CN206022303U - 一种大功率离子源弧电源反馈控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大功率离子源弧电源反馈控制系统，其主要目的是满足大功率热阴极离子源在不同时期对弧电源的不同控制的需求。本系统主要通过不同变量的反馈控制模式来实现，包括由弧电源输出电压反馈、输出电流反馈和探针反馈三路独立的闭环反馈控制回路，其反馈值分别与由总控发出的电压设置、电流设置和探针设置进行比较放大，产生误差信号进入PID组成的运算调节单元形成控制信号，送入弧电源控制器，控制调节弧电源输出，从而达到控制离子源等离子体放电的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及离子源的弧电源反馈控制系统，其实质是离子源的等离子体放电控制技术，尤其是能用于中性束注入器的大功率热阴极离子源，满足其在不同时期对等离子体放电的需求。
背景技术
离子源刚加工安装完成时，由于其内部表面不洁净，在此期间如果弧电源输出电压过高会引起频繁的打火，等离子体难以建立，更为严重的会造成整个弧室烧蚀损坏。
离子源等离子体的建立是一个复杂的过程，主要通过阴极灯丝发射电子，经过弧电压加速与中性气体的碰撞电离产生。由于灯丝电源和弧电源是共阴极的,当弧电源电流增加时,会有较多的电流流向阴极,增加灯丝发射更多的热电子,增加了气体电离度,使弧电源电流不断增加，影响放电的稳定。
在离子源等离子体放电时，弧电源的负载为等离子体，其在一定时刻出现的非线性和负阻特性决定了在该时刻电压与电流之间没有直接的比例关系，运用常规的电压电流取样反馈控制很难实现高的反馈调节精度和长脉冲准稳态等离子体放电和离子束引出运行。
实用新型内容
为了满足热阴极离子源在不同时期对等离子体放电的不同需求，本实用新型提供了基于不同变量反馈控制弧电源的反馈控制系统，从而达到控制大功率热阴极离子源等离子体放电的目的，该反馈控制系统的核心是设计用不同变量运行来实现。在离子源初始等离子体放电清洗内部表面时期，为了防止过高的弧压造成的频繁打火和拉弧现象发生，弧电源通过其输出电压反馈模式来控制输出电压逐渐的加高，以在弧室产生不同功率的等离子体，从而达到清洗离子源的目的；在需要稳定的等离子体电流输出的时候，利用弧电源所输出的电流作为反馈控制信号来控制弧电源输出，达到控制弧电源电流稳定输出的目的，即得到稳定的等离子体电流；在中性束注入器中，离子源的主要作用是产生稳定的等离子体和加速离子形成稳定的离子束，而产生稳定离子束的前提是需要有密度均匀的等离子体放电，因此，在弧室内插入几路朗谬尔探针，采集等离子体的密度信号，经过处理后反馈控制弧电源的输出，从而实现长脉冲准稳态的等离子体放电和离子束引出。
本实用新型的技术方案如下：
一种大功率离子源弧电源反馈控制系统，所述的离子源为热阴极离子源，所述的弧电源由弧电源控制器控制，其特征在于：分别对弧电源的输出电压、电流以及安装于弧室内的六路探针信号采样，获得电压采样反馈信号、电流采样反馈信号以及探针反馈信号，将电压采样反馈信号、电流采样反馈信号以及探针反馈信号与总控系统发出的电压设置、电流设置和探针设置进行比较放大，其误差信号经由PID组成的运算调节单元处理后输出至弧电源输出控制器，来实现弧电源输出的闭环反馈控制，从而达到大功率热阴极离子源等离子体放电控制的目的。
所述的安装于弧室内的六路探针为郎缪尔探针，用于采集等离子体密度信号，该信号经线性光电隔离转换器以及六路探针信号综合处理获得用于弧电源控制的探针反馈信号。
本技术主要利用不同变量来反馈控制弧电源的输出，以实现不同时期离子源等离子体放电的需求。在需要弧电源电压稳定可调输出时，利用电压反馈来控制，而需要离子源长脉冲稳定的等离子体放电和离子束引出时，则通过电流反馈和探针反馈控制弧电源来完成。
本实用新型的有益效果：
（1）、本实用新型通过不同变量来反馈控制调节弧电源的输出，能满足离子源在任何时候对等离子体放电的需求；
（2）、本实用新型对大功率热阴极离子源的安全稳定以及长脉冲运行奠定了基础，对其放电的物理特性研究提供了技术手段；
（3）、本实用新型可以为其他多变量控制场合提供技术参考。
附图说明
图1所示为本实用新型原理结构示意图。
具体实施方案
参见图1，一种大功率离子源弧电源反馈控制系统，所述的离子源为热阴极离子源，所述的弧电源由弧电源控制器控制，本技术的核心是通过利用不同变量反馈控制弧电源的输出，其特征在于：分别对弧电源的输出电压、电流以及安装于弧室内的六路探针信号采样，获得电压采样反馈信号、电流采样反馈信号以及探针反馈信号，将电压采样反馈信号、电流采样反馈信号以及探针反馈信号与总控系统发出的电压设置、电流设置和探针设置进行比较，其误差信号经由PID组成的运算调节单元处理后输出至弧电源输出控制器，来实现弧电源输出的闭环反馈控制，从而达到大功率热阴极离子源等离子体放电控制的目的。所述的安装于弧室内的六路探针为郎缪尔探针，用于采集等离子体密度信号，该信号经线性光电隔离转换器以及六路探针信号综合处理获得用于弧电源控制的探针反馈信号。
实际使用中，本反馈控制系统在EAST-NBI强流离子源上已经很好应用，其在离子源锻炼和长脉冲稳定运行中发挥了至关重要的作用，已经完成了多台离子源的锻炼，同时实现了大于100秒的长脉冲等离子体放电和束引出。
Claims (1)
1.一种大功率离子源弧电源反馈控制系统，所述的大功率离子源为热阴极离子源，所述的弧电源由弧电源控制器控制，其特征在于：分别对弧电源的输出电压、电流以及安装于弧室内的六路探针信号采样，获得电压采样反馈信号、电流采样反馈信号以及探针反馈信号，将电压采样反馈信号、电流采样反馈信号以及探针反馈信号与总控系统发出的电压设置、电流设置和探针设置进行比较放大，其误差信号经由PID组成的运算调节单元处理后输出至弧电源输出控制器，来实现弧电源输出的闭环反馈控制，从而达到大功率热阴极离子源等离子体放电控制的目的。
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|---|---|---|---|---|
| CN108054071A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-05-18 | 日新离子机器株式会社 | 离子源及离子注入装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| CN108054071B (zh) * | 2017-09-28 | 2020-04-28 | 日新离子机器株式会社 | 离子源及离子注入装置 |
| CN111341633A (zh) * | 2020-02-22 | 2020-06-26 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于强流负氢离子源的安全保护装置 |
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