【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种加速器，特别是关于一种时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法及电源拓扑结构。
技术介绍
1、加速器是一种利用电磁场将分子、离子等带电粒子加速至高能量的人工射线装置，它不仅是探索未知微观世界、揭示宇宙自然基本规律的重要工具，也在航空航天、工业生产、生物农业、医疗卫生等方面发挥这不可替代的作用。特别是在肿瘤治疗方面，由于离子束对生物体的照射具有倒转的深度剂量分布和较高的相对生物学效应，在杀死肿瘤细胞的同时能够更好的避免对正常细胞的伤害，使得离子治癌成为当今国际上先进有效的癌症放射治疗方法。同步加速器是目前技术先进、发展速度最快的加速器类型，相比于直线加速器和回旋加速器具有难以替代的优点：1）同步加速器加速过程中束流稳定约束在固定的轨道上，因此在中高能束流应用装置上具有装置规模和造价方面的优势；2）同步加速器的能量可以通过引出平台的电流灵活的调节，实现真正的“无极变速”，而且没有感生放射性问题；3）同步加速器可以兼容多种离子，方便医生根据不同种类离子杀灭肿瘤细胞的特点灵活选择治疗方案。
2、治疗装置市场推广过程中的一个难点在于装置占地面积，目前成熟的高品质医院大多位于城市中心繁华地带，院区很难提供大面积土地用于装置建设，医院周边土地征用的难度也很大。治疗装置市场推广过程中的另一个难点在于装置建设成本。加速器治疗装置建设成本是一次性投入，例如我国重离子癌症治疗装置的价格为6~8亿元，远远超过一般医疗设备价格，超过大多数医院承受能力，因此目前加速器治疗装置的建设是以省份为单位。降低装置建设成本，不仅可以使加速器治
3、加速器通常由磁铁系统、电源系统、真空系统、高频系统、束流诊断系统、控制系统以及冷却水、通风空调、配电等配套设施组成，其中电源系统是加速器系统最关键的系统之一，它的作用是根据物理要求产生高精度的电流，驱动磁铁产生所需的磁场，实现对束流的偏转、聚焦等操作。电源系统是加速器装置造价中占比较高的系统，通常可以达到总造价的30%~40%，主要原因包括：首先加速器电源数量庞大，由于加速器束流调试需求，除极少数串联供电的磁铁外，大多磁铁采用一对一的电源进行驱动，电源与磁铁数量相当；其次加速器电源是一个高精度、宽范围、大功率的电流源，要求在10%~100%甚至是-100%~100%额定电流范围内，电流精度达到1×10-4，功率范围可以从kw到mw；最后加速器装置属于非标产品，磁铁电源都是单独设计，难以实现参数的统一。
4、综上所述，电源系统是加速器的重要组成部分，传统的电源系统配置方法，造成电源数量大、造价高、占地面积大、维护成本高，严重影响了小型化加速器装置、特别是医用癌症治疗装置的推广和运行维护。
技术实现思路
1、为了解决现有癌症治疗装置中电源系统存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法及电源拓扑结构，可以在不影响装置整体性能的前提下，大幅降低电源数量，从而大幅降低癌症治疗装置造价、装置占地面积和运行维护费用，有助于提升癌症治疗装置的市场竞争力。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术采取的技术方案为：一种时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法，其包括：将每个磁铁设定一个电源开关，所有磁铁的电源开关并联至同一加速器磁铁电源；根据磁铁的物理要求设定加速器磁铁电源的开关控制时序，由开关控制时序接通或断开目标磁铁的供电，以为目标磁铁励磁。
3、进一步，根据不同磁铁设置不同的pid调节参数，以为不同的磁铁励磁前将pid参数调整至与目标磁铁匹配。
4、第二方面，本专利技术采取的技术方案为：一种基于上述时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法的电源拓扑结构，其包括：电流变换器、电源控制器、电流传感器和时分复用开关电路；
5、电流变换器，与供电电网连接，用于将电网电能整流、pwm斩波后变换成符合物理要求的电流，以驱动同步加速器中的磁铁产生磁场；
6、时分复用开关电路，其控制端与电源控制器的输出端连接，时分复用开关电路的输出端与各磁铁并联；
7、电流传感器，设置在电流变换器的输出端，以将实时测量的电流变换器的输出电流发送至电源控制器；
8、电源控制器，分别与电流变换器和时分复用开关电路连接，用于控制电流变换器的输出电流；以及，控制时分复用开关电路的开断，以为接通的目标磁铁励磁。
9、进一步，时分复用开关电路包括若干并联的时分复用开关，时分复用开关的总数量与同步加速器中的磁铁数量对应。
10、进一步，时分复用开关采用单掷或双掷接触器，或采用单管、半桥或全桥igbt开关器件。
11、进一步，电源控制器与电流变换器连接，将接收到的电流传感器测得的电流变换器输出电流与物理控制给定的电流进行比较，根据比较结果调整电流变换器的pwm斩波脉宽，降低输出电流与物理给定电流之间的偏差，通过反复迭代获得高精度的输出电流。
12、进一步，电源控制器与时分复用开关电路连接，用于控制时分复用开关电路按照物理控制要求将电流变换器接通目标磁铁、断开非目标磁铁，以为目标磁铁励磁。
13、进一步，在常温磁铁两端并联续流二极管，或并联能实现续流功能的功率元件。
14、进一步，当磁铁为全超导磁铁同步加速器中的超导磁铁时，还包括超导开关和短路开关加热丝电源；
15、超导开关，设置若干个，其并联在超导磁铁的两端，并与短路开关加热丝电源连接；其中，每个超导开关内都包括超导开关加热丝和用于将超导磁铁内线圈短路的超导线；
16、短路开关加热丝电源，其一端与外部供电电源连接，另一端与电源控制器连接，短路开关加热丝电源内设置有多个并联的控制开关，多个控制开关的开断由电源控制器控制；
17、每个控制开关分别对应连接一个超导开关中的超导开关加热丝，以使超导开关加热丝加热升温，使超导线受热升温变成非超导状态，进而改变超导磁铁线圈内的电流。
18、进一步，短路开关加热丝电源与电源控制器连接，电源控制器通过控制开关以控制短路开关加热丝电源为目标超导磁铁中的超导开关加热丝供电加热，将超导开关变为电阻态，待超导磁铁线圈内的电流达到目标电流后，经控制开关将短路开关加热丝电源断开，超导开关加热丝停止加热，超导开关恢复超导态。
19、采取本专利技术以上技术方案后的加速器装置具有突出的特点，具体为：
20、1、面积小：该拓扑结构可以将同步加速器磁铁电源数量降低30%~90%，从而有效的电源占地面积、功耗以及配电功率，降低加速器装置用地和配套需求。
21、2、造价低：电源系统是加速器装置造价中占比较高的系统，通常可以达到总造价的30%~40%，该拓扑结构可以将同步加速器磁铁电源数量降低，从而有效降低装置整体造价，有利于同步加速器装置的推广应用。
22、3、绿色节能：该拓扑结构在磁铁本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法，其特征在于，根据不同磁铁设置不同的PID调节参数，以为不同的磁铁励磁前将PID参数调整至与目标磁铁匹配。
3.一种基于如权利要求1或2所述时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法的电源拓扑结构，其特征在于，包括：电流变换器（1）、电源控制器（2）、电流传感器（3）和时分复用开关电路（4）；
4.如权利要求3所述电源拓扑结构，其特征在于，时分复用开关电路（4）包括若干并联的时分复用开关，时分复用开关的总数量与同步加速器中的磁铁数量对应。
5.如权利要求4所述电源拓扑结构，其特征在于，时分复用开关采用单掷或双掷接触器，或采用单管、半桥或全桥IGBT开关器件。
6.如权利要求3所述电源拓扑结构，其特征在于，电源控制器（2）与电流变换器（1）连接，将接收到的电流传感器（3）测得的电流变换器（1）输出电流与物理控制给定的电流进行比较，根据比较结果调整电流变换器（1）的PWM斩波脉宽，降低输出电流与物理给定电流之间的偏差
7.如权利要求3所述电源拓扑结构，其特征在于，电源控制器（2）与时分复用开关电路（4）连接，用于控制时分复用开关电路（4）按照物理控制要求将电流变换器接通目标磁铁、断开非目标磁铁，以为目标磁铁励磁。
8.如权利要求3所述电源拓扑结构，其特征在于，在常温磁铁两端并联续流二极管，或并联能实现续流功能的功率元件。
9.如权利要求3所述电源拓扑结构，其特征在于，当磁铁为全超导磁铁同步加速器中的超导磁铁时，还包括超导开关（6）和短路开关加热丝电源（8）；
10.如权利要求9所述电源拓扑结构，其特征在于，短路开关加热丝电源（8）与电源控制器（2）连接，电源控制器（2）通过控制开关以控制短路开关加热丝电源（8）为目标超导磁铁中的超导开关加热丝（7-n）供电加热，将超导开关（6）变为电阻态，待超导磁铁线圈内的电流达到目标电流后，经控制开关将短路开关加热丝电源（8）断开，超导开关加热丝（7-n）停止加热，超导开关（6）恢复超导态。
...【技术特征摘要】
1.一种时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法，其特征在于，根据不同磁铁设置不同的pid调节参数，以为不同的磁铁励磁前将pid参数调整至与目标磁铁匹配。
3.一种基于如权利要求1或2所述时分复用加速器磁铁电源拓扑设计方法的电源拓扑结构，其特征在于，包括：电流变换器（1）、电源控制器（2）、电流传感器（3）和时分复用开关电路（4）；
4.如权利要求3所述电源拓扑结构，其特征在于，时分复用开关电路（4）包括若干并联的时分复用开关，时分复用开关的总数量与同步加速器中的磁铁数量对应。
5.如权利要求4所述电源拓扑结构，其特征在于，时分复用开关采用单掷或双掷接触器，或采用单管、半桥或全桥igbt开关器件。
6.如权利要求3所述电源拓扑结构，其特征在于，电源控制器（2）与电流变换器（1）连接，将接收到的电流传感器（3）测得的电流变换器（1）输出电流与物理控制给定的电流进行比较，根据比较结果调整电流变换器（1）的pwm斩波...
【专利技术属性】
技术研发人员：申国栋，杨建成，高大庆，原有进，阮爽，郭洪亮，吴凤军，王晓俊，杨维青，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。