分别为脉冲放电信号（P3）、前沿提升脉冲信号（P2）和采样脉冲（P4）；脉冲放电信号（P3）控制放电开关管（K1）导通和关断，前沿提升脉冲信号（P2）控制前沿提升放电开关管（K2）导通和关断，采样脉冲（P4）控制采样保持（SH1）获取脉冲电流峰值（I1）。所述充电限制电压调整电路（F），由电阻（R9）和电位器（R10）串联，分压得到设定充电电压(V4)连接于运放（LM3）的同相端；运放（LM3）的反相端与其输出端并接后，连接于电阻（R11）左端；脉冲电流差值（I4）连接电阻（R16）右端，其左端与电阻（R11）右端和电阻（R12）左端并联于运放（LM4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种节能的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场脉冲电源，包括输入电路、输出电路、恒流控制，其特征在于：所述电源由恒流限压模块（A）、储能电路（B）、放电电路（C）、脉冲调制控制单元（D）、脉冲电流差值电路（E）和充电限制电压调整电路（F）组成，其负载为聚焦线圈（N）；恒流限压模块（A）接收市电并输出到储能电路（B），经放电电路（C）对聚焦线圈（N）放电，形成串联放电回路，脉冲调制控制单元（D）输出的前沿提升脉冲信号（P2）、脉冲放电信号（P3）输出到放电电路（C），采样脉冲（P4）输出到脉冲电流差值电路（E）；脉冲电流差值电路（E）接收采样脉冲（P4）和放电电路（C）的脉冲电流峰值（I1）,处理后，形成脉冲电流差值（I4）输出到充电限制电压调整电路（F），处理后输出充电限制电压（V3）。

【技术特征摘要】
1.一种节能的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场脉冲电源，包括输入电路、输出电路、恒流控制，其特征在于：所述电源由恒流限压模块（A）、储能电路（B）、放电电路（C）、脉冲调制控制单元（D）、脉冲电流差值电路（E）和充电限制电压调整电路（F）组成，其负载为聚焦线圈（N）；恒流限压模块（A）接收市电并输出到储能电路（B），经放电电路（C）对聚焦线圈（N）放电，形成串联放电回路，脉冲调制控制单元（D）输出的前沿提升脉冲信号（P2）、脉冲放电信号（P3）输出到放电电路（C），采样脉冲（P4）输出到脉冲电流差值电路（E）；脉冲电流差值电路（E）接收采样脉冲（P4）和放电电路（C）的脉冲电流峰值（I1）,处理后，形成脉冲电流差值（I4）输出到充电限制电压调整电路（F），处理后输出充电限制电压（V3）。2.如权利要求1所述的一种节能的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场脉冲电源，其特征在于：所述储能电路(B)接收储能输入（V1），连接充电电感（L1）左端，该电感右端连接到储能电容（C1）的上端对其充电；前沿储能输入（V2）连接前沿充电电感（L2）左端，该电感右端连接到脉冲前沿提升电容（C2）上端。3.如权利要求1所述的一种节能的电子直线加速器专用电子束聚焦磁场脉冲电源，其特征在于：所述放电电路(C)由脉冲前沿放电电路和脉冲放电电路组成，分两阶段放电；第一阶段为脉冲前沿放电，其电路由脉冲前沿提升电容（C2）、前沿提升放电开关管（K2）、聚焦线圈（N）和采样电阻（R1）依次串联；第二阶段为脉冲放电，其电路由储能电容（C1）、放电开关管（K1）、聚焦线圈（N）和采样电阻（R1）依次串联；二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光荣，巩新胜，田大军，王剑钢，李传南，
申请(专利权)人：山东蓝孚高能物理技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37