CN109300754A - 一种真空磁控管的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空磁控管的控制系统，包括高压脉冲电源输出高压脉冲至真空磁控管，在真空磁控管和高压脉冲电源之间串接脉冲波形调节电路。本发明的优点在于：通过波形调节电路可以调节脉冲波形，使得真空磁控管的输入脉冲调制器的输出脉冲波形可以调节至满足要求情况；主控制器和脉冲波形处理芯片之间通过电力线载波通信方式连接，芯片与主控制器之间的通信，可以远程查看真空磁控管的工作波形；由于波形调节电路会对脉冲功率产生损耗，当检测到的电源输出波形符合要求，此时切换开关直接将电源输出连接至真空磁控管，减少损耗，否则经过调节电路后送入到真空磁控管。

Description

一种真空磁控管的控制系统
技术领域
本发明涉及真空磁控管领域，特别涉及一种真空磁控管的控制系统。
背景技术
高压调制器是加速器不可或缺的部分，随着技术的发展，高压调制器多种多样，固态脉冲调制器以其优越的性能，被广泛应用；但是高压调制器负载的种类也随之多样化，如其中一种负载为真空磁控管，真空磁控管对高压调制器的波形要求也越来越苛刻。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种真空磁控管的控制系统，用于控制真空磁控管的工作，可以调节真空磁控管的输入脉冲波形。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种真空磁控管的控制系统，包括高压脉冲电源输出高压脉冲至真空磁控管，在真空磁控管和高压脉冲电源之间串接脉冲波形调节电路。
第一脉冲信号采集模块采集真空磁控管输入端的输出高压脉冲，所述第一脉冲信号采集模块与脉冲信号处理芯片连接，所述脉冲信号处理芯片与主控制器连接，所述主控制器与显示器连接，用于显示处理后的高压脉冲波形。
第二脉冲信号采集模块采集高压脉冲电源输出端的输出高压脉冲信号，所述第二脉冲信号采集模块与脉冲信号处理芯片连接。
在脉冲波形调节电路和高压脉冲电源之间设置切换开关，所述切换开关将高压脉冲电源的输出分两路输入到真空磁控管：一路是直接输出高压脉冲信号至真空磁控管，另一路通过脉冲波形调节电路至真空磁控管，所述切换开关与主控制器连接。
所述脉冲波形调节电路包括电感L和固态开关管V1，所述电感L串接在高压脉冲电源和真空磁控管之间，固态开关管V1的漏极和源极分别并联在电感L两端，所述固态开关管的栅极与主控制器连接，用于接收主控制器的控制信号以控制固态开关管的导通与关断。
所述脉冲信号处理芯片对采集的脉冲波形信号进行处理，判断波形是否符合要求并将判断结果发送给主控制器。
所述主控制器与温度采集模块连接，所述温度采集模块采集真空管的温度数据；所述主控制器与报警器连接，在脉冲波形调节电路接入回路后，此时接收到脉冲信号处理芯片的判断结果仍然为不符合要求且温度数据大于预设阈值时，此时主控制器控制报警器发出报警信号。
所述主控制器与高压脉冲电源连接，用于在报警后调节高压脉冲电源的输出功率。
本发明的优点在于：通过波形调节电路可以调节脉冲波形，使得真空磁控管的输入脉冲调制器的输出脉冲波形可以调节至满足要求情况；主控制器和脉冲波形处理芯片之间通过电力线载波通信方式连接，芯片与主控制器之间的通信，可以远程查看真空磁控管的工作波形；由于波形调节电路会对脉冲功率产生损耗，当检测到的电源输出波形符合要求，此时切换开关直接将电源输出连接至真空磁控管，否则经过调节电路后送入到真空磁控管；调节电路采用电感和开关管并联组成，而开光管的压降又不损耗功率，这种方式的调节电路产生的功率损耗也小。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明结构框图；
图2为本发明真空管波形调节原理示意图；
图3为本发明真空管波形调节等效电路图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，一种真空磁控管的控制系统，包括高压脉冲电源输出高压脉冲至真空磁控管，在真空磁控管和高压脉冲电源之间串接脉冲波形调节电路。通过脉冲波形调节电路对高压脉冲进行调节，使得脉冲符合要求。
第一脉冲信号采集模块采集真空磁控管输入端的输出高压脉冲，第二脉冲信号采集模块采集高压脉冲电源输出端的输出高压脉冲信号，第一脉冲信号采集模块、第二脉冲信号采集模块分别与脉冲信号处理芯片连接，脉冲信号处理芯片通过电力线载波通信模块与主控制器连接，主控制器与显示器连接，用于显示处理后的高压脉冲波形。
在脉冲波形调节电路和高压脉冲电源之间设置切换开关，切换开关将高压脉冲电源的输出分两路输入到真空磁控管：一路是直接输出高压脉冲信号至真空磁控管，另一路通过脉冲波形调节电路至真空磁控管，切换开关与主控制器连接，接收主控制器的控制信号来切换。
主控制器为上位机，通过上位机对波形采集及显示，方便上位机监控。方便了解脉冲电源的输出以及经过脉冲信号调节电路后输出脉冲信号。上位机采用工业计算机实现或采用PLC控制器实现。脉冲信号处理芯片对采集的脉冲波形信号进行处理，判断波形是否符合要求并将判断结果发送给主控制器(通过获取的信号波形计算出波形前后延时间以及顶部不平度等信息，然后根据这些信息判断是否符合预设要求)。脉冲信号处理芯片根据脉冲电源输出端的脉冲信号判断此时波形是否满足要求并将判断结构发送给主控制器，主控制器在判断结果为符合要求时，控制切换开关将脉冲电源直接与真空磁控管连接；主控制器在判断结果为不符合要求时，此时切换成脉冲电源输出经过脉冲波形调节电路后发送至真空磁控管。
由于脉冲电源输出脉冲满足要求，此时不需要引入脉冲信号调节电路，减少脉冲波形调节电路对脉冲功率的损耗；一旦脉冲电源输出波形不满足要求，此时，主控制器发出控制信号至切换开关，使得脉冲电源输出经脉冲波形调节电路后输出高压脉冲至真空磁控管。此时，脉冲波形处理芯片根据采集的真空磁控管的输入脉冲信号来判断此时真空磁控管输入脉冲波形是否满足要求，此判断结果发送给主控制器，主控制器根据判断结果分别控制：在真空磁控管的输入信号满足要求时，此时说明在接入脉冲波形调节电路后，脉冲波形调节电路对波形调节满足真空磁控管的要求，真空磁控管正常工作，否则说明此时脉冲波形通过波形调节电路也无法满足波形要求，此时需要进一步报警。
在脉冲波形调节电路接入回路后，主控制器接收到根据真空磁控管输入信号波形的判断结果，若此结果仍未满足要求，此时主控制器控制报警信号发出一级报警信号；此时虽然脉冲波形不满足要求，但是仍然可以驱动真空磁控管的工作，但是需要给出报警提醒；由于脉冲波形不符合要求，容易出现温度异常情况，主控制器与温度采集模块连接，温度采集模块采集真空管的温度数据，在脉冲波形调节电路接入回路后，输入到真空磁控管的高压脉冲仍然为不符合要求且温度数据大于预设阈值时，此时主控制器控制报警器发出报警信号，此时报警信号为二极报警，此时温度很有可能使得真空磁控管寿命下降甚至直接烧坏。采用两级报警：一级报警为间歇性发出报警声，用于提醒真空磁控管的输入脉冲波形不符合要求；二级报警为持续性发出报警声，此时由于温度原因加上脉冲波形不符合要求，容易损耗真空磁控管，此时需要持续发出报警声，以提醒工作维修人员。为了避免温度的上升，主控制器发出控制信号至高压脉冲电源，用于在报警后调节高压脉冲电源的输出功率，降低功率，减少发热，给检修人员提供时间。
传统脉冲波形调节电路会造成功率损耗，所以在脉冲电源输出波形正常满足条件时，波形调节电路不介入回路，当接入回路后为了进一步减少损耗，脉冲波形调节电路包括电感L和固态开关管V1，电感L串接在高压脉冲电源和真空磁控管之间，固态开关管V1的漏极和源极分别并联在电感L两端，所述固态开关管的栅极与主控制器连接，用于接收主控制器的控制信号以控制固态开关管的导通与关断。
由于采用上述电路原理形式，减小了网络在回路中的功率损耗，从而降低了固态脉冲调制器的总功耗；由于固态开关V1的电流由固态开关V1的栅极电压控制，在放电的过程中通过调节固态开关V1的栅极电压来调节回路的电流，控制电感L1上电流上升的时间，从而改善脉冲波形，使得电路形式不受调制器的工作方式控制，应用范围广。
由电感L1和固态开关V1组成的波形调节电路，由电感L1和固态开关V1并联后与负载串联。电感L1的电感量是在大致的计算出参数后，需要根据实际应用电路加电的波形调整，从而得到最佳补偿。放电开关V1为MOS管，根据放电电流和电压来确定固态开关V1的具体参数，从而确定固态开关的优选型号。
根据MOS管工作在放大区的特性，可以通过控制固态开关V1的栅极电压来控制固态开关V1的电流，与固态开关V1的压降无关，从而降低产生的高压脉冲在该电路上的功率损耗。利用电感L1根据电流不能突变的原理，在脉冲开始时，电感L1上的初始电流为零。随着时间的增长，电感L1上的电流逐渐增加，由于回路中的电流是由固态开关V1的栅极电压控制。可以通过控制固态开关V1的栅极电压来控制电感L1上的电流上升时间，这样更利于改善脉冲波形。
固态开关V1为MOS管(常见的种类有三极管、IGBT管、晶闸管等)，工作在放大区，与电感L1并联，其特性为MOS管小的栅极电压可以控制大的漏极电流，即通过固态开关V1的电流取决于通过固态开关V1的栅极电压，与固态开关V1两端的电压无关，可以通过调节固态开关V1的栅极电压来控制固态开关V1的电流。在脉冲形成时，电感L1上的电流不能突变，电感L1上没有电流通过，电容C1中的放电电流全部通过固态开关V1。由于固态开关V1工作在放大区，可以通过控制固态开关V1的栅极电压来控制放电回路的电流，从而控制固态开关V1上的压降。随着时间的增长，电感L1上的电流逐渐增加，从而改善脉冲波形。
如图2所示，电源分机输出高压脉冲，经过开关连接波形调节电路的电感L1的一端，电感L1的另一端连接耦合变压的1号引脚，电感L1的两端分别连接开关管V1的漏极和源极，其栅极G由主控制器控制，这里开关即为切换开关，通过切换开关将高压脉冲电源直接与真空磁控管的耦合变压器的输入端连接或者经过波形调节电路与耦合变压器的输入端连接，然后经过耦合变压器升压后输入到真空磁控管的脉冲输入端。其等效电路图如3，是一种简化电路，由于开关管V1的压降不会对脉冲电源的功率损耗，仅电感L1的损耗，可以说功率损耗非常小，改善脉冲波形方便(仅需要控制开关管V1的栅极电压即可)，应用范围广。
本发明采用的电感L1与开关管V1并联组成的可控波形调节电路相对于现有技术具有的特点分析：传统的用于脉冲波形改善的电路有：LR电路和RC电路。其中，LR电路指的是电阻R和电感L并联后与负载串联：在脉冲开始时，电感L上是几乎没有电流，放电时的电流全部通过电阻R，因此电阻R上的压降较大，随着时间的增长，电感L上的电流在增加，电路的等效阻抗在减小，两端的电压也逐渐的在减少，从而改善脉冲波形。但是在改善波形的同时，使得线路和功率损耗有所增加；RC电路指的是电阻R和电容C串联后与负载并联：在脉冲开始时，电容C相当于短路，电阻R与负载并联，使调制器的等效阻抗减小，在脉冲顶部时间内，电容C逐渐充电，通过RC的电路在减小，负载的等效阻抗在增大，脉冲结束时，调制器的电流主要流过负载，从而改善了脉冲波形。该方法也存在一定的弊端，要求调制器的工作方式为恒流工作，且电容C上的耐压为负载上的电压，电阻R上的功率损耗约为负载功率的10％，这对于大功率的调制器来说应用是受限制的。而本申请来说，损耗可以说微乎其微，对脉冲功率损耗非常小便于实现。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种真空磁控管的控制系统，其特征在于：包括高压脉冲电源输出高压脉冲至真空磁控管，在真空磁控管和高压脉冲电源之间串接脉冲波形调节电路。
2.如权利要求1所述的一种真空磁控管的控制系统，其特征在于：第一脉冲信号采集模块采集真空磁控管输入端的输出高压脉冲，所述第一脉冲信号采集模块与脉冲信号处理芯片连接，所述脉冲信号处理芯片与主控制器连接，所述主控制器与显示器连接，用于显示处理后的高压脉冲波形。
3.如权利要求1或2所述的一种真空磁控管的控制系统，其特征在于：第二脉冲信号采集模块采集高压脉冲电源输出端的输出高压脉冲信号，所述第二脉冲信号采集模块与脉冲信号处理芯片连接。
4.如权利要求3所述的一种真空磁控管的控制系统，其特征在于：在脉冲波形调节电路和高压脉冲电源之间设置切换开关，所述切换开关将高压脉冲电源的输出分两路输入到真空磁控管：一路是直接输出高压脉冲信号至真空磁控管，另一路通过脉冲波形调节电路至真空磁控管，所述切换开关与主控制器连接。
5.如权利要求1所述的一种真空磁控管的控制系统，其特征在于：所述脉冲波形调节电路包括电感L和固态开关管V1，所述电感L串接在高压脉冲电源和真空磁控管之间，固态开关管V1的漏极和源极分别并联在电感L两端，所述固态开关管的栅极与主控制器连接，用于接收主控制器的控制信号以控制固态开关管的导通与关断。
6.如权利要求1或2所述的一种真空磁控管的控制系统，其特征在于：所述脉冲信号处理芯片对采集的脉冲波形信号进行处理，判断波形是否符合要求并将判断结果发送给主控制器。
7.如权利要求4所述的一种真空磁控管的控制系统，其特征在于：所述主控制器与温度采集模块连接，所述温度采集模块采集真空管的温度数据；所述主控制器与报警器连接，在脉冲波形调节电路接入回路后，此时接收到脉冲信号处理芯片的判断结果仍然为不符合要求且温度数据大于预设阈值时，此时主控制器控制报警器发出报警信号。
8.如权利要求4所述的一种真空磁控管的控制系统，其特征在于：所述主控制器与高压脉冲电源连接，用于在报警后调节高压脉冲电源的输出功率。
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