CN109936348A - 脉冲调制器高压稳定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲调制器高压稳定装置及方法，在高压充电电源工作时，略微提高高压充电电源的充电电压，使用高压分压探头采集PFN的电压，并对电压信号进行处理监测，实时比较PFN电源与设定电压的数值。在高压充电电源和脉冲调制器中间增加一个闸流管，当PFN电压达到设定值时，截止闸流管，停止充电，从而保证PFN电压稳定性。

Description

脉冲调制器高压稳定装置及方法
技术领域
本发明涉及一种脉冲调制器电压稳定性稳定装置及其方法，尤其涉及应用在加速器微波功率源前端脉冲调制器领域。
背景技术
大连相干光源的速调管采用东芝公司生产的E3730A以及E3712两种型号，脉冲调制器设计为高压恒流电源电流直接充电，电容储能，氢闸流管开关放电，PFN脉冲形成，脉冲变压器升压输出的技术方案，其可以使速调管微波脉冲幅度稳定度达到0.06％rms。
高压充电电源在给脉冲调制器充电的过程中，由于不存在反馈装置，一般使用高压充电电源出口处的高压的数值作为高压充电电源工作完成的反馈点。当脉冲调制器在50Hz这种较高的重复频率工作时，高压充电电源的输出特性开始变得不稳定，高压充电电源出口处的的高压一般不能反映脉冲调制器中PFN的高压值，因此带来了高压输出不稳定的负面效果。这种微小的电压波动对于自由电子激光装置而言是无法容忍的，因此就需要发明一种脉冲高压稳定装置，用来提高高压充电电源及脉冲调制器系统在50Hz重复频率下输出高压的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以提高脉冲调制器电压稳定性的脉冲调制器高压稳定置及方法，满足自由电子激光装置对微波功率源稳定性的需求。
本发明的技术方案是：在高压充电电源工作时，略微提高高压充电电源的充电电压，使用高压分压探头采集PFN(脉冲形成网络)的电压，并对电压信号进行处理监测，实时比较PFN电源与设定电压的数值。在高压充电电源和脉冲调制器中间增加一个闸流管，当PFN电压达到设定值时，截止闸流管，停止充电，从而保证PFN电压稳定性。
脉冲调制器高压稳定装置，包括：电压采集装置、电压比较装置和充电截止装置；
所述电压采集装置包括高压分压探头6和信号采集器7；所述高压分压探头6输入端连接到PFN5上，用来采集PFN5上的电压信号，高压分压探头6输出端通过数据传输线连接到信号采集器7中；
所述信号采集器7输入端用来采集高压分压探头6输出的电压信号，信号采集器7输出端与电压比较装置相连接，所述信号采集器7将高压分压探头6采集到的模拟信号转换成数字信号；
所述电压比较装置包括信号解调器8和高压稳定装置9；所述信号解调器8输入端与信号采集器7的输出端相连接，信号解调器8的输出端与高压稳定装置9相连接，所述信号解调器8将信号采集器7转换成的数字信号解调，成为高压稳定装置9可以比较的二进制数值；
所述高压稳定装置9包括电压输入端口13和设定值读取端口15两个输入端口以及闸流管控制端口14和设定值改变端口16两个输出端口；
所述电压输入端口13连接信号解调器8的输出端，所述设定值读取端口15通过充电电源控制器10读取高压充电电源3的电压设定值，所述闸流管控制端口14与闸流管控制器17相连，用来向闸流管控制器17发出命令，控制闸流管4导通或截止；所述设定值改变端口16与充电电源控制器10连接，用来改变高压充电电源3电压设定值；
所述充电截止装置包括闸流管控制器17、闸流管4和高压线缆12；所述闸流管控制器17输入端与高压稳定装置9的闸流管控制端口14连接，闸流管控制器17输出端闸流管4连接，所述闸流管控制器17根据高压稳定装置9的闸流管控制端口14提供的信号决定是否为闸流管4提供工作电压；
所述闸流管4由闸流管控制器17控制，当闸流管控制器17为闸流管4提供工作电压时，闸流管4处于导通状态，否则处于截止状态；
所述高压线缆12连接高压充电电源3、闸流管4以及脉冲调制器2，用来为脉冲调制器2传输高压充电电源3的高压电流。
优选的：所述信号采集器7为ADC采集卡。
一种脉冲调制器高压稳定方法，所述方法包括以下步骤：
第一步：在脉冲调制器2开始充电时，高压稳定装置接收到触发信号，开始工作；
第二步：高压稳定装置从充电电源控制器10读取高压充电电源3的电压设定值，并将电压设定值存入寄存器中，同时将高压充电电源3的设定值略微提高；
第三步：使用高压分压探头6采集PNF5的高压信号，并将高压分压探头6采集到的PNF5高压信号传输到信号采集器7中，通过信号采集器7将PNF5的高压模拟信号转换成数字信号；
第四步：通过信号解调器8，将PNF5高压数字信号进行解调，得到需要的电压幅度信号，并传输到高压稳定装置9中；
第五步：高压稳定装置9将读取的PNF5电压与寄存器中的原高压充电电源3设定值进行比较，并对结果进行修正；当PNF5中的电压等于设定值时，高压稳定装置9向闸流管控制器17发出一个信号，闸流管控制器17切断闸流管4工作电压使闸流管4处于截止状态。
本发明具有以下有益的效果：
本发明利用对脉冲高压调制器中PFN的高压进监测，当发现PFN高压达到设定值时，使用外部闸流管切断高压充电电源对脉冲调制器的充电，对于提高重复频率在50Hz的脉冲调制器的输出稳定性，具有显著的效果。本发明具有结构简单，原理清晰，无需对高压充电电源底层控制权获取就可以工作的优点。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的结构示意图；
图中：1、速调管；2、脉冲调制器；3、高压充电电源；4、闸流管；5、PFN；6、高压分压探头；7、信号采集器；8、信号解调器；9、高压稳定装置；10、充电电源控制器；11、充电电压模块；12、高压线缆；13、电压输入端口；14、闸流管控制端口；15、设定值读取端口；16、设定值改变端口；17、闸流管控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
如图1、2所示，脉冲调制器高压稳定装置，包括：电压采集装置、电压比较装置和充电截止装置；
电压采集装置包括高压分压探头6和信号采集器7；高压分压探头6输入端连接到PFN5上，用来采集PFN5上的电压信号，高压分压探头6输出端通过数据传输线连接到信号采集器7中；
信号采集器7输入端用来采集高压分压探头6输出的电压信号，信号采集器7输出端与电压比较装置相连接，信号采集器7将高压分压探头6采集到的模拟信号转换成数字信号；
电压比较装置包括信号解调器8和高压稳定装置9，这二者功能可以在同一个FPGA中实现；信号解调器8输入端与信号采集器7的输出端相连接，信号解调器8的输出端与高压稳定装置9相连接，信号解调器8将信号采集器7转换成的数字信号解调，成为高压稳定装置9可以比较的二进制数值；
高压稳定装置9包括电压输入端口13和设定值读取端口15两个输入端口以及闸流管控制端口14和设定值改变端口16两个输出端口；
电压输入端口13连接信号解调器8的输出端，设定值读取端口15通过充电电源控制器10读取高压充电电源3的电压设定值，闸流管控制端口14与闸流管控制器17相连，用来向闸流管控制器17发出命令，控制闸流管4导通或截止；设定值改变端口16与充电电源控制器10连接，用来改变高压充电电源3电压设定值；
充电截止装置包括闸流管控制器17、闸流管4和高压线缆12；闸流管控制器17输入端与高压稳定装置9的闸流管控制端口14连接，闸流管控制器17输出端闸流管4连接，闸流管控制器17根据高压稳定装置9的闸流管控制端口14提供的信号决定是否为闸流管4提供工作电压；
闸流管4由闸流管控制器17控制，当闸流管控制器17为闸流管4提供工作电压时，闸流管4处于导通状态，否则处于截止状态；
高压线缆12连接高压充电电源3、闸流管4以及脉冲调制器2，用来为脉冲调制器2传输高压充电电源3的高压电流。
其中：信号采集器7为ADC采集卡。
一种脉冲调制器高压稳定方法，方法包括以下步骤：
第一步：在脉冲调制器2开始充电时，高压稳定装置接收到触发信号，开始工作；
第二步：高压稳定装置从充电电源控制器10读取高压充电电源3的电压设定值，并将电压设定值存入寄存器中，同时将高压充电电源3的设定值略微提高，一般提高为原设定值的101％；
第三步：使用高压分压探头6采集PNF5的高压信号，并将高压分压探头6采集到的PNF5高压信号传输到信号采集器7中，通过信号采集器7将PNF5的高压模拟信号转换成数字信号；
第四步：通过信号解调器8，将PNF5高压数字信号进行解调，得到需要的电压幅度信号，并传输到高压稳定装置9中；
第五步：高压稳定装置9将读取的PNF5电压与寄存器中的原高压充电电源3设定值进行比较，并对结果进行修正；当PNF5中的电压等于设定值时，高压稳定装置9向闸流管控制器17发出一个信号，闸流管控制器17切断闸流管4工作电压使闸流管4处于截止状态。
鉴于高压稳定装置9发出控制信号到闸流管4停止工作，会有100ns左右的延时误差。因此在高压稳定装置9比较PNF5中的电压与设定值的大小时，需要对这一个延时误差进行修正。修正的方法是根据实验，确定充电电源在不同的高压下，闸流管控制延时产生的PFN电压误差的大小值，并将该值写入到高压稳定装置9的比较程序中。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.脉冲调制器高压稳定装置，其特征在于：包括：电压采集装置、电压比较装置和充电截止装置；
所述电压采集装置包括高压分压探头(6)和信号采集器(7)；所述高压分压探头(6)输入端连接到PFN(5)上，用来采集PFN(5)上的电压信号，高压分压探头(6)输出端通过数据传输线连接到信号采集器(7)中；
所述信号采集器(7)输入端用来采集高压分压探头(6)输出的电压信号，信号采集器(7)输出端与电压比较装置相连接，所述信号采集器(7)将高压分压探头(6)采集到的模拟信号转换成数字信号；
所述电压比较装置包括信号解调器(8)和高压稳定装置(9)；所述信号解调器(8)输入端与信号采集器(7)的输出端相连接，信号解调器(8)的输出端与高压稳定装置(9)相连接，所述信号解调器(8)将信号采集器(7)转换成的数字信号解调，成为高压稳定装置(9)可以比较的二进制数值；
所述高压稳定装置(9)包括电压输入端口(13)和设定值读取端口(15)两个输入端口以及闸流管控制端口(14)和设定值改变端口(16)两个输出端口；
所述电压输入端口(13)连接信号解调器(8)的输出端，所述设定值读取端口(15)通过充电电源控制器(10)读取高压充电电源(3)的电压设定值，所述闸流管控制端口(14)与闸流管控制器(17)相连，用来向闸流管控制器(17)发出命令，控制闸流管(4)导通或截止；所述设定值改变端口(16)与充电电源控制器(10)连接，用来改变高压充电电源(3)电压设定值；
所述充电截止装置包括闸流管控制器(17)、闸流管(4)和高压线缆(12)；所述闸流管控制器(17)输入端与高压稳定装置(9)的闸流管控制端口(14)连接，闸流管控制器(17)输出端闸流管(4)连接，所述闸流管控制器(17)根据高压稳定装置(9)的闸流管控制端口(14)提供的信号决定是否为闸流管(4)提供工作电压；
所述闸流管(4)由闸流管控制器(17)控制，当闸流管控制器(17)为闸流管(4)提供工作电压时，闸流管(4)处于导通状态，否则处于截止状态；
所述高压线缆(12)连接高压充电电源(3)、闸流管(4)以及脉冲调制器(2)，用来为脉冲调制器(2)传输高压充电电源(3)的高压电流。
2.根据权利要求1所述的脉冲调制器高压稳定装置，其特征在于：所述信号采集器(7)为ADC采集卡。
3.一种根据权利要求1-2任一所述的脉冲调制器高压稳定装置的稳定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
第一步：在脉冲调制器(2)开始充电时，高压稳定装置接收到触发信号，开始工作；
第二步：高压稳定装置从充电电源控制器(10)读取高压充电电源(3)的电压设定值，并将电压设定值存入寄存器中，同时将高压充电电源(3)的设定值略微提高；
第三步：使用高压分压探头(6)采集PNF(5)的高压信号，并将高压分压探头(6)采集到的PNF(5)高压信号传输到信号采集器(7)中，通过信号采集器(7)将PNF(5)的高压模拟信号转换成数字信号；
第四步：通过信号解调器(8)，将PNF(5)高压数字信号进行解调，得到需要的电压幅度信号，并传输到高压稳定装置(9)中；
第五步：高压稳定装置(9)将读取的PNF(5)电压与寄存器中的原高压充电电源(3)设定值进行比较，并对结果进行修正；当PNF(5)中的电压等于设定值时，高压稳定装置(9)向闸流管控制器(17)发出一个信号，闸流管控制器(17)切断闸流管(4)工作电压使闸流管(4)处于截止状态。
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