[发明专利]一种踢轨磁铁的脉冲电源

说明书

本发明公开了一种踢轨磁铁的脉冲电源，包括：高压电源模块、低压电源模块、功率转换单元和数字控制器模块；功率转换单元包括开关管和二极管，用于控制能量在所述踢轨磁铁和储能电容之间有序流动；数字控制器模块一端接收外部触发控制信号，一端连接所述功率转换单元，另一端对输出的电流信号进行采样；脉冲电源输出电流波形由外部触发信号控制，触发信号的上升沿为升流命令，触发信号的下降沿为降流命令，通过数字控制器模块驱动功率转换单元中的开关器件，以实现高电压快速升流，低电压稳流，降低输出电流纹波。如此，本发明的电源输出电流波形可为梯形波，重复频率可达上千赫兹，而且电源可以工作在直流模式。

技术领域

本发明属于质子重离子治疗中脉冲功率电源领域，更具体地，涉及一种踢轨磁铁的脉冲电源。

背景技术

在基于回旋加速器的质子治疗装置中，通常采用点扫描技术作为治疗终端扫描方式。从回旋加速器引出的250MeV连续束流质子束，经过能量选择段将固定能量质子束变化为70MeV-240MeV连续能量可调的质子束，而后经过相应的束流输运线进入到治疗室中。在采用笔型束点扫描的治疗过程中，质子束需要打入病人几个毫秒，而后需要切换至下一个照射点。在点与点切换和能量切换的过程中，需要一个快速的束流开关来以减小不必要的辐射剂量，而且需要可以工作在直流模式，在故障情况下为治疗系统提供一个快速的安全联锁。为了实现这一功能，通常有两种方式：第一种是静电偏转板方案，采用安装在回旋加速器中心第一圈的静电偏转板，在质子束未加速到高能粒子之前将其踢出回旋加速器；第二种是快速踢轨磁铁方案，应用安装在加速器后的踢轨磁铁系统，将固定束流能量的质子束快速打偏至下游法拉第杯中。在华中科技大学质子治疗系统中，踢轨磁铁系统将作为主要的束流打偏方式，静电偏转板方案作为备选方式和冗余设计。

在加速器领域中，踢轨磁铁脉冲电源一般有：注入/引出kicker磁铁脉冲电源，凸轨磁铁脉冲电源和切割磁铁正弦波脉冲电源等。现有的踢轨磁铁电源方案可以实现类梯形波或类正弦波输出，重复频率最高可达千兆赫兹，但是很难同时兼顾输出类梯形波、重复频率达到上千赫兹，而且可以工作在直流模式。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种踢轨磁铁的脉冲电源，其目的在于实现电源输出电流波形为梯形波，重复频率可达上千赫兹，而且电源可以工作在直流模式。

为实现上述目的，本发明提供了一种踢轨磁铁的脉冲电源，包括：

高压电源模块和低压电源模块，用于将交流电压信号转换为直流电压信号；

功率转换单元，包括开关管和二极管；所述高压电源模块和低压电源模块与所述功率转换单元连接；

数字控制器模块，第一端接收外部触发控制信号，第二端连接所述功率转换单元，第三端对踢轨磁铁输出的电流信号进行采样；

当检测到所述外部触发控制信号的上升沿时，所述数字控制器模块通过控制所述功率转换单元中开关管的导通与关断，使所述高压电源模块工作，从而使所述踢轨磁铁升流；当检测到输出的电流信号达到预设值时，所述低压电源模块工作，维持输出的电流信号不变；当检测到所述外部触发控制信号的下降沿时，所述高压电源模块和所述低压电源模块均不工作，由所述踢轨磁铁中的能量对储能电容充能，直至输出的电流信号降为零。

进一步地，还包括：一组输出滤波器模块，用于在输出的电流信号降为零后与所述踢轨磁铁形成一个高阻尼振荡。

进一步地，所述输出滤波器模块为LCR滤波器。

进一步地，所述功率转换单元包括三组IGBT开关管G1、G2、G3和三组二极管D1、D2、D3；每组IGBT开关管至少包括一个IGBT开关管，每组二极管至少包括一个二极管；

所述数字控制器模块第二端连接所述功率转换单元，输出两路开关信号和一路PWM驱动信号，输出所述两路开关信号的端口分别连接IGBT开关管G1和G3的栅极，输出所述一路PWM驱动信号的端口连接IGBT开关管G2的栅极；