CN218162224U - 强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特包括：高频正弦高功率传输系统，包含N级具有补偿电容的高频纳米晶级联变压器及与其进行功率传输相配的高功率高频正弦电源；高功率高频正弦电源用于输出正弦波形，高频纳米晶级联变压器至少包括3级级联变压器，位于最底端的变压器的输入端与高功率高频正弦电源的输出端连接，每级变压器内都设置有电容补偿，通过电容补偿将各级变压器内部的漏感进行相位补偿，无正弦相位差别的将正弦功率传输到位于级联最高端的变压器后输出；电子冷却系统，其一部分电源端与最高端的变压器连接，另一部分电源端与通过高频纳米晶级联变压器隔离串联实现的N级高压电源连接，由接收到的功率实现电子冷却。

Description

强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置

技术领域

本实用新型涉及一种强流电子冷却技术领域，特别是关于一种强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置。

背景技术

离子束注入加速器时，较大的束流能散及发射度会使得束流能量很快损失而无法累积。电子冷却技术能够有效降低注入离子束的发射度，聚合束流从而提高束流在储存环的品质。

在已知的电子冷却装置，多是常规的基于一体化的倍压整流高压电源作为阴极电场建立的方式，此方式带来的高压绝缘困难、功率传输效率低下以及普遍存在的电压跌落的问题使得电子冷却的效果受到限制。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其能提高电源的传输效率，克服电子冷却效果受限的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其包括：高频正弦高功率传输系统，包含N级具有补偿电容的高频纳米晶级联变压器及与其进行功率传输相配的高功率高频正弦电源；所述高功率高频正弦电源用于输出正弦波形作为底端的功率来源，所述高频纳米晶级联变压器至少包括3级级联变压器，位于最底端的变压器的输入端与所述高功率高频正弦电源的输出端连接，每级所述变压器内都设置有所述补偿电容，通过所述补偿电容将各级所述变压器内部的漏感进行相位补偿，无正弦相位差别的将正弦功率传输到位于级联最高端的变压器后输出；电子冷却系统，其一部分电源端与最高端的变压器连接，另一部分电源端与通过所述高频纳米晶级联变压器隔离串联实现的N级高压电源连接，由接收到的功率实现电子冷却。

进一步，所述高功率高频正弦电源包括高频电流/电压器件过零换流和方波正弦转换回路；

所述高频电流/电压器件过零换流包括三相交流源、工频整流电路、移相全桥、换流器件和过零换流结构；所述三相交流源作为基础功率来源，三相交流依次经所述工频整流电路和所述移相全桥后，将整流后的直流电压进行幅度调节经所述换流器件后传输至所述过零换流结构，实现过零换流后的电压波形经隔离变压器T1隔离一次侧电压后，传输至所述方波正弦转换回路，由所述方波正弦转换回路实现准正弦波的输出。

进一步，所述高频纳米晶级联变压器设置在密封结构内，每级变压器的原副边设置有补偿电容，变压器的线圈绕组采用高频利兹线。

进一步，所述变压器的线圈绕组采用均匀绕制；所述密封结构内设置有冷却介质，所述变压器放置在所述冷却介质内。

进一步，所述电子冷却系统包括与最高端的变压器连接的电子枪的阳极电源、栅极电源和收集器的收集极电源，所述阳极电源、栅极电源和收集极电源都采用倍压整流结构；热阴极电子枪阴极高压电源与N级高压电源连接，每级所述高压电源采用正 HV和负HV串联实现-2HV高压输出；通过在每级正负高压电源输出端并联高速自举磁耦合触发可控硅串联模组，将热阴极电子枪阴极电荷从高端至底端快速释放，实现电场的快速变化并与各级高压电源输出控制联合实现电子冷却的减速模式。

进一步，所述正HV和所述负HV分别连接在所述可控硅串联模组的两端，所述可控硅串联模组包括若干串联的可控硅、高压阻容、瞬态电压抑制二极管、磁耦对、光触发脉冲器和高压电阻；

串联的单个所述可控硅的阴极连接上一个所述可控硅的阳极，最终连接至所述负HV；串联的单个所述可控硅的阳极连接下一个所述可控硅的阴极，最终连接至所述正 HV；

每个所述可控硅并联一个所述高压阻容和一个所述瞬态电压抑制二极管，所述高压阻容作为高速自举回路，所述瞬态电压抑制二极管作为可控硅保护器件；相邻所述可控硅之间串联连接所述高压电阻，所述高压电阻作为每个述可控硅导通后的交流通路，快速释放所述正HV和所述负HV终端电荷；

在与所述负HV连接的所述可控硅的控制栅连接所述磁耦对，所述光触发脉冲器经所述磁耦对对所述可控硅进行隔离磁耦触发。

进一步，串联的所述可控硅的控制栅与阴极之间设置的所述高压阻容串联结构形成自举回路，利用光触发脉冲器控制光传输控制脉冲，此脉冲可通过所述磁耦对以磁场耦合方式向所述可控硅传输驱动脉冲，此脉冲信号将会同时连通所有的自举回路，使得可控硅串联模组中的每个所述可控硅都处于导通状态，实现减速模式。

进一步，所述电子冷却系统还包括电子偏转板和磁场轨道线圈；收集器和电子枪的上部都设置有所述电子偏转板，两个所述电子偏转板极性相反、具有同一绝对电势的电压；位于两个所述电子偏转板之间设置有所述磁场轨道线圈；

利用两个所述电子偏转板完成电子束的轨道矫正，在与离子束平行发射的过程中利用所述磁场轨道线圈维持冷却状态，实现电子冷却。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本实用新型采用的正负电源的结构能够在最少的级数内获得更高的电位抬升，在较少的级数内实现兆伏特以上的高压输出，提高电源的传输效率以及减小级联的结构高度。

2、本实用新型采用的高速自举磁耦合触发可控硅串联模组，由于电位的差别、高压等级以及高压的输出位置，可控硅串联模组需要根据单个可控硅的耐压选择串联的可控硅数量，在串联的可控硅之间采用高速自举磁耦合的触发方式实现同步触发释放电荷使其快速进入电子冷却减速模式。

3、本实用新型高频纳米晶级联变压器的线圈绕组采用均匀绕制，能保证每一级级联变压器的漏感的一致性，并利用提高补偿电容，提高稳定度，以及进一步减小功率传输过程的级间误差损耗。

附图说明

图1是现有的加速器高压电源装置结构示意图；

图2是本实用新型一实施例中强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置原理图；

图3是本实用新型一实施例中高速自举磁耦合触发可控硅串联模组结构示意图；

图4是本实用新型一实施例中高功率高频正弦电源结构示意图；

图5是本实用新型一实施例中过零换流波形图；

图6是本实用新型一实施例中具有补偿电容的高频纳米晶级联变压器3级实施例；

图7是本实用新型一实施例中强流电子束电子冷却高功率高压电源功率传输部分实施例的侧视图；

图8是本实用新型一实施例中强流电子束电子冷却高功率高压电源功率传输部分实施例的俯视图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

目前应用于高压电源方面最常见的是单一倍压整流高压电源(如图1所示)，采用高频或者工频交流功率传输17作为整体的功率来源，利用隔离变压器19为后端的倍压整流回路20提供隔离保护以及高端电源的隔离功率传输。这种方式的高压电源主要应用于高压控制精度较低的场合。由于采用倍压方式，电压跌落以及多级二极管、电容串并联导致单一倍压整流高压电源的输出无法做到精确的控制。然而最新强流电子冷却的高压电源的输出精度要求至少做到万分之一的纹波，因此常规的单一倍压整流高压电源无法适用于电子冷却高压场合。

目前加速器领域的高压电源装置由于使用在电子加速器的低功率场合，因此也常有采用级联变压器串联的结构，但是由于单纯的级联变压器串联，以及使用工频的功率传导，导致电源的体积无法做到小型化，同时在多级功率传输过程中由于没有对变压器的磁损进行补偿，导致整体的效率极低，在串联级数大于5级之后，顶端效率往往低于50％，在10级之后无法正常传输功率至最高一级，无法实现强流电子束的电子冷却。

电子冷却过程中，实现电子束强流发射的电子枪阴极高压需要达到百千伏至兆伏特，而电子束的回收同时要求收集器的功率需要达到10千瓦时以上，此种情形下常规的级联变压器串联、单一倍压整流功率传输都无法实现。

本实用新型提供的产生强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其包含高频正弦高功率传输系统、大功率电子束回收的收集器高压电源及发射电子束的热阴极电子枪各极高压电源。其中高频正弦高功率传输系统内包含N级具有补偿电容的高频纳米晶级联变压器及与其进行功率传输相配的高频正弦电源两部分，大功率收集器的收集极高压电源和热阴极电子枪阳极、栅极等高端高压电源采用倍压整流结构，而热阴极电子枪阴极高压电源采用N级高压电源通过高频纳米晶级联变压器隔离串联实现，每级高压电源采用正高压倍压整流电源(HV)和负高压倍压整流电源(-HV)串联实现-2HV高压输出的结构。通过在每级正负高压电源输出端并联高速自举磁耦合触发可控硅串联模组，将热阴极电子枪阴极电荷从高端至底端快速释放实现电场的快速变化并与各级高压输出控制联合实现电子冷却的减速模式。高压电源装置及减速模式实现方法可以实现兆伏特以上的高压输出；通过与具有补偿电容的多级高频纳米晶级联变压器谐振频率相配，高频正弦电源能够在特定频率下将正弦功率有效传输到最高一级级联变压器；减速模式方法能够产生毫秒/百千伏的电场变化，从而发射高速变化的强流电子束。本实用新型能够在加速器上开展良好的新一代强流电子冷却物理相关实验。

在本实用新型的一个实施例中，提供一种强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置。本实施例中，如图2、图7、图8所示，该装置包括：

高频正弦高功率传输系统，包含N级具有补偿电容9的高频纳米晶级联变压器10及与其进行功率传输相配的高功率高频正弦电源14；高功率高频正弦电源14用于输出正弦波形作为底端的功率来源，高频纳米晶级联变压器10至少包括3级级联变压器，位于最底端的变压器的输入端与高功率高频正弦电源14的输出端连接，每级变压器内都设置有补偿电容9，通过补偿电容9将各级变压器内部的漏感进行相位补偿，使得正弦功率从下往上传导过程中，能够在特定频率下将各级级联变压器等效成纯阻性负载，无正弦相位差别的将正弦功率传输到位于级联最高端的变压器后输出；

电子冷却系统，其一部分电源端与最高端的变压器连接，另一部分电源端与通过高频纳米晶级联变压器10隔离串联实现的N级高压电源连接，由接收到的功率实现完整的电子冷却过程。

上述实施例中，受限于目前电力电子功率器件的开关频率上限的影响，传统的正弦脉宽调制以及空间矢量脉宽调制均无法实现高功率高频正弦输出。本实施例中的高功率高频正弦电源14能够在特定频率下实现超低功耗的正弦波形输出。电源前级利用过零换流降低电源的损耗提高效率，而电源后级采用方波正弦转换回路实现准正弦波的输出。

如图2、图4所示，高功率高频正弦电源14包括高频电流/电压器件过零换流15 和方波正弦转换回路16。高频电流/电压器件过零换流15包括三相交流源28、工频整流电路29、移相全桥30、换流器件31和过零换流结构32。三相交流源28作为基础功率来源，三相交流依次经工频整流电路29和移相全桥30后，由工频整流电路29减小电源后部难以去除的工频辐射和传导纹波干扰，由移相全桥30将整流后的直流电压实现幅度调节；将整流后的直流电压进行幅度调节经换流器件31后传输至过零换流结构32，实现过零换流后的电压波形经隔离变压器T1隔离一次侧电压后，传输至方波正弦转换回路16，由方波正弦转换回路16实现准正弦波的输出。

其中，过零换流结构32能实现的过零换流方式根据其采用的不同功率情况的器件选择决定，可以采用过零换流过程中电流过零的器件开通或者电压过零的器件开通，此过零换流方式对于需要实现高功率传输的电源是必须的。

方波正弦转换回路16必须根据前级过零换流结构32下的电气参数以及寄生参数联合分析整体电源结构形成的双谐振点或者是多谐振点的相应幅度增益与频率关系的特性曲线，基于此才能针对过零换流后的方波中的最低频率分量设置合适的方波转换正弦回路的参数。需要特别注意的是前级换流逆变结构下的电气参数以及寄生参数同样会受到待设计的方波正弦转换回路的影响，这种强耦合的影响不能简单依靠隔离变压器T1实现，需要根据整体的高阶结构，去综合考虑，否则无法得到准正弦波形。

在本实施例中，换流器件31选择绝缘栅双极型晶体管或者金属-氧化物半导体场效应晶体管，与过零换流结构32完成换流过程。过零换流结构32可以采用第一电感L1、第二电感L2、第二电容C2或第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2二者的组合实现不同的换流功能，在经过隔离变压器T1隔离一次侧电压后，利用方波正弦转换回路16完成高功率高频正弦输出。方波正弦转换回路16中的第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第三电感L3、第四电感L4和第五电感L5的选择不仅仅要考虑所选换流频率的基波提取方式，还必须考虑方波正弦转换回路16中第三电容C3、第四电容C4、第五电容 C5、第三电感L3、第四电感L4和第五电感L5与过零换流结构32中的第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2的强耦合，过零换流结构32和方波正弦转换回路16 之间的互相影响不能依靠隔离变压器T1完全解决，必须结合系统形成的双谐振点或者是多谐振点综合考虑。否则无法实现低功耗输出，容易在换流过程因发热烧毁换流器件。如图5所示，为过零换流波形实现，θ₁时刻即为系统的过零换流过程，此过程下，换流器件31接近于无损耗换流，实现高功率高频正弦输出。

上述实施例中，如图6、图7所示，高频纳米晶级联变压器10设置在密封结构39 内，每级变压器的原副边设置有补偿电容9，此电容可以在特定频率下与每级级联变压器的漏感形成特性阻抗，等效为纯阻结构，实现无差别相位的功率传导。受限于高频情况下的趋肤效应，变压器的线圈绕组采用高频利兹线38。利兹线的选择在大功率场合是不可缺少的部分，导线间的相互绝缘能够解决趋肤效应带来的外层导线发热问题，提高导线传输效率以及提高使用寿命。

其中，变压器至少设置3个线圈绕组，其中2个绕组负责上下功率传输，剩下的一个绕组负责各级中端热阴极电子枪阴极电源的功率传输。也可以利用多个绕组并联实现提高上下的功率传输，适用于大功率场合。在绕组较少的情况下应采用整圈均匀绕制的绕组方式，减小组成级联变压器的漏感，提高传输效率。

在本实施例中，变压器根据不同的额定功率输出情况可以采用其他适用于不同功率及频率情况的磁芯材料。

优选的，变压器的线圈绕组采用均匀绕制，能尽可能保证每一级级联变压器的漏感的一致性，提高补偿电容下的稳定度，进一步减小功率传输过程的级间误差损耗。密封结构39内设置有冷却介质，变压器放置在冷却介质内。在本实施例中，冷却介质可以为变压器油、冷却水或冷却风等，有效避免了级联变压器在工作时的大电流给线圈带来的发热损耗。

在每级变压器的外壳上海分别设置有第一传插件35和第二传插件36。其中，第一传插件35是变压器密封于变压器器油后与外界串联高压终端的穿插件，其密闭以及绝缘特性决定了整个装置的高压稳定性。第二传插件36是中端每级热阴极电子枪阴极高压电源的功率来源，为热阴极电子枪阴极高压电源传输功率。

上述实施例中，为应用于大功率场合，高频纳米晶级联变压器10的传输线必须使用高频利兹线。

上述实施例中，电子冷却系统包括与最高端的变压器连接的电子枪1的阳极电源5、栅极电源6和收集器2的收集极电源7，阳极电源5、栅极电源6和收集极电源7 都采用倍压整流结构产生高压，也可以采用高压变压器产生高压或高压变压器结合倍压整流的方式产生高压等。热阴极电子枪阴极高压电源40与N级高压电源连接，每级高压电源采用正HV(高压倍压整流电源)12和负HV11串联实现-2HV高压输出；为了实现减速模式下产生毫秒/百千伏的电场变化，通过在每级正负高压电源输出端并联高速自举磁耦合触发可控硅串联模组13，将热阴极电子枪阴极电荷从高端至底端快速释放，实现电场的快速变化并与各级高压电源输出控制联合实现电子冷却的减速模式。

其中，热阴极电子枪阴极高压电源40可以采用正负电源的结构实现电压的快速抬升，也可以采用单电源的结构。

上述实施例中，正HV12和负HV11的结构是第n级的高频纳米晶级联变压器对应的第n级的正负电源，正负电源的参考地相接并保持与第n级高频纳米晶级联变压器10的密封结构39同电位，且第n级的负电源的输出需连接第n+1级的高频纳米晶级联变压器的原边绕组以及第n+1级的正电源的输出；第n级的正电源的输出连接第n-1级的高频纳米晶级联变压器的副边边绕组以及第n-1级的负电源的输出。此结构能够在最少的级数内获得更高的电位抬升，在较少的级数内实现兆伏特以上的高压输出，提高电源的传输效率以及减小级联的结构高度。

上述实施例中，如图3所示，正HV12和负HV11分别连接在可控硅串联模组13 的两端，可控硅串联模组13包括若干串联的可控硅21、高压阻容22、瞬态电压抑制二极管23、磁耦对24、光触发脉冲器25和高压电阻27。

串联的单个可控硅21的阴极连接上一个可控硅21的阳极，最终连接至负HV11；串联的单个可控硅21的阳极连接下一个可控硅21的阴极，最终连接至正HV12；因此可将单个可控硅21的耐压通过串联的形式整体提高至2HV绝缘耐压水平。

每个可控硅21并联一个高压阻容22和一个瞬态电压抑制二极管23，高压阻容22作为高速自举回路，瞬态电压抑制二极管23作为可控硅保护器件；相邻可控硅21之间串联连接高压电阻27，高压电阻27作为每个述可控硅21导通后的交流通路，快速释放正HV12和负HV11终端电荷。

由于此高速自举磁耦合触发可控硅串联模组是浮置结构，没有与平台形成参考地，因为必须使用隔离触发，在与负HV11连接的可控硅21的控制栅连接磁耦对24，光触发脉冲器25经磁耦对24对可控硅21进行隔离磁耦触发。当第一个可控硅触发完成后，由于各个可控硅并联的高速自举回路，之后的所有可控硅将会逐个快速触发，释放全部电荷，此时只要与整体电源控制结合，就可以完成理想的减速模式。

其中，串联的可控硅21的控制栅与阴极之间设置的高压阻容22串联结构形成自举回路，利用光触发脉冲器25控制光传输控制脉冲26，此脉冲26可通过磁耦对24 以磁场耦合方式向可控硅21传输驱动脉冲，此脉冲信号将会同时连通所有的自举回路，使得可控硅串联模组13中的每个可控硅21都处于导通状态，实现减速模式。

通过在每个可控硅21的控制栅设置高速自举磁耦合触发就可以将第n级正负电源间的电荷进行快速释放，当N级高速自举磁耦合触发可控硅串联模组13同时作用时就可以的实现电子枪阴极电场的快速变化并与各级高压输出控制联合实现电子冷却的减速模式。

上述实施例中，电子冷却系统还包括电子偏转板3和用于加速电子冷却的磁场轨道线圈4。收集器2和电子枪1的上部都设置有电子偏转板3，两个电子偏转板3极性相反、具有同一绝对电势的电压；位于两个电子偏转板3之间设置有磁场轨道线圈4；利用两个电子偏转板3完成电子束的轨道矫正，在与离子束平行发射的过程中利用磁场轨道线圈4维持冷却状态，实现电子冷却。

在功率传输到最高端的级联变压器后，通过最高端级联变压器的副边绕组101，将功率传输至电子枪栅极电源6、电子枪阳极电源5、收集器收集极电源7。当电子枪阴极终端高压为电子提供加速电场，栅极和阳极释放电子束后，利用电子偏转板3完成电子束的轨道矫正，在与离子束平行发射的过程中需要利用磁场轨道线圈4维持冷却状态，最终利用反向电子偏转板偏转电子束，在收集器上回收剩余电子，实现完整的电子冷却过程。需要特别注意，若无法为最高端的收集器提供所需功率，电子束将在发射后无法回收，射向真空臂，导致加速器离子束流无法正常累积，同时将会造成真空度下降，严重时会直接破坏真空。

上述各实施例中，由于中端每级热阴极电子枪阴极高压电源的绝缘问题，整体的电源装置放置在充有六氟化硫气体的封闭空间中提高绝缘间距。

如图7、图8所示，本实用新型的三级结构的强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，中端每级热阴极电子枪阴极高压电源40之间通过绝缘支柱41支撑上下面，热阴极电子枪阴极高压电源40上具有正HV高压倍压电源12、负HV的高压倍压电源11、现场可编程逻辑门阵列的控制器44和高速自举磁耦合触发可控硅串联模组13。变压器外层密封结构39设置在各级热阴极电子枪阴极高压电源40的一侧。

综上，实现电子冷却过程需要包括产生高功率电子束的热阴极电子枪、高效率回收电子束的收集器、约束电子束轨道的电子冷却电子偏转板以及加速电子冷却的磁场轨道线圈。针对产生强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置需要底端的高功率高频正弦电源作为整个装置的功率来源，而中端的热阴极电子枪阴极电源采用多级高频纳米晶级联变压器实现每级正负高压电源对称串联输出，多级高频纳米晶级联变压器内部需要依靠补偿电容线圈漏感，与底端的高功率高频正弦电源相配于高频正弦特定频率，才能保证功率能够有效传输到级联变压器的最高一级。高端的热阴极电子枪各极电源以及大功率的收集器电源需要将热阴极电子枪阴极电位作为平台参考点实现电子束的发射、流强控制、以及回收。而电子偏转板和磁场轨道线圈将会约束电子束轨道从而冷却离子束，减小其发射度，聚合离子束团。电子冷却减速模式需要将热阴极电子枪阴极电荷从高端至底端快速释放实现电场的快速变化并与各级高压输出控制联合实现，由于电荷快速释放过程将会产生高压大电流，因此本实用新型提供采用高速自举磁耦合触发可控硅串联模组实现。由于高端的收集器收集极电源需要收集强流电子束，因此收集极电源的功率是所有电极里面最大的，收集极电源高压大电流输出特性不仅要求底端的高频正弦电源需要将功率有效传输至最高一级，同时整体的级联变压器工作时的需要避免大电流给线圈带来的发热损耗。同时由于中端每级热阴极电子枪阴极高压电源的绝缘问题，整体的电源装置需要放置在充有六氟化硫气体的封闭空间中提高绝缘间距。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，包括：

高频正弦高功率传输系统，包含N级具有补偿电容(9)的高频纳米晶级联变压器(10)及与其进行功率传输相配的高功率高频正弦电源(14)；所述高功率高频正弦电源(14)用于输出正弦波形作为底端的功率来源，所述高频纳米晶级联变压器(10)至少包括3级级联变压器，位于最底端的变压器的输入端与所述高功率高频正弦电源(14)的输出端连接，每级所述变压器内都设置有所述补偿电容(9)，所述补偿电容(9)将各级所述变压器内部的漏感进行相位补偿，无正弦相位差别的将正弦功率传输到位于级联最高端的变压器后输出；

电子冷却系统，其一部分电源端与最高端的变压器连接，另一部分电源端与通过所述高频纳米晶级联变压器(10)隔离串联实现的N级高压电源连接。

2.如权利要求1所述强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，所述高功率高频正弦电源(14)包括高频电流/电压器件过零换流(15)和方波正弦转换回路(16)；

所述高频电流/电压器件过零换流(15)包括三相交流源(28)、工频整流电路(29)、移相全桥(30)、换流器件(31)和过零换流结构(32)；所述三相交流源(28)作为基础功率来源，三相交流依次经所述工频整流电路(29)和所述移相全桥(30)后，将整流后的直流电压进行幅度调节经所述换流器件(31)后传输至所述过零换流结构(32)，实现过零换流后的电压波形经隔离变压器T1隔离一次侧电压后，传输至所述方波正弦转换回路(16)。

3.如权利要求1所述强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，所述高频纳米晶级联变压器(10)设置在密封结构(39)内，每级变压器的原副边设置有补偿电容(9)。

4.如权利要求3所述强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，所述密封结构(39)内设置有冷却介质，所述变压器放置在所述冷却介质内。

5.如权利要求1所述强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，所述变压器的线圈绕组采用高频利兹线。

6.如权利要求5所述强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，所述变压器的线圈绕组采用均匀绕制。

7.如权利要求1所述强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，所述电子冷却系统包括与最高端的变压器连接的电子枪(1)的阳极电源(5)、栅极电源(6)和收集器(2)的收集极电源(7)，所述阳极电源(5)、栅极电源(6)和收集极电源(7)都采用倍压整流结构；热阴极电子枪阴极高压电源(40)与N级高压电源连接，每级所述高压电源采用正HV(12)和负HV(11)串联实现-2HV高压输出；通过在每级正负高压电源输出端并联高速自举磁耦合触发可控硅串联模组(13)。

8.如权利要求7所述强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，所述正HV(12)和所述负HV(11)分别连接在所述可控硅串联模组(13)的两端，所述可控硅串联模组(13)包括若干串联的可控硅(21)、高压阻容(22)、瞬态电压抑制二极管(23)、磁耦对(24)、光触发脉冲器(25)和高压电阻(27)；

串联的单个所述可控硅(21)的阴极连接上一个所述可控硅(21)的阳极，最终连接至所述负HV(11)；串联的单个所述可控硅(21)的阳极连接下一个所述可控硅(21)的阴极，最终连接至所述正HV(12)；

每个所述可控硅(21)并联一个所述高压阻容(22)和一个所述瞬态电压抑制二极管(23)，所述高压阻容(22)作为高速自举回路，所述瞬态电压抑制二极管(23)作为可控硅保护器件；相邻所述可控硅(21)之间串联连接所述高压电阻(27)；

在与所述负HV(11)连接的所述可控硅(21)的控制栅连接所述磁耦对(24)，所述光触发脉冲器(25)经所述磁耦对(24)对所述可控硅(21)进行隔离磁耦触发。

9.如权利要求1所述强流电子束的电子冷却高功率高压电源装置，其特征在于，所述电子冷却系统还包括电子偏转板(3)和磁场轨道线圈(4)；收集器(2)和电子枪(1)的上部都设置有所述电子偏转板(3)，两个所述电子偏转板(3)极性相反、具有同一绝对电势的电压；位于两个所述电子偏转板(3)之间设置有所述磁场轨道线圈(4)。

Images