[发明专利]一种热阴极脉冲高压电子枪的电源系统

说明书

本发明公开一种热阴极脉冲高压电子枪的电源系统，包括充电电源，充电隔离电阻，灯丝电源供电网络，MarX脉冲发生器，灯丝电源，充电电源通过充电隔离电阻给灯丝电源供电网络中电容、MarX脉冲发生器中电容充电；灯丝电源供电网络为灯丝电源供电，灯丝电源为电子枪加热灯丝供电，MarX脉冲发生器的脉冲高压端接电子枪阴极，接地端连接电子枪阳极。本发明电源系统的脉冲高压部分采用MarX脉冲发生器结构，全部使用固态器件，并采用模块化设计，每个模块包含多级MarX电路单元，多个模块之间串联以达到总级数要求，储能级数方便调节，具有很好的实用价值。

技术领域

本发明涉及真空电子及电源领域，尤其涉及一种热阴极脉冲高压电子枪的电源系统。

背景技术

电子束源在微波、加速器、X射线照相和电子束辐照等领域有广泛的应用。电子枪是电子束源最为核心的部分，基本上决定了电子束源的绝大多数参数。热阴极脉冲高压电子枪是电子枪的一种，需要一定的加热功率和合理的加热结构给阴极加热，一般采用灯丝来加热，灯丝连接在阴极和灯丝端之间；受热的阴极在表面不断聚集电子，在阳极电场的作用下，电子逸出形成具有一定速度的电子流。因此，热阴极脉冲高压电子枪的正常工作需要脉冲高压电源及阴极灯丝电源的共同配合。

MarX发生器作为一种脉冲高压电源，是一种不需要脉冲变压器和高压输入的脉冲功率电源，其结构简单，容易控制，固态开关的使用使得MarX发生器结构更加紧凑、重量更加轻便、可控性更好。近年来，MarX发生器被广泛应用于高功率微波、高功率激光、电磁发射等领域。

灯丝电源为灯丝提供加热功率，直接浮动工作在阴极的脉冲高压电位上。灯丝电源一般采用线性稳压电路或开关转换电路来实现，大多采用稳压限流方式，具有过压保护、过流保护、软启动等功能。在没有脉冲变压器的脉冲高压电源中，灯丝电源的供电需要一个隔离高压的变压器，从前级给灯丝电源隔离供电；隔离变压器的隔离电压为阴极的脉冲电压值。脉冲电压值越高，隔离变压器的隔离电压也越高，这将造成隔离变压器的体积和重量成比例增大。

在热阴极脉冲高压电子枪的应用中，采用MarX发生器作为脉冲高压源能提高工作频率、集成度和可控性，但是灯丝电源的供电需要高压隔离变压器，即使小功率的灯丝电源也需要较大体积和重量的隔离变压器，这不利于减小系统总体积和重量，且增加MarX发生器的级数就需要对隔离变压器进行更改。因此，需要一种新型的MarX固态脉冲发生器和灯丝电源配合供电的电源系统，不需要隔离变压器即可正常工作，且MarX发生器的级数方便调节，利于系统的小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对热阴极脉冲高压电子枪，提出一种热阴极脉冲高压电子枪的电源系统，通过采用MarX脉冲发生器作为脉冲高压源，在MarX脉冲发生器的第一级脉冲储能单元上并联灯丝电源供电网络作为电子枪灯丝电源供电的电源系统结构，省去了隔离供电变压器，同时MarX脉冲发生器采用多模块结构，利于电子枪电源系统的小型化和轻量化，具有很好的使用效果。

本发明包括如下技术方案：一种热阴极脉冲高压电子枪的电源系统，包括充电电源，充电隔离电阻，灯丝电源供电网络，MarX脉冲发生器，灯丝电源，其中：

充电电源通过充电隔离电阻给灯丝电源供电网络中电容、MarX脉冲发生器中电容充电；灯丝电源供电网络为灯丝电源供电，灯丝电源为电子枪加热灯丝、阴极供电，MarX脉冲发生器的脉冲高压端接电子枪阴极，接地端连接电子枪阳极。

所述的灯丝电源供电网络包括隔离二极管D1、隔离二极管D2、灯丝供电电容C；隔离二极管D1与灯丝供电电容C串联后通过隔离二极管D2并联到MarX脉冲发生器，灯丝供电电容C为灯丝电源供电。

所述的灯丝供电电容C的电压为灯丝供电电容C的70％正常工作电压时，灯丝电源开始工作。