CN203537265U - 一种粒子束驱动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种粒子束驱动电源，包括嵌入式控制器，其输出端分别与主高压电源、预电源、控制电源的输入端相连，主高压电源、预电源、控制电源的输出端均与中间电路的输入端相连，中间电路的输出端接负载。本实用新型采用模块化设计，使得系统内各子模块具有一定的一致性和可替换性，同时也极大的提高了粒子束驱动电源在脉冲功率行业的应用范围。同时，采用嵌入式控制器技术，使得数据采集信号和控制信号在系统中能够安全、可靠、高速的传输，并且能够在极端恶劣环境下，提前作用控制量，提高驱动电源输出的稳定性。此外，也有效地实现粒子束负载高效可靠的启动与连续运行，并极大的提高了驱动电源的控制精度。

Description

一种粒子束驱动电源

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其是一种粒子束驱动电源。

背景技术

粒子是能够以自由状态存在的最小物质组分，被称为粒子的物质有电子、质子、中子和其它带正、负电的离子。粒子束是指粒子由于电场或磁场的作用力而产生定向流动的束流，其特点是可以加速，绝对速度为每秒30万公里。常用的产生粒子束的负载包括真空微波管、高压气体放电灯，而常用的真空微波管有磁控管、行波管、速调管、前向波管、四极管等，并且已经越来越多的应用到雷达发射机、粒子加速器等场合，成为当今恒量一个国家科技、军事水平的标准。现有的粒子束驱动电源的应用范围较窄，有一定局限性，且粒子束驱动电源输出的稳定性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用范围宽、提高驱动电源输出稳定性的粒子束驱动电源。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种粒子束驱动电源，包括嵌入式控制器，其输出端分别与主高压电源、预电源、控制电源的输入端相连，主高压电源、预电源、控制电源的输出端均与中间电路的输入端相连，中间电路的输出端接负载。

所述嵌入式控制器的电源端接外接电源。

所述负载为高压气体放电灯，所述预电源为准预电离电源，所述控制电源为点火控制电源，所述中间电路由隔离整流二极管D1、隔离整流二极管D2、滤波储能电容C1和隔离脉冲变压器T1组成。

所述负载为真空微波管，所述预电源为预热电源，所述控制电源为控制极电源，所述中间电路采用滤波储能电容C2。

所述主高压电源输出端的高端与隔离整流二极管D1的阳极相连，主高压电源输出端的低端与滤波储能电容C1的低端相连，准预电离电源输出端的高端与隔离整流二极管D2的阳极相连，准预电离电源输出端的低端与滤波储能电容C1的低端相连，点火控制电源的输出端与隔离脉冲变压器T1的初级线圈相连，隔离整流二极管D1的阴极、隔离整流二极管D2的阴极、滤波储能电容C1的高端与隔离脉冲变压器T1的次级线圈的一端相连，隔离脉冲变压器T1的次级线圈的另一端与高压气体放电灯的阳极相连，高压气体放电灯的阴极与滤波储能电容C1的低端相连后接地。

所述高压气体放电灯包括氙灯、氪灯和氖灯。

所述主高压电源输出端的高端分别与滤波储能电容C2的高端、预热电源输出端的低端、控制极电源输出端的低端相连，所述预热电源输出端的高端与真空微波管的灯丝相连，所述控制极电源输出端的高端与真空微波管的控制极相连，所述滤波储能电容C2的高端与真空微波管的阴极相连，所述真空微波管的阳极与其机壳相连后接地。

所述真空微波管包括磁控管、行波管、速调管、前向波管和四极管。

由上述技术方案可知，本实用新型采用模块化设计，使得系统内各子模块具有一定的一致性和可替换性，同时也极大的提高了粒子束驱动电源在脉冲功率行业的应用范围。同时，采用嵌入式控制器技术，使得数据采集信号和控制信号在系统中能够安全、可靠、高速的传输，并且能够在极端恶劣环境下，提前作用控制量，提高驱动电源输出的稳定性。此外，也有效地实现粒子束负载高效可靠的启动与连续运行，并极大的提高了驱动电源的控制精度。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图；

图2为本实用新型带氙灯负载的电路原理框图；

图3为本实用新型带氙灯负载的工作时序图；

图4为本实用新型带真空微波管负载的电路原理框图；

图5为本实用新型带真空微波管负载的工作时序图。

具体实施方式

一种粒子束驱动电源，包括嵌入式控制器1，其输出端分别与主高压电源2、预电源3、控制电源4的输入端相连，主高压电源2、预电源3、控制电源4的输出端均与中间电路5的输入端相连，中间电路5的输出端接负载6，所述嵌入式控制器1的电源端接外接电源，如图1所示。所述的嵌入式控制器1还具有百兆以太网通信功能，利用工控机软件界面对粒子束驱动电源进行精确控制，并监视电源的工作状态，记录工作参数。

如图2所示，所述负载6为高压气体放电灯，所述预电源3为准预电离电源，所述控制电源4为点火控制电源，所述中间电路5由隔离整流二极管D1、隔离整流二极管D2、滤波储能电容C1和隔离脉冲变压器T1组成。所述高压气体放电灯包括氙灯、氪灯和氖灯；所述的准预电离电源对高压气体放电灯的击穿沟道进行迅速捕捉并在一定时间内（数毫秒）提供能量给后级高压气体放电灯负载；所述的点火控制电源，提供足够高的脉冲电压及能量将高压气体放电灯负载击穿。

如图2所示，所述主高压电源2输出端的高端与隔离整流二极管D1的阳极相连，主高压电源2输出端的低端与滤波储能电容C1的低端相连，准预电离电源输出端的高端与隔离整流二极管D2的阳极相连，准预电离电源输出端的低端与滤波储能电容C1的低端相连，点火控制电源4的输出端与隔离脉冲变压器T1的初级线圈相连，隔离整流二极管D1的阴极、隔离整流二极管D2的阴极、滤波储能电容C1的高端与隔离脉冲变压器T1的次级线圈的一端相连，隔离脉冲变压器T1的次级线圈的另一端与高压气体放电灯的阳极相连，高压气体放电灯的阴极与滤波储能电容C1的低端相连后接地。图2中的高压气体放电灯为氙灯H1。

如图3所示，当电路开始工作时，首先由点火控制电源输出一个点火脉冲给隔离脉冲变压器T1，在隔离脉冲变压器T1的次级线圈感应出足够能量及电压幅度的点火脉冲（几十千伏以上），该点火脉冲拥有足够高的电压以及足够的能量将氙灯H1击穿。当氙灯H1负载状态发生改变的时候，准预电离电源同时对氙灯H1的击穿沟道进行迅速捕捉，并在一定时间内（(数毫秒)）提供能量给后级氙灯H1负载，让氙灯H1负载的阻抗降低到主高压电源2输出电压（几百伏）范围内，之后靠主高压电源的2稳定输出电流进行维持，达到长时间连续稳定输出的仿造太阳光照。

利用嵌入式控制器1对三种电源的输出时序进行精确控制，以实现氙灯H1负载的稳定启动与连续运行。同时，可对三种电源的时序关系进行合理的调整，以实现对不同长度、亮度、功率氙灯或氪灯的稳定启动和连续运行。氙灯H1在工作过程中也容易受温度等特性影响出现灭弧等现象，嵌入式控制器1将根据光敏采样或电流采样来判断是否灭弧及重新按时序关系进行再启动。如果灭弧问题突出或一定时间内出现多次灭弧，则系统将提醒氙灯H1寿命已到，要进行氙灯H1更换。

如图4所示，所述负载6为真空微波管，所述预电源3为预热电源，所述控制电源4为控制极电源，所述中间电路5采用滤波储能电容C2。所述真空微波管包括磁控管、行波管、速调管、前向波管和四极管。所述预热电源用于对真空微波管的灯丝F进行加热，让真空微波管的阴极K的电子处于活跃状态；所述控制极电源通过控制真空微波管负载的控制极使其处于关断或者导通状态。所述主高压电源2输出端的高端分别与滤波储能电容C2的高端、预热电源输出端的低端、控制极电源输出端的低端相连，所述预热电源输出端的高端与真空微波管的灯丝相连，所述控制极电源输出端的高端与真空微波管的控制极相连，所述滤波储能电容C2的高端与真空微波管的阴极相连，所述真空微波管的阳极与其机壳相连后接地。

如图4所示，所述的嵌入式控制器1结合脉冲宽度调制技术（PWM）产生可编程的三角波波形，所述的主高压电源2用以产生足够强的电场；所述的预热电源用以对微波管H2负载的灯丝F进行加热，让阴极K的电子处于活跃状态；所述的控制极电源在等主高压电源2工作稳定后，再控制真空微波管H2负载的控制极工作，最终电子通过闸门由电场加速行成电子束流，电子束流在运动过程中与微波信号作用，发生能量转移。真空微波管H2利用高压电场产生高速集中电子束流，再配合磁场行成空间电子群从而对输入的微波信号进行放大，把电子束能量往微波能量转移，效率可以达到50%以上，多余的能量转换成热量消耗掉。

如图5所示，预热电源先工作，对微波管H2的灯丝F进行加热，预热一定时间后，让阴极K的电子处于活跃状态，但控制极处于关断状态，电子不能通过闸门；再加主高压电源2产生足够强的电场，等主高压电源2工作稳定后，控制极电源控制负载控制极工作，电子通过闸门由电场加速行成电子束流，电子束流在运动过程中与微波信号作用，发生能量转移。

当真空微波管H2工作在脉冲状态时，为防止打火时能量过大而减少电源的储能，同时要求脉内平坦度有1%，于是要求粒子束驱动电源具有脉冲顶降补偿功能，利用嵌入式控制器1控制脉宽调制电路实现三角波输出，正好补偿脉内顶降。

综上所述，本实用新型采用模块化设计，使得系统内各子模块具有一定的一致性和可替换性，同时也极大的提高了粒子束驱动电源在脉冲功率行业的应用范围。同时，采用嵌入式控制器技术，使得数据采集信号和控制信号在系统中能够安全、可靠、高速的传输，并且能够在极端恶劣环境下，提前作用控制量，提高驱动电源输出的稳定性。此外，也有效地实现粒子束负载高效可靠的启动与连续运行，并极大的提高了驱动电源的控制精度。

Claims (8)

1.一种粒子束驱动电源，其特征在于：包括嵌入式控制器（1），其输出端分别与主高压电源（2）、预电源（3）、控制电源（4）的输入端相连，主高压电源（2）、预电源（3）、控制电源（4）的输出端均与中间电路（5）的输入端相连，中间电路（5）的输出端接负载（6）。

2.根据权利要求1所述的粒子束驱动电源，其特征在于：所述嵌入式控制器（1）的电源端接外接电源。

3.根据权利要求1所述的粒子束驱动电源，其特征在于：所述负载（6）为高压气体放电灯，所述预电源（3）为准预电离电源，所述控制电源（4）为点火控制电源，所述中间电路（5）由隔离整流二极管D1、隔离整流二极管D2、滤波储能电容C1和隔离脉冲变压器T1组成。

4.根据权利要求1所述的粒子束驱动电源，其特征在于：所述负载（6）为真空微波管，所述预电源（3）为预热电源，所述控制电源（4）为控制极电源，所述中间电路（5）采用滤波储能电容C2。

5.根据权利要求3所述的粒子束驱动电源，其特征在于：所述主高压电源（2）输出端的高端与隔离整流二极管D1的阳极相连，主高压电源（2）输出端的低端与滤波储能电容C1的低端相连，准预电离电源输出端的高端与隔离整流二极管D2的阳极相连，准预电离电源输出端的低端与滤波储能电容C1的低端相连，点火控制电源（4）的输出端与隔离脉冲变压器T1的初级线圈相连，隔离整流二极管D1的阴极、隔离整流二极管D2的阴极、滤波储能电容C1的高端与隔离脉冲变压器T1的次级线圈的一端相连，隔离脉冲变压器T1的次级线圈的另一端与高压气体放电灯的阳极相连，高压气体放电灯的阴极与滤波储能电容C1的低端相连后接地。

6.根据权利要求3所述的粒子束驱动电源，其特征在于：所述高压气体放电灯包括氙灯、氪灯和氖灯。

7.根据权利要求4所述的粒子束驱动电源，其特征在于：所述主高压电源（2）输出端的高端分别与滤波储能电容C2的高端、预热电源输出端的低端、控制极电源输出端的低端相连，所述预热电源输出端的高端与真空微波管的灯丝相连，所述控制极电源输出端的高端与真空微波管的控制极相连，所述滤波储能电容C2的高端与真空微波管的阴极相连，所述真空微波管的阳极与其机壳相连后接地。

8.根据权利要求4所述的粒子束驱动电源，其特征在于：所述真空微波管包括磁控管、行波管、速调管、前向波管和四极管。

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