CN110858755A - 用于控制电流脉冲的调制器及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种调制器，包括：高压变压器，将通过初级侧和次级侧提供的电压进行变换，以将电流脉冲施加到驱动装置；双极脉冲发生器，向连接到高压变压器初级侧的连接线施加磁化脉冲和主脉冲；以及控制施加磁化脉冲和主脉冲的时间差的时序控制器，其中双极性脉冲发生器包括使用正电产生磁化脉冲的磁化脉冲发生单元和使用负电产生负脉冲的主脉冲发生单元。此外，该调制器包括脉冲波形控制器，其中多个相同结构的单元模块通过小型变压器串联耦合到高压变压器的次级侧。这两种配置可以分别独立地控制高电压电流脉冲的幅度和波形，并同时实现两个功能。

Description

用于控制电流脉冲的调制器及其方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请NO.10-2018-0099271的优先权和权益，其全部内容以引用方式并入本文中。
发明背景
(a)技术领域
提供了一种用于控制电流脉冲的调制器及其方法。
(b)背景技术
通常，调制器用作驱动高功率脉冲射频源(例如磁控管或速调管)的电源。
近年来，作为使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)的高压固态开关的调制器，与传统的线型调制器相比，已经放宽了对脉冲长度的限制并且改善了对脉冲波形的控制。
然而，与高线性度的速调管不同，磁控管具有高的非线性。由于这种特性，当磁控管工作时，即使电压变化很小，电流值也会发生很大的变化。
因此，正在研究控制技术以获得合适的高非线性磁控管的脉冲电流幅度或波形。
韩国专利NO.1 773 878公开了“用于电子加速器的磁控管控制器”。
本背景部分中公开的上述信息仅用于增强对发明背景的理解，并且因此它可能包含不构成本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的示例性实施例用于独立且同时实现实时控制电流脉冲幅度的功能，和控制驱动磁控管的调制器中电流脉冲的波形的功能。
根据本发明的示例性实施例的调制器包括：高压变压器，对通过初级侧和次级侧提供的电压进行变换，以向驱动装置施加电流脉冲；双极脉冲发生器，向连接到高压变压器的初级侧的连接线施加磁化脉冲和主脉冲；和控制施加磁化脉冲和施加主脉冲的时间差的时序控制器，其中双极脉冲发生器包括通过使用正电(positive power)产生磁化脉冲的磁化脉冲发生单元，以及通过使用负电(negative power)产生负脉冲的主脉冲发生单元。
根据本发明示例性实施例的调制器包括：高压变压器，对通过初级侧和次级侧提供的电压进行变换，以向驱动装置施加电流脉冲；脉冲波形控制器，包括与高压变压器的次级侧串联耦合的多个单元模块；以及调节单元模块的固态开关的开/关状态的时序控制器，其中，所述单元模块包括：独立变压器，用于调节高压变压器的次级侧电压；第一二极管，连接到波形控制电源的负电源，并连接到独立变压器的初级侧；第一固态开关，连接到该波形控制电源的正电源且连接到第一二极管，并控制开/关状态；第二固态开关，连接到波形控制电源的负电源并控制开/关状态；第二二极管，连接到波形控制电源的正电源，并连接在所述独立变压器的初级侧的第一二极管的相对侧。
根据本发明示例性实施例的控制调制器的电流脉冲的幅度的方法包括：经连接到高压变压器的初级侧的连接线，通过双极脉冲发生器施加与主脉冲具有相反极性的磁化脉冲的步骤；将磁化脉冲施加到初级侧，并将电压感应到高压变压器的邻近初级侧布置的次级侧的步骤；对应于预定的时间差，通过双极脉冲发生器经连接线将主脉冲施加到初级侧的步骤；以及将主脉冲施加到初级侧并主脉冲的电压感应到次级侧以控制电压的幅度的步骤。
根据本发明示例性实施例的用于控制调制器的电流脉冲的波形的方法包括：接收与施加到驱动装置的电流脉冲的波形相对应的条件的步骤；基于输入条件，在时序控制器上调度脉冲波形控制器中的固态开关的开/关状态时序的步骤；根据设定的调度控制固态开关的开/关状态的步骤；根据要施加到高压变压器的次级侧的固态开关的开/关状态，通过连接到固态开关的脉冲波形电源减小/增加电压的步骤；以及根据施加到高压变压器的次级侧的电压的幅度调节高压电流脉冲的波形的步骤。
本发明的示例性实施例可以使用磁控管作为射频源自由地改变射频加速器或自由电子激光器中电子束或激光束的幅度或波形。
本发明的示例性实施例允许通过甚至在雷达中精确控制射频输出波形来进行精确测量。
本发明的示例性实施例可以通过控制双能X-射线检测系统的脉冲间隔或随机生成更多数量的多脉冲来提高性能。因此，通过实现诸如多能X-射线检查系统等新功能，可以显著提高搜索性能。
本发明的示例性实施例能够选择性地组合最佳电子束能量和脉冲，以最大化基于射频加速器的X-射线扫描仪的检测能力，所述X-射线扫描仪用于无损检测。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电流脉冲的调制器的示意图。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的控制电流脉冲的幅度的双极脉冲发生器的示意图。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的与多个双极脉冲发生器并联耦合的调制器的示意图。
图4是示出根据本发明的示例性实施例的双极脉冲发生器的施加时间差的示例性视图。
图5A、5B和5C是示出根据本发明示例性实施例的随着双极脉冲发生器的驱动时间差而改变的电压幅度的示例性视图。
图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电流脉冲的波形的调制器的示意图。
图7是示出根据本发明的示例性实施例，用于控制电流脉冲的波形的脉冲波形控制器的示意图。
图8是示出根据本发明示例性实施例的第二种脉冲波形控制器的示意图。
图9是示出根据本发明的示例性实施例的通过脉冲波形控制器控制电流脉冲波形的配置的示例性视图。
图10是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电流脉冲幅度和电流脉冲波形的调制器的示意图。
图11A、11B和11C是示出根据本发明的示例性实施例的通过调制器控制的电流脉冲的示例性视图。
具体实施方式
下文将参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使得本领域技术人员能够容易实施本发明。如本领域技术人员所认识到的，可以以各种不同方式修改所描述的实施例，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。附图和描述在本质上被认为是说明性的而非限制性的。贯穿本说明书，相同的附图标记表示相同的元件。在公知的技术的情况下，将省略其详细描述。
另外，除非明确地进行相反的描述，否则“包括”一词及其变体都将被理解为暗示包括所叙述的元件但并不排除任何其它的元件。
在下文中，参考图1描述控制电流脉冲的调制器，其能够实时地任意调节电流脉冲的幅度或电流脉冲的波形。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电流脉冲的调制器的示意图。
如图1所示，用于控制电流脉冲的调制器100包括双极脉冲发生器110、高压变压器120、脉冲波形控制器130和时序控制器140。
首先，双极脉冲发生器110，向连接到高压变压器初级侧的连接线施加磁化脉冲和主脉冲。
脉冲发生器110包括用于通过使用正电产生磁化脉冲的磁化脉冲单元和用于通过使用负电产生负脉冲的主脉冲产生单元。
在这种情况下，双极脉冲发生器110产生的磁化脉冲与主脉冲具有相反的极性和不同的幅度，以提高高压变压器120的效率。此外，双极脉冲发生器110将所产生的磁化脉冲在施加主脉冲之前施加到高压变压器120的初级侧。
接下来，高压变压器120通过对初级侧和次级侧提供的电压进行变换，以向驱动装置200施加电流脉冲。
这里，驱动装置200表示磁控管，但不一定限于此。
此外，脉冲波形控制器130包括与高压变压器120的次级侧串联耦合的至少一个单元模块。
脉冲波形控制器130可以通过增加或减少来自单元模块的电压并将由于增加/减少电压而产生的波形总和施加到高压变压器120的次级侧来控制电流脉冲的波形。此时，通过时序控制器140控制单元模块的加/减电压功能。
接下来，时序控制器140调节施加双极脉冲发生器110的磁化脉冲和主脉冲的时间差，并控制脉冲波形控制器130的单元模块中固态开关的开/关。
时序控制器140可根据从用户接收的电流脉冲的幅度或电流脉冲的波形的条件，来调度每个双极脉冲发生器110和脉冲波形控制器130的驱动条件。此时，驱动条件包括时序和为固态开关的开状态设置的时间以及时序和为固态开关的关状态设置的时间，并且可以考虑多个固态开关之间的有机关系来设置。
换句话说，时序控制器140分别控制每个双极脉冲发生器110中包括的多个固态开关和脉冲波形控制器130中包括的多个固态开关。
在这里，固态开关表示绝缘栅双极晶体管(IGBT)。固态开关是一种结合了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)的功率器件。固态开关在栅极和发射极之间具有很高的输入阻抗，使得它比双极结型晶体管更容易驱动，并且它比金属氧化物半导体场效应晶体管可流过大得多的电流。
同时，根据示例性实施例，调制器100可选择性地包括双极脉冲发生器110和脉冲波形控制器130。
例如，在仅控制电流脉冲的幅度的调制器100的情况下，它可以包括双极脉冲发生器110、高压变压器120和时序控制器140，并且在仅控制电流脉冲的波形的调制器100的情况下，它可包括脉冲高压变压器120、脉冲波形控制器130和时序控制器140。用户可以在以后容易地选择和设计调制器100的配置和功能。
接下来，参考图2和图3描述用于通过双极脉冲发生器控制电流脉冲的幅度的调制器。
图2是示出根据本发明示例性实施例的控制电流脉冲的幅度的双极脉冲发生器的示意图，且图3是示出根据本发明示例性实施例的并联耦合多个双极脉冲发生器的调制器的示意图。
如图2所示，双极脉冲发生器110由高压变压器120连接线上一侧的磁化脉冲发生单元110a和另一侧的主脉冲发生单元110b组成。
首先，磁化脉冲发生单元110a包括供电以用于磁化脉冲的第一电源(预磁化PS)和第一电容器，所述第一电容器接收来自第一电源(预磁化PS)的正电以进行充电，并使所充的正电放电。磁化脉冲发生单元110a包括连接到第一电容器和连接线的连接位置的第一二极管，以及连接在第一电容器和第一二极管之间并控制开/关状态的第一固态开关。
磁化脉冲发生单元110a的第一二极管控制第一电容器方向的电流的流动，并且第一固态开关控制主脉冲发生单元110b布置方向的电流的流动。
磁化脉冲发生单元110a产生和施加磁化脉冲的过程如下。第一电容器通过从供正电用于磁化脉冲的第一电源(预磁化PS)接收正电进行充电，且第一固态开关基于时序控制单元140的控制信号被设置为开状态。如果第一电容器在放电时产生具有正特性的磁化脉冲，则所产生的磁化脉冲被施加到高压变压器120的初级侧。
另一方面，主脉冲发生单元110b包括供电以用于主脉冲的第二电源(主PS)和第二电容器，所述第二电容器接收来自第二电源(主PS)的负电进行充电，并使所充的负电放电。此外，主脉冲发生单元110b包括第二固态开关和第二二极管，该第二固态开关连接到第二电容器并连接到第一固态开关以控制开/关状态，该第二二极管连接到第一二极管和第二固态开关，并在连接点位置与连接线连接。
主脉冲发生单元110b的第二二极管控制流向连接线的连接点的电流，且第二固态开关控制沿第二电容器的布置方向的电流。
主脉冲发生单元110b产生和施加主脉冲的过程如下。如果第二电容器通过从向主脉冲供负电的第二电源(主PS)接收负电进行充电，则第二固态开关在预定时间差内被设置为开状态。如上所述，从时序控制器140接收预定时间差，并且可以预先从用户输入，并调度和驱动预定时间差。另外，如果第二电容器在放电时产生具有负特性的主脉冲，则所产生的主脉冲被施加到高压变压器120的初级侧。
产生和施加磁化脉冲和主脉冲的过程可以依次产生，且如果结束磁化脉冲的施加，则第一固态开关和第二固态开关都进入关状态。此外，通过时序控制器140将第二固态开关设置为开状态，然后双极脉冲发生器110产生主脉冲，并且所产生的主脉冲被施加到高压变压器120的初级侧。
像这样，时序控制器140控制第一固态开关和第二固态开关开/关的时序，从而控制磁化脉冲施加到初级侧的时间，主脉冲施加到初级侧的时间，以及从结束磁化脉冲的施加到施加主脉冲的时间。
另一方面，如图3所示，可将多个双极脉冲发生器(110-1，…，110-N，双极脉冲发生器子单元)连接到高压变压器(HV变压器)。在这种情况下，每个双极脉冲发生器可以并联耦合到连接到高压变压器初级侧的多条连接线(多条传输线)。
在这里，连接到多个双极脉冲发生器110-1到110-N的多条连接线和高压变压器120的初级侧具有相同的阻抗和长度。
例如，在产生和提供主脉冲(主PS)时，通过相同阻抗和相同长度的连接线，每个双极脉冲发生器110-1到110-N的第二电容器C2的值相同。
此外，多个双极脉冲发生器110-1到110-N中的第一电源(预磁化PS)和第二电源(主PS)可以相对于双极脉冲发生器110独立地布置，并连接到多个双极脉冲发生器110-1到110-N中的每个磁化脉冲发生单元和主脉冲发生单元。
当配置多个双极脉冲发生器110-1到110-N时，时序控制器140可以控制每个双极脉冲发生器中的第一固态开关(IGBT驱动器1)和第二固态开关(IGBT驱动器2)的时序的开/关。
详细地，时序控制器140控制至少一个双极脉冲发生器中的第一固态开关和第二固态开关打开或关闭的时间，从而控制磁化脉冲施加到初级侧的时间、主脉冲施加到初级侧的时间以及从结束磁化脉冲的施加到施加主脉冲的时间。
相应地，由于向初级侧施加磁化脉冲和主脉冲的时间差由时序控制器140控制，可以控制感应到高压变压器120的次级侧的电压的幅度。
接下来，参照图4、图5A、图5B和图5C描述通过施加磁化脉冲和主脉冲来改变高压变压器的感应电压的幅度。
图5A、5B和5C是示出根据本发明示例性实施例的双极脉冲发生器的驱动时间差而改变的电压幅度的示例性视图，以及图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电流脉冲波形的调制器的示意图。
如图4所示，双极脉冲发生器110在TP期间产生磁化脉冲(预磁化)以施加到高压变压器120，并且在Tm期间产生主脉冲以施加到高压变压器120。
在这种情况下，在结束磁化脉冲的施加和在开始主脉冲的施加之间的时间差Tb产生空白时间。
磁化脉冲的施加时间Tp、主脉冲的施加时间Tm和从磁化脉冲施加结束到施加主脉冲的时间差Tb可通过时序控制器140进行控制，并当预先收到来自用户的驱动条件时根据驱动条件进行调度。
因此，通过时序控制器140，向高压变压器120的初级侧依次地施加磁化脉冲和主脉冲，并且控制感应到与初级侧相邻的次级侧的电压的幅度。
图5A、5B和5C示出了感应到高压变压器120的次级侧的电压的幅度随差值(TB，延迟)的变化。
图5A、5B和5C示出了向高压变压器120的初级侧(初级绕组)仅施加主脉冲的时序与结束磁化脉冲的施加的时序的不同情况下，从高压变压器120测量的电压幅度的变化的图。此外，在图5A、5B和5C中，除了施加主脉冲的时刻不同之外，分别以恒定时间和恒定幅度施加正磁化脉冲(预磁化脉冲)和负主脉冲(主脉冲)。
参考图5A、5B和5C，参考高压变压器120的次级侧(次级绕组)，可以确认，在每个恒定幅度的电压受到施加到初级侧(初级绕组)的磁化脉冲的作用的感应后，电压的幅度从磁化脉冲的施加结束时开始变化。
换言之，在高压变压器120的次级侧上，当磁化脉冲施加结束后，电压逐渐减小漏电电感和电流电容的大小。
此外，可以确认，在次级侧的感应时间上开始的电压幅度根据主脉冲施加到初级侧(初级绕组)的时间的差异而不同。
可以确认，当通过该差值施加时，电压的幅度最终根据通过该差异施加主脉冲时的时序的变化而变化。
特别地，如图5C所示，如果在结束磁化脉冲的施加之后直接施加主脉冲，则感应到高压变压器120的次级侧的电压可获得最大电压，以及如图5A所示，如果施加磁化脉冲与施加主脉冲的时间差增大，则可以在一定的时间内获得逐渐降低的电压幅度。
如上所述，通过控制磁化脉冲和主脉冲的施加时序，施加和感应到高压变压器120的电压的幅度被改变，从而调节最终提供给驱动装置的电流脉冲的幅度。
接下来，参考图6至图9详细描述了通过包括脉冲波形控制器的调制器控制电流脉冲波形的配置。
图6是示出根据本发明示例性实施例的用于控制电流脉冲的波形的调制器的示意图，以及图7是示出根据本发明示例性实施例的用于控制电流脉冲的波形的脉冲波形控制器的示意图。
如图6所示，调制器100可以包括布置在灯丝电源(灯丝PS)和高压变压器(HV变压器)之间的脉冲波形控制器130。
脉冲波形控制器130由多个单元模块组成，每个单元模块具有一个与高压变压器的次级侧串联布置的小型独立变压器，从而增加和减少从脉冲发生器传输到负载的电流脉冲的电压幅度。
脉冲波形控制器130可以包括多个单元模块130a、130b和130c，且图6和图7示出了三个单元模块，然而电流波形控制器130可以包括一个或两个单元模块或三个以上单元模块。
此外，脉冲平坦电路(pulse flattering circuit)(PFC)可以由脉冲波形控制器130实现。
接下来，时序控制器140可以调节脉冲波形控制器130中固态开关的开/关状态，以控制施加到高压变压器120上的电压的幅度。
首先，构成脉冲波形控制器130的多个单元模块可以具有如图7所示的形式。
如图7所示，构成脉冲波形控制器130的单元模块由独立变压器、固态开关、二极管等组成，并且可以包括共用波形控制电源U2。
所述单元模块包括第一二极管和第一固态开关VT1，其中该第一二极管连接到波形控制电源U2的负电源且连接到独立变压器的初级侧，用于控制高压变压器的次级侧的电压，该第一固态开关VT1连接到波形控制电源U2的正电源，并连接到第一二极管以控制开/关状态。此外，该单元模块包括第二固态开关VT2和第二二极管，其中该第二固态开关VT2连接到波形控制电源U2的负电源并控制开/关状态，该第二二极管连接到波形控制电源U2的正电源并连接到独立变压器的初级侧的第一二极管的相对侧。在这里，固态开关可以包括并联耦合的相反极性的二极管。
此时，第一二极管允许电流沿高压变压器次级侧布置的方向流动，并且第一高阶器件开关在高压变压器次级侧布置的反方向上通过电流。第二二极管允许电流沿高压变压器次级侧布置的方向流动，并且第二固态开关在高压变压器的次级侧布置的反方向上通过电流。
这种单元模块可以由全桥或正向转换器电路结构和独立变压器形成。
每个单元模块可根据第一固态开关VT1和第二固态开关VT2的开/关状态，以具有三个值的脉冲形式校正电流脉冲。
图7的130a表示在第一固态开关VT1和第二固态开关VT2都预定为关状态的状态下的电流流动。
如果第一固态开关VT1和第二固态开关VT2都设置为关状态，则电流沿第一二极管和第二二极管的电流方向流动，并且正电压(+E＊W2/W1)可以加到高压变压器的次级侧的负电压上。
结果，电压的值减小。
因此，施加高压的次级侧的电压减小。
相反，如图7中130b所示，在第一固态开关VT1设置为关且第二固态开关VT2设置为开的状态下，电流沿第一二极管的方向和第二开关的方向流动，而电压不增加也不改变。
同样，即使第一固态开关VT1设置为开，第二固态开关VT2设置为关，电压也不会增加和改变。
此外，如图7中的130c，如果第一固态开关VT1和第二固态开关VT2都被设置为开状态，则电流沿第一固态开关VT1和第二固态开关VT2的电流方向流动，并且次级侧的负电压进一步增加(-E＊W2/W1)。
如上所述，一个单元模块可以执行三种类型的校正，其中施加到高压变压器120的电流的电压通过第一固态开关和第二固态开关的开/关设置增加或减小，或者电压不变。
当脉冲波形控制器130由多个单元模块构成，由于每个单元模块可以执行三种类型的校正，在具有n个单元模块的情况下(n是自然数)，每个单元模块可以由2(n+1)步组成的任意波形来控制。
另一方面，脉冲波形控制器130可配置为第二种类型。
图8示出了根据本发明示例性实施例的第二种类型的脉冲波形控制器的示意图。
如图8所示，脉冲波形控制器(校正器)中包括的单元模块(校正器子单元1、校正器子单元2、校正器子单元3)可包括四个二极管、第一固态开关和第二固态开关。详细地，如图7所示，在包括第一二极管和第二二极管的脉冲波形控制器130中，还可以包括第三二极管和第四二极管，其中第三二极管连接到第一固态开关并感应与第一固态开关的电流流向相反的电流，第四二极管连接到第二固态开关并感应与第二固态开关的电流流向相反的电流。
这里，脉冲发生器130可以具有单极或双极特性。
所有单元模块的次级绕组可以串联耦合，总输出电压表示由单元模块产生的电压总和。
参考图9，描述了根据脉冲波形控制器130增加或减少电压的电流脉冲的波形。
图9是示出根据本发明的示例性实施例，通过脉冲波形控制器来控制电流脉冲波形的配置的示例性视图。
如图9所示，表示了从脉冲发生器施加的DR_PG的脉冲波形，并表示了三个单元模块的每个固态开关的开/关状态。
例如，参照第一单元模块的第一固态开关DR6和第二固态开关DR1，第一固态开关DR6从步骤1到步骤6设置为开状态，第二固态开关DR1仅在步骤6设置为开状态。因此，第一单元模块的受控波形，其中在第一固态开关DR6和第二固态开关DR1都处于关状态时在预定的0段中增加电压，并且在第一固态开关DR6和第二固态开关DR1处于开状态的状态下，在预定段6中施加电压，与输出的子单元1的UW2相同。
用同样的方法，通过第二单元模块的第一固态开关DR5和第二固态开关DR2的开/关状态设置以及第三单元模块的第一固态开关DR4和第二固态开关DR3的开/关状态设置，电压增加和减小的波形出现如输出的子单元2的UW2和输出的子单元3的UW2。
如上所述，通过脉冲波形控制器130控制的波形(输出的子单元1的UW2、输出的子单元2的UW2和输出的子单元3的UW2)是对每个步骤进行波形求和。
如果脉冲波形控制器130包括三个单元模块，则该组输出电压值是3、2、1、0、-1、-2、-3。
此时，原则上，可以加载新的输入数据集以用于每个新脉冲的新形状生成。
因此，脉冲波形控制器130的输出电压的幅度可以缓慢地改变。
因此，减小/增加电压的波形的总和(校正器输出电压Uco)可最终从每个单元模块施加到高压变压器120的次级侧，以控制电流脉冲的波形。
接下来，参考图10和图11详细描述了包括双极脉冲发生器和脉冲波形控制器的调制器。
图10是示出根据本发明的示例性实施例的用于控制电流脉冲幅度和电流脉冲波形的调制器的示意图，以及图11是示出根据本发明示例性实施例的通过调制器控制的电流脉冲的示例性视图。
如图10所示，调制器100包括控制电流脉冲幅度的双极脉冲发生器110和控制电流脉冲波形的脉冲波形控制器130。
关于双极脉冲发生器110和脉冲波形控制器130的每个描述与图2和图8中的描述相同，因此省略了该描述。
调制器100可从用户处接收与电流脉冲的幅度和波形相对应的条件，以通过对应于输入条件来调度在双极脉冲发生器110和脉冲波形控制器130内的每个固态开关的时序的预定开/关。
在此，调制器100可接收用于控制任意多电流脉冲的配置，例如由用户调节多个电流脉冲的幅度、脉冲宽度和脉冲之间的时间间隔的条件。可以调度调制器100，以便当输入电压的幅度基于输入条件增加时，向初级侧施加的磁化脉冲和主脉冲时间差减小。
通过时序控制器140的调度控制每个固态开关，可以实时控制电流脉冲的幅度和电流脉冲的波形。
在这种情况下，双极脉冲发生器和脉冲波形控制器的驱动顺序没有特别限制。
图11A、11B和11C示出了一个例子，其中高压脉冲电流的幅度和形状是基于用户输入的条件进行调节的，以提供给驱动装置的磁控管。
图11A示出了以预定时间T和T/2的间隔控制两个幅度的脉冲输出的情况，以及图11B示出了在输出两个幅度的脉冲的过程中，将第二幅度的脉冲输出的重复周期调节为比图11A中的快很多的情况。
此外，图11C示出了以适当的时间间隔控制具有三个或更多不同输出的脉冲(多脉冲)输出的情况。
由于可以任意调节多个脉冲之间的间隔，因此可以通过调制器100进行各种应用。例如，如果将本发明的调制器100应用于双能容器搜索器(dual energ y c开tainersearcher)，并且控制两个脉冲之间的时间间隔，由于具有接近时间间隔的两个脉冲生成的搜索图像几乎每次处于相同位置，所以当结合两幅图像执行图像处理时，不需要进行单独的校正。当用多个脉冲产生和使用两种或更多种能量的X射线时，可以更精确地搜索物体的种类。
因此，通过将双极脉冲发生器120中产生的磁化脉冲和主脉冲施加到高压变压器120的初级侧的时间点控制电流脉冲的幅度，和通过脉冲波形控制器130增加或减少电压的幅度，调制器100可以控制要提供给磁控管的电流脉冲的波形。
控制电流脉冲幅度的功能和控制电流脉冲波形的功能可根据需要选择性地操作，并且可以同时实时地实现。
虽然已经结合目前被认为是实用的示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例。
相反，其旨在涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等效布置。
符号说明
100调制器 120高压变压器
110双极脉冲发生器 130脉冲波形控制器
110a磁化脉冲发生单元 140时序控制器
110b脉冲发生单元 200驱动装置

Claims (30)

1.一种调制器，包括：
高压变压器，其对通过初级侧和次级侧提供的电压进行变换，以向驱动装置施加电流脉冲；
双极脉冲发生器，其向连接到高压变压器的初级侧的连接线施加磁化脉冲和主脉冲；和
时序控制器，其控制施加磁化脉冲和施加主脉冲的时间差；
其中，所述双极脉冲发生器包括：
通过使用正电产生磁化脉冲的磁化脉冲发生单元；和
通过使用负电产生负脉冲的主脉冲发生单元。
2.如权利要求1所述的调制器，其中
所述磁化脉冲发生单元包括：
第一电源，其供电以用于磁化脉冲；
第一电容器，其通过接收来自第一电源的正电以进行充电，并使所充的正电放电；
第一二极管，其连接到所述第一电容器和第一连接线的连接位置；和
第一固态开关，其连接在所述第一电容器和第一二极管之间，并控制开/关状态。
3.如权利要求2所述的调制器，其中
所述主脉冲发生单元包括：
第二电源，其供电以用于主脉冲；
第二电容器，其接收来自第二电源的负电以进行充电，并使所充的负电放电；
第二固态开关，其连接到所述第二电容器并连接到所述第一固态开关以控制开/关状态；以及
主脉冲发生单元，其连接到所述第一二极管和第二固态开关，并由通过连接线连接到连接点位置的第二二极管构成。
4.如权利要求3所述的调制器，其中，
所述时序控制器通过控制所述第一固态开关和第二固态开关何时被开/关，来控制磁化脉冲施加到初级侧的时间、主脉冲施加到初级侧的时间，以及从结束磁化脉冲的施加到施加主脉冲的时间。
5.如权利要求4所述的调制器，其中
如果在第一时刻将所述磁化脉冲施加到初级侧，在对应于时序控制器的控制经过预定时间之后的第二时刻，所述双极性脉冲发生器将所述主脉冲施加到初级侧。
6.如权利要求5所述的调制器，其中
通过控制磁化脉冲和主脉冲施加到初级侧的时间差，来调节感应到次级侧的电压的幅度。
7.如权利要求1所述的调制器，还包括
多个双极脉冲发生器，并且
所述多个双极脉冲发生器通过具有相同阻抗和长度的多条连接线并联耦合到高压变压器的初级侧。
8.如权利要求7所述的调制器，还包括
脉冲波形控制器，其包括多个单元模块，所述单元模块包括：独立变压器，用于调节所述高压变压器的次级侧电压；第三固态开关，其具有一个连接到波形控制电源的正电源的端子；以及第四固态开关，其连接到所述独立变压器的初级侧，并且具有一个连接到波形控制电源的负电源的端子，以及
时序控制器，其控制所述脉冲波形控制器的第三固态开关和第四固态开关的开/关时序设置。
9.如权利要求8所述的调制器，其中，
如果将第三固态开关和第四固态开关设置为开状态，则所施加电流的电压进一步增加，并且
如果将第三固态开关和第四固态开关设置为关状态，则所施加电流的电压进一步减小。
10.如权利要求1所述的调制器，其中
根据施加磁化脉冲和施加主脉冲的时间差调节电流脉冲的幅度，并且通过双极脉冲发生器将所述电流脉冲提供给磁控管。
11.一种调制器，包括：
高压变压器，其对通过初级侧和次级侧提供的电压进行变换，以向驱动装置施加电流脉冲，
脉冲波形控制器，其包括与高压变压器的次级侧串联耦合的多个单元模块；以及
时序控制器，其调节单元模块的固态开关的开/关状态；
其中所述单元模块包括：
独立变压器，其调节所述高压变压器次级侧的电压；
第一二极管，其连接到波形控制电源的负电源且连接到独立变压器的初级侧；
第一固态开关，其连接到波形控制电源的正电源且连接到第一二极管，并控制开/关状态；
第二固态开关，其连接到波形控制电源的负电源并控制开/关状态；以及
第二二极管，其连接到波形控制电源的正电源，并连接在独立变压器的初级侧的第一二极管的相对侧。
12.如权利要求11所述的调制器，其中，
所述单元模块由全桥或正向转换电路结构和独立变压器构成。
13.如权利要求11所述的调制器，其中，
对于所述单元模块，
如果所述第一固态开关和第二固态开关被设置为关状态，则施加的高压的次级侧电压减小，并且
如果所述第一固态开关和第二固态开关被设置为开状态，则施加的高压的次级侧电压增加，并且
如果所述第一固态开关和第二固态开关中只有一个被设置为开状态，则所施加的电流的电压不会发生变化。
14.如权利要求11所述的调制器，其中，
如果从串联耦合的多个单元模块向次级侧施加电压幅度被调节的波形，则通过从每个单元模块施加的波形的总和来控制电流脉冲的波形。
15.如权利要求14所述的调制器，其中，
如果所述脉冲波形控制器包括n个单位模块，则控制2(n+1)步的任意波形，其中n是自然数。
16.如权利要求11所述的调制器，还包括
双极脉冲发生器，其向连接到高压变压器初级侧的连接线施加磁化脉冲和主脉冲，
时序控制器，其控制双极脉冲发生器中固态开关的驱动时序。
17.如权利要求16所述的调制器，其中，
所述双极脉冲发生器包括：
磁化脉冲发生单元，其包括供电以用于磁化脉冲的第一电源；
第一电容器，其接收来自第一电源的正电压以进行充电，并使所充的正电压放电；
第一二极管，其连接到第一电容器和第一连接线的连接位置；和
第一固态开关，其连接在第一电容器和第一二极管之间，并控制开/关状态；和
主脉冲发生单元，其包括供电以用于主脉冲的第二电源；
第二电容器，其接收来自第二电源的负电压以进行充电，并使所充的负电压放电；
第二固态开关，其连接到第二电容器和第二二极管之间的位置和第一固态开关，并控制开/关状态；和
第二二极管，其连接到第一二极管和第二固态开关，并用连接线连接到连接点位置。
18.一种用于控制调制器的电流脉冲的幅度的方法，包括：
经连接到高压变压器的初级侧的连接线，通过双极脉冲发生器施加与主脉冲具有相反极性的磁化脉冲的步骤；
将所述磁化脉冲施加到初级侧，并使电压感应到所述高压变压器的邻近初级侧布置的次级侧的步骤；
对应于预定的时间差，通过双极脉冲发生器经连接线将主脉冲施加到初级侧的步骤；以及
将主脉冲施加到初级侧，并使所述主脉冲的电压感应到次级侧以控制电压的幅度的步骤。
19.如权利要求18所述的用于控制电流脉冲的幅度的方法，其中，
施加所述磁化脉冲的步骤包括：
从供正电以用于磁化脉冲的第一电源接收正电以对第一电容器充电的步骤；
将第一固态开关设置为开状态的步骤，所述第一固态开关连接到连接线，且连接到第一电容器和初级侧；
在第一电容器放电时产生磁化脉冲的步骤；以及
利用连接到初级侧的连接线在连接点位置仅使磁化脉冲沿一个方向流动以使磁化脉冲施加到初级侧的步骤。
20.如权利要求19所述的控制电流脉冲的幅度的方法，其中
将所述主脉冲施加到初级侧的步骤包括：
从供负电以用于主脉冲的第二电源接收负电以对第二电容器充电的步骤；
对应于预定时间差，将第二固态开关设置为开状态的步骤，所述第二固态开关连接到连接线，且连接到第二电容器和初级侧；
在第二电容器放电时产生主脉冲的步骤；以及
利用连接到初级侧的连接线在连接点位置仅使主脉冲沿一个方向流动以使主脉冲施加到初级侧的步骤。
21.如权利要求20所述的控制电流脉冲的幅度的方法，其中
如果在施加磁化脉冲后直接将主脉冲施加到初级侧，则感应到次级侧的电压的幅度最大，并且
随着预定时间差的增大，感应到次级侧的电压的幅度减小。
22.如权利要求18所述的用于控制电流脉冲的幅度的方法，还包括
减小或增加连接并施加到高压变压器的次级侧的电压，以控制电流脉冲的波形的步骤。
23.如权利要求22所述的用于控制电流脉冲的幅度的方法，其中，
在控制电流脉冲的波形的步骤中，
从每个单元模块施加调节后的电压幅度，并且最终通过基于脉冲波形控制器的n个单元模块的所施加电压脉冲的波形总和来控制电流脉冲的波形，其中n是自然数，高压变压器的次级侧和独立变压器串联耦合。
24.一种用于控制调制器的电流脉冲的波形的方法，包括：
接收与施加到驱动装置的电流脉冲的波形相对应的条件的步骤；
基于输入条件，在时序控制器上调度脉冲波形控制器中的固态开关的开/关设置时序的步骤；
根据设定的调度控制固态开关的开/关状态的步骤；
根据施加到高压变压器的次级侧的固态开关的开/关状态，通过连接到所述固态开关的脉冲波形电源减小/增加电压的步骤；以及
根据施加到高压变压器的次级侧的电压的幅度调节高压电流脉冲的波形的步骤。
25.如权利要求24所述的用于控制电流脉冲的波形的方法，其中，
在所述脉冲波形控制器中，多个单元模块包括：
第一固态开关，其连接到波形控制电源的正电源并控制开/关状态；
第二固态开关，其具有连接到所述波形控制电源的负电源的一个端子，并控制开/关状态；和
串联配置的独立变压器，其调节高压变压器的次级侧的电压。
26.如权利要求25所述的电流脉冲的波形控制方法，其中，
在调度固态开关的开/关设置时序的步骤中，
如果第一固态开关和第二固态开关设置为关状态，则所施加电流的幅度减小，
如果第一固态开关和第二固态开关设置为开状态，则所施加电流的幅度增加，并且
如果仅将第一固态开关和第二固态开关中的一个设置为开状态，则所施加电流的幅度不会改变。
27.如权利要求26所述的用于控制电流脉冲的波形的方法，其中，
在调节电流脉冲的波形的步骤中，
如果从与次级侧串联耦合的多个单元模块接收到调节了电压幅度的波形，则通过来自每个单元模块的所施加波形的总和来控制电压脉冲的波形，并且
通过n个单元模块控制2(n+1)步的电压波形，其中n是自然数。
28.如权利要求24所述的用于控制电流脉冲的波形的方法，还包括：
从双极脉冲发生器将磁化脉冲施加到高压变压器的初级侧的步骤，所述双极脉冲发生器连接到高压变压器的初级侧；
如果经过预定时间，向高压变压器的初级侧施加主脉冲的步骤；以及
将磁化脉冲电压和主脉冲电压施加到所述高压变压器的与初级侧相邻的次级侧。
29.如权利要求28所述的用于控制电流脉冲的波形的方法，其中，
在接收条件的步骤中，
输入施加到磁控管的电流脉冲的幅度的条件，
在调度步骤中，
基于所述电流脉冲的幅度的条件，向初级侧施加磁化脉冲和施加主脉冲的时间差被调度为随着输入电压的幅度的增加而减小。
30.如权利要求28所述的用于控制电流脉冲的波形的方法，其中，
如果输入以下条件：调节施加到磁控管的多个电流脉冲的幅度、脉冲宽度和脉冲之间的时间间隔，
则在调度步骤中，
基于所述多个电流脉冲的幅度的条件，当输入电压的幅度增加时，将调度向初级侧施加磁化脉冲和施加主脉冲之间的时间差，以及
由脉冲波形控制器调节每个脉冲的波形。
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