[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及恒流电源技术，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。

背景技术

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。

对比发明专利“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。

发明内容

本发明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。