CN209844857U - 高能电子直线加速器脉冲调制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子直线加速器技术领域，具体涉及一种高能电子直线加速器脉冲调制器，三相交流电经调制器接口电路连接至开关电路，开关电路通过自动升压电路连接至调压器初级，调压器次级通过能量选择模块连接至高压电源整流模块，高压电源整流模块通过充电电路为仿真线充电，对应充电电路设置DeQ调整模块以调整仿真线的充电电压，放电控制电路控制仿真线对脉冲变压器初级放电，脉冲变压器次级产生具有确定宽度和幅度的高压脉冲加到速调管。本实用新型本实用新型能够为高能电子直线加速器的微波功率源提供不同功率的脉冲电源，能够根据不同的能量档位提供不同的功率的电源，最大程度地满足医用高能电子直线加速器的需求。

Description

高能电子直线加速器脉冲调制器

技术领域

本实用新型涉及电子直线加速器技术领域；具体涉及一种高能电子直线加速器脉冲调制器。

背景技术

脉冲调制器是加速器的主要组成部分，加速器的微波功率源都由磁控管(或速调管)及脉冲调制器组成，它产生一定的振幅、宽度、重复频率和一定功率的脉冲。调制器系统的主要功能是为磁控管(射频系统)和加速管提供高压直流脉冲功率。加速器的性能、工作的可靠性直接与微波源、调制器有关，现有的调制器不能根据输出需求自动调节高压脉冲的输出功率，使用受限。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种可以满足不同能量档位和更高能量射线要求的高能电子直线加速器脉冲调制器。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述高能电子直线加速器脉冲调制器，包括调制器接口电路、开关电路、自动升压电路、调压器、能量选择模块、高压电源整流模块、充电电路、DeQ调整模块、仿真线、放电控制电路和控制箱，三相交流电经调制器接口电路连接至开关电路，开关电路通过自动升压电路连接至调压器初级，调压器次级通过能量选择模块连接至高压电源整流模块，高压电源整流模块通过充电电路为仿真线充电，对应充电电路设置DeQ调整模块以调整仿真线的充电电压，放电控制电路控制仿真线对脉冲变压器初级放电，脉冲变压器次级产生具有确定宽度和幅度的高压脉冲加到速调管。

三相电源经过三相稳压电源稳压后连接到调制器接口电路，开关电路根据高能电子直线加速器控制系统的发送的控制信号控制三相电源的通断，接通的三相电源后，将三相市电输送到自动升压电路，自动升压电路连接到调压器，通过调压器改变三相电的大小后再连接到能量选择模块，能量选择模块根据需要通过合适的档位连接到高压电源整流模块，高压电源整流模块将三相电转变成直流高压，然后通过充电电路给脉冲形成网络充电，完成充电过程，最后放电控制电路控制仿真线对脉冲变压器的初级放电，脉冲变压器的次级产生一个具有确定宽度和幅度的高压脉冲，加到速调，DeQ调整模块充当一调整器，允许仿真线充电到最高压之外的其它电压值。

其中，优选方案为：

所述高压电源整流模块包括带抽头的高压变压器和整流滤波电路，带抽头的高压变压器配合能量选择模块实现高压变压器输出的电压的档位选择，整流滤波电路对产生的电压进行滤波整流后最终输出直流高压，一般情况下，能量选择模块设置5个档位即可，能量选择模块选用接触器，接触器数量及高压变压器抽头数量与档位个数相符，接触器通过控制箱控制通断。

所述高压电源整流模块还包括高压取样板和高压过流联锁电路，高压取样板自整流滤波电路输出正极引线取样，高压取样板输出端接控制箱输入端，控制箱过流联锁输出端连接至高压过流联锁电路输入端，高压过流联锁电路输出端连接至过流保护继电器，过流保护继电器接入整流滤波电路输出负极引线。高压取样板用于检测充电电路为仿真线充电的充电电流是否超过预设值，如果超过预设值，启动高压过流联锁电路切断高压电源整流模块对充电电路的供电。

所述充电电路包括依次连接的充电电感和充电二极管组件，保证每次充电过程结束后，仿真线上电压大致相同，脉冲输出期间，使高压直流电源和放电控制电路充分隔离开，较高的充电效率。仿真线采用等电感等电容的链形网络，充电二极管组件可防止仿真线向高压电源整流模块反向充电。

把充电电感放置在充电回路中，当高压电源整流模块对仿真线的充电电容进行充电时，充电电感中建立了一个与充电电容电量相当的磁场，当充电电容达到与高压电源整流模块输出相同的电位时，电流停止流动，充电电感的磁场开始崩溃，继续对充电电容充电直至充电至两倍的高压电源整流模块输出电压，DeQ调整模块充当一调整器，允许充电电路对仿真线充电到其他电压值。

所述DeQ调整模块包括DeQ稳幅电路和DeQ触发放大电路，DeQ触发放大电路一个输入端接收来自DeQ取样板的电平信号，另一个输入端自控制箱接收直流电平信号，取样电阻板自仿真线充电线上取样，DeQ触发放大电路输出端连接DeQ稳幅电路触发端，DeQ稳幅电路与充电电感并联。DeQ稳幅电路采用电阻型，即一只开关管串联一只电阻后与充电电感并联，DeQ触发放大电路输出端连接开关管栅极。开关管采用DeQ闸流管，DeQ闸流管是一个高速开关管，当控制箱来的比较电压与仿真线高压来的取样电压相等时，DeQ闸流管导通，当DeQ闸流管导通时，充电电感中的积累的多余能量消耗在DeQ稳幅电路的电阻上。

所述放电控制电路包括放电触发放大电路和主开关管，放电触发放大电路输入端连接控制箱，放电触发放大电路输出端连接至主开关管栅极，主开关管阳极连接仿真线，主开关管阴极连接脉冲变压器。

放电控制电路还设置低通隔离电路，开关管一般采用氢闸流管，氢闸流管栅阴电离和阳栅击穿后，栅极上会出现暂时高电位，接近阳极，这尖峰宽度小于0.1微秒，能量小，会击穿低压元件、损坏触发电路，在栅极与触发器之间接一低通隔离电路保护开关管。

上述高能电子直线加速器脉冲调制器还包括反峰电路，反峰电路由一只二极管和一个电阻串联后并接在闸流管的两端。

上述高能电子直线加速器脉冲调制器，还包括RC匹配电路，RC匹配电路由一只电容和电阻串联后并接在脉冲变压器初级线圈两端。

因磁控管的阻抗是电压的非线性函数，起振前负载近似开路阻值极大，仿真线与负载严重的正失配而在输出脉冲前沿出现上冲尖峰，前沿上升速率太快会引起跳模现象。磁控管起振前，该RC匹配电路消耗了能量，而且使脉冲宽度越窄，起振时间越长则功率损耗的百分比也越大，脉冲结束以后，RC匹配电路的电容开始放电，从而拖长了负载上的脉冲电压后沿下降时间，磁控管将产生低模振荡。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型能够为高能电子直线加速器的微波功率源提供不同功率的脉冲电源，能够根据不同的能量档位提供不同的功率的电源，最大程度地满足医用高能电子直线加速器的需求，能够将医用电子直线加速器射线输出能量至少达到22MeV，设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

图1实施例1结构框图。

图2实施例1电路原理框图。

图3主电源柜连线图

图4调制器接口电路、开关电路及能量选择模块电路图。

图5自动升压电路原理图。

图6高压整流模块电路图。

图7联锁电路原理图。

图8充电电路结构框图。

图9DeQ触发放大电路原理图。

图10DeQ低通滤波电路。

图11放电触发放大电路原理图。

图12低通隔离电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1-2所示，本实施例所述高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，包括调制器接口电路、开关电路、自动升压电路、调压器、能量选择模块、高压电源整流模块、充电电路、DEQ调整模块、仿真线、放电控制电路和控制箱，三相交流电经调制器接口电路连接至开关电路，开关电路通过自动升压电路连接至调压器初级，调压器次级通过能量选择模块连接至高压电源整流模块，高压电源整流模块通过充电电路为仿真线充电，对应充电电路设置DEQ调整模块以调整仿真线的充电电压，放电控制电路控制仿真线对脉冲变压器初级放电，脉冲变压器次级产生具有确定宽度和幅度的高压脉冲加到速调管，开关电路、高压电源整流模块、DEQ调整模块和放电控制电路均与控制箱相连。

如图3-5所示，主电源柜的三相电源经过三相稳压电源稳压后连接到调制器接口电路，开关电路根据高能电子直线加速器控制系统的发送的控制信号控制三相电源的通断，接通的三相电源后，将三相市电输送到自动升压电路，自动升压电路连接到调压器，通过调压器改变三相电的大小后再连接到能量选择模块，能量选择模块根据需要通过合适的档位连接到高压电源整流模块，高压电源整流模块将三相电转变成直流高压，然后通过充电电路给脉冲形成网络充电，完成充电过程，最后放电控制电路控制仿真线对脉冲变压器的初级放电，脉冲变压器的次级产生一个具有确定宽度和幅度的高压脉冲，加到速调管，DeQ调整模块充当一调整器，允许仿真线充电到最高压之外的其它电压值。

如图6所示，高压电源整流模块包括带抽头的高压变压器和整流滤波电路，带抽头的高压变压器配合能量选择模块实现高压变压器输出的电压的档位选择，整流滤波电路对产生的电压进行滤波整流后最终输出直流高压，能量选择模块设置5个档位，能量选择模块选用接触器8K7-8K11，接触器通过控制箱控制通断。

高压变压器共有抽头(0,1,2,3,4,5)，初级按Δ接法通过能量选择电路转换有5种组合输出。当抽头置(0-1)时,输出电压为最高(11.3KV)；当抽头置(0-2)时,输出电压为(10.5KV)；当抽头置(0-3)时,输出电压为(9.7KV)；当抽头置(0-4)时,输出电压为(8.88KV)；当抽头置(0-5)时，输出电压为最低(8.08KV)。

高压电源整流模块还包括高压取样板和高压过流联锁电路，高压取样板自整流滤波电路输出正极引线取样，高压取样板输出端接控制箱输入端，控制箱过流联锁输出端连接至高压过流联锁电路输入端，高压过流联锁电路输出端连接至过流保护继电器2J1，过流保护继电器2J1接入整流滤波电路输出负极引线。高压取样板用于检测充电电路为仿真线充电的充电电流是否超过预设值，如果超过预设值，启动高压过流联锁电路切断高压电源整流模块对充电电路的供电。

如图8-10所示，充电电路包括依次连接的充电电感和充电二极管组件，保证每次充电过程结束后，仿真线上电压大致相同，脉冲输出期间，使高压直流电源和放电控制电路充分隔离开，较高的充电效率。仿真线采用等电感等电容的链形网络，充电二极管组件可防止仿真线向高压电源整流模块反向充电；所述DeQ调整模块包括DeQ稳幅电路和DeQ触发放大电路，DeQ触发放大电路一个输入端接收来自DeQ取样板的电平信号，另一个输入端自控制箱接收直流电平信号，DeQ取样板自仿真线充电线上取样，DeQ触发放大电路输出端连接DeQ稳幅电路触发端，DeQ稳幅电路与充电电感并联。DeQ稳幅电路采用电阻型，即一只闸流管串联一只电阻后与充电电感并联，DeQ触发放大电路输出端连接开关管栅极，闸流管是一个高速开关管，当控制箱来的比较电压与仿真线高压来的取样电压相等时，闸流管导通，当闸流管导通时，充电电感L1中的积累的多余能量消耗在DeQ稳幅电路的电阻上。为保护闸流管，在DeQ触发放大电路和闸流管栅极之间设置DeQ低通滤波电路。

把充电电感L1放置在充电回路中，当高压电源整流模块对仿真线的充电电容进行充电时，充电电感L1中建立了一个与充电电容电量相当的磁场，当充电电容达到与高压电源整流模块输出相同的电位时，电流停止流动，充电电感L1的磁场开始崩溃，继续对充电电容充电直至充电至两倍的高压电源整流模块输出电压，DeQ调整模块充当一调整器，允许充电电路对仿真线充电到其他电压值。

过流联锁保护包括平均值过流联锁电路和峰值过流联锁，如图7所示，平均值过流联锁为，调整VR2大约为1.8V，磁控管电流为110安培，重复频率250赫兹，DeQ深度为30％左右，调整VR2使U1D LM339的11脚与10脚相等，或略大0.2伏以防有电压波动时出假高压过流保护，正常开机时磁控管电流为100安培，出高压过流时10脚电压将成倍的变大，当10脚高于11脚时，UID的13脚变低电平，二极管CR4导通，引起指示灯DS1灭、光耦U6A不导通，20A、20B(ILHVOC)没有负12伏电压而输出高压过流联锁；峰值过流联锁为，调整VR3大约2.0V，磁控管电流为110安培，重复频率250赫兹条件下，调整VR3使U1C LM339的9脚于8脚相等，或略大0.2伏，当8脚电压高于9脚电压时，U1C的14脚变低电平，二极管CR5导通，同样地引起指示灯DS1灭、光耦U6A不导通，20A、20B(ILHVOC)没有负12伏电压而出高压过流联锁。

如图11-12所示，放电控制电路包括放电触发放大电路和主开关管，放电触发放大电路输入端连接控制箱，放电触发放大电路输出端连接至主开关管栅极，主开关管阳极连接仿真线，主开关管阴极连接脉冲变压器；放电控制电路还设置低通隔离电路，氢闸流管栅阴电离和阳栅击穿后，栅极上会出现暂时高电位，接近阳极，这尖峰宽度小于0.1微秒，能量小，会击穿低压元件、损坏触发电路，在氢闸流管栅极与放电触发放大电路之间接一低通隔离电路。

放电回路有三种放电情况：

R’H＝ρ匹配情况，仿真线在放电后电压降为零，主开关管阳极电压在放电完了降为零，恢复到截止状态，仿真线重新充电，等待下一次触发；

R'H>ρ正失配情况，仿真线向负载放电，经过τ时刻后，电压虽有降低但仍大于零，主开关管继续导电，直到仿真线上电压下降到小于闸流管压降以后才截止，不利于闸流管消电离，引起闸流管连通，而出高压过流，充电电路过电流，放电回路正失配时会启动高压联锁；

R'H<ρ负失配情况，负失配情况下，仿真线开始反向充电，仿真线放电经过τ时刻以后，仿真线上电压变为负值，调制器一般工作在轻微的负失配状况，在严重负失配，如磁控管打火，负载短路，这是危险的，常用反峰电路去消除这一危险。在负失配时，仿真线上的反向电压(绝对值)和充电电压都随着放电次数的增加而逐次增加，多次放电以后充电电压可能达到正常时充电电压的3.6倍，反峰电路开路会破坏稳定的充电过程引起高压过流，甚至击穿高压器件，主开关管只有正向导通特性，反峰电路只有反向导通特性，通过反峰电路消除反峰电压，保护器件，电流互感器采样检测反峰电流的大小，反峰电流采样信号用于产生反峰联锁，反峰联锁电路与现有调制器相同。

当负载阻抗R'H与仿真线的特性阻抗ρ相匹配时，获得最大的转换功率。上述高能电子直线加速器脉冲调制器还包括反峰电路，反峰电路由一只二极管和一个电阻串联后并接在闸流管的两端，反峰电路还包括用于采集反峰电流的电流传感器，反峰电流用于产生反峰联锁，反峰联锁电路与现有高能电子直线加速器脉冲调制器的结构相同，此处不赘述。

上述高能电子直线加速器脉冲调制器，还包括RC匹配电路，RC匹配电路由一只电容和电阻串联后并接在脉冲变压器初级线圈两端。

因磁控管的阻抗是电压的非线性函数，起振前负载近似开路阻值极大，仿真线与负载严重的正失配而在输出脉冲前沿出现上冲尖峰，前沿上升速率太快会引起跳模现象。磁控管起振前，该RC匹配电路消耗了能量，而且使脉冲宽度越窄，起振时间越长则功率损耗的百分比也越大，脉冲结束以后，RC匹配电路的电容开始放电，从而拖长了负载上的脉冲电压后沿下降时间，磁控管将产生低模振荡。

Claims (8)

1.一种高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，包括调制器接口电路、开关电路、自动升压电路、调压器、能量选择模块、高压电源整流模块、充电电路、DeQ调整模块、仿真线、放电控制电路和控制箱，三相交流电经调制器接口电路连接至开关电路，开关电路通过自动升压电路连接至调压器初级，调压器次级通过能量选择模块连接至高压电源整流模块，高压电源整流模块通过充电电路为仿真线充电，对应充电电路设置DeQ调整模块以调整仿真线的充电电压，放电控制电路控制仿真线对脉冲变压器初级放电，脉冲变压器次级产生具有确定宽度和幅度的高压脉冲加到速调管。

2.根据权利要求1所述的高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，所述高压电源整流模块包括带抽头的高压变压器和整流滤波电路，带抽头的高压变压器配合能量选择模块实现高压变压器输出的电压的档位选择，整流滤波电路对产生的电压进行滤波整流后最终输出直流高压。

3.根据权利要求2所述的高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，所述高压电源整流模块还包括高压取样板和高压过流联锁电路，高压取样板自整流滤波电路输出正极引线取样，高压取样板输出端接控制箱输入端，控制箱过流联锁输出端连接至高压电源整流模块的过流保护继电器，过流保护继电器线圈接入整流滤波电路输出负极引线。

4.根据权利要求1所述的高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，所述充电电路包括依次连接的充电电感和充电二极管组件。

5.根据权利要求4所述的高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，所述DeQ调整模块包括DeQ稳幅电路和DeQ触发放大电路，DeQ触发放大电路一个输入端接收来自DeQ取样板的电平信号，另一个输入端自控制箱接收直流电平信号，取样电阻板自仿真线充电线上取样，DeQ触发放大电路输出端连接DeQ稳幅电路触发端，DeQ稳幅电路与充电电感并联。

6.根据权利要求1所述的高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，所述放电控制电路包括放电触发放大电路和主开关管，放电触发放大电路输入端连接控制箱，放电触发放大电路输出端连接至主开关管栅极，主开关管阳极连接仿真线，主开关管阴极连接脉冲变压器。

7.根据权利要求6所述的高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，还包括反峰电路，反峰电路由一只二极管和一个电阻串联后并接在闸流管的两端。

8.根据权利要求1所述的高能电子直线加速器脉冲调制器，其特征在于，还包括RC匹配电路，RC匹配电路由一只电容和电阻串联后并接在脉冲变压器初级线圈两端。