JP2837100B2 - Pulse power supply for klystron - Google Patents
Pulse power supply for klystronInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、自由電子レーザ装置
などに用いられる電子加速器へ高電圧パルス電源を供給
するクライストン用のパルス電源装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse power supply device for a klyston which supplies a high-voltage pulse power supply to an electron accelerator used in a free electron laser device or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】自由電子レーザ装置(以下FELと呼
ぶ)は、電子加速器で光速に近い速度に加速された電子
ビームをウイグラ磁界に導き、この磁界との共鳴作用で
誘導放射によりレーザ光を発生する。電子加速器では、
電子銃の熱陰極から発生する電子ビームを極短時間で光
速に近い相対論的速度へ加速するためクライストロンに
より高周波を出力し、加速管で高周波電界を形成する。2. Description of the Related Art A free electron laser device (hereinafter referred to as FEL) guides an electron beam accelerated to a speed close to the speed of light by an electron accelerator into a wiggler magnetic field, and generates a laser beam by induced radiation by a resonance action with the magnetic field. I do. In the electron accelerator,
In order to accelerate the electron beam generated from the hot cathode of the electron gun to a relativistic speed close to the speed of light in a very short time, a high frequency is output by a klystron and a high frequency electric field is formed by an acceleration tube.
【0003】上記クライストロンのパルス電源装置は、
充電器と、インダクタンス可変のリアクトルを直列に接
続し、各リアクトルに対応して並列に接続したコンデン
サから成るパルス成形回路(以下PFNと略記する)、
PFNに蓄えられた電荷を放出させるためPFN内に設
けた主スイッチ、クライストロンにパルス高電圧を供給
するためのパルストランス、及びその出力電圧を測定す
るための分圧器などを備えている。The klystron pulse power supply is
A pulse shaping circuit (hereinafter abbreviated as PFN) composed of a charger and a variable inductance reactor connected in series, and a capacitor connected in parallel corresponding to each reactor;
It has a main switch provided in the PFN for discharging the charge stored in the PFN, a pulse transformer for supplying a pulse high voltage to the klystron, and a voltage divider for measuring the output voltage.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のクライストロン用パルス電源装置ではクライストロ
ンへ印加されるパルストランスの2次側電圧が所定の範
囲内にあるかを測定するため分圧器が挿入されている。
この分圧器による出力波形はモニタに接続されて測定さ
れ、測定の結果出力電圧が所定範囲より変動していれ
ば、可変リアクトルのインダクタンス値を微調整して出
力電圧を調整する。この分圧器からの出力波形の調整で
は、PFNの可変リアクトルのインダクタンス値が大き
い程出力電圧は低くなり、逆に可変リアクトルのインダ
クタンス値が小さければ出力電圧は高くなる。In the above-mentioned conventional klystron pulse power supply device, a voltage divider is inserted to measure whether or not the secondary voltage of the pulse transformer applied to the klystron is within a predetermined range. ing.
The output waveform from the voltage divider is connected to a monitor and measured. If the output voltage fluctuates from a predetermined range as a result of the measurement, the output voltage is adjusted by finely adjusting the inductance value of the variable reactor. In adjusting the output waveform from the voltage divider, the output voltage decreases as the inductance value of the variable reactor of the PFN increases, and conversely, the output voltage increases if the inductance value of the variable reactor decreases.
【0005】しかし、この調整方法では可変リアクトル
の調整はモニタで観測される出力波形から手動調整で行
なわれており、調整後再度出力波形を観測するという方
法であるため、調整に多大な時間と労力を浪費するとい
う問題がある。However, in this adjustment method, the adjustment of the variable reactor is manually performed from the output waveform observed on the monitor, and the output waveform is observed again after the adjustment. There is a problem of wasting labor.
【0006】上記手動調整は、電子ビームの加速器等に
使用される場合は、加速器等の初期の立上げ調整だけで
なく通常運転時でも長期間使用により経時変化でわずか
づつ状態が変化し手動調整する必要が生じる場合があ
る。When the manual adjustment is used for an electron beam accelerator or the like, not only the initial startup adjustment of the accelerator or the like but also the manual adjustment in which the state gradually changes over time during normal operation due to long-term use. May need to be done.
【0007】この発明は、このような従来の高周波パル
ス電源装置の問題点に着目してなされたものであり、パ
ルストランスの出力電圧をモニタし出力電圧の変動幅が
所定範囲内となるようにパルス成形回路の可変リアクト
ルのインダクタンスを自動調整し、加速器の立上り時及
び平常運転開始時に高精度に所定範囲内に出力電圧の変
動を抑制し得るパルス電源装置を提供することを課題と
する。The present invention has been made in view of such a problem of the conventional high-frequency pulse power supply device, and monitors the output voltage of the pulse transformer so that the fluctuation range of the output voltage is within a predetermined range. It is an object of the present invention to provide a pulse power supply device capable of automatically adjusting the inductance of a variable reactor of a pulse shaping circuit and suppressing a fluctuation of an output voltage within a predetermined range with high accuracy at the time of start-up and normal operation of an accelerator.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、接続される回路に電荷を供給するた
めの充電器、コンデンサとインダクタンス可変のリアク
トルから成るパルス成形回路、この成形回路に蓄えられ
た電荷を放出させる主スイッチ、クライストロンにパル
ス高電圧を供給するためのパルストランス、及びその2
次側出力電圧を測定するための分圧器を備え、上記可変
リアクトルはインダクタンスを可変とするため固定長コ
イルの内部に移動自在に設けた可動プランジャに駆動部
を接続したものとし、分圧器で測定した出力電圧の波形
を分析しその変動幅が所定範囲内となるように駆動部を
介して可変リアクトルを調整する制御部を設けて成るク
ライストロン用パルス電源装置としたのである。As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a pulse forming circuit comprising a charger for supplying electric charge to a connected circuit, a capacitor and a reactor having a variable inductance, and a circuit for forming the pulse. Main switch for releasing stored charge, pulse transformer for supplying pulsed high voltage to klystron, and part 2
Comprising a voltage divider for measuring the following side output voltage, the fixed length co for the variable reactor is that the inductance is variable
Drive unit on a movable plunger movably provided inside the il
And a control unit for adjusting a variable reactor via a driving unit so as to analyze a waveform of the output voltage measured by the voltage divider and adjust a variation width thereof within a predetermined range. It was.
【0009】[0009]
【作用】上記の構成としたこの発明のパルス電源装置
は、パルス成形回路に蓄えられた電荷を主スイッチを通
電してパルストランスの2次側に高周波パルス高電圧を
発生させる。In the pulse power supply device of the present invention having the above-described configuration, the electric charge stored in the pulse shaping circuit is supplied to the main switch to generate a high-frequency pulse high voltage on the secondary side of the pulse transformer.
【0010】このパルス高電圧は分圧器により測定さ
れ、その出力信号は制御部へ送られてパルス高電圧値及
びその波形が検出される。そして高電圧値の変動幅が所
定範囲内にあるかを判断し、所定範囲外にあるときはそ
の瞬間に対応する可変リアクトルを特定し、その可変リ
アクトルの駆動部を制御してコイル内部で可動プランジ
ャを移動させることによりインダクタンスを調整し、出
力電圧が所定範囲内となるように自動調整する。The high pulse voltage is measured by a voltage divider, and its output signal is sent to a control unit, where the high pulse voltage value and its waveform are detected. Then, it is determined whether the fluctuation range of the high voltage value is within a predetermined range. If the fluctuation range is outside the predetermined range, a variable reactor corresponding to the moment is specified, and a driving unit of the variable reactor is controlled to be movable inside the coil. Plunge
By adjusting the output voltage, the inductance is adjusted, and the output voltage is automatically adjusted to be within a predetermined range.
【0011】[0011]
【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は実施例のクライストロン用パルス電
源回路の概略図である。1はこれに接続される回路に電
荷を供給する充電器、2は直列に接続されるインダクタ
ンス可変の複数個のリアクトルL1 、L2 ……Ln と、
これに対応して並列接続されるコンデンサC1 、C2 …
…Cn から成り、電荷を蓄えて矩形パルス電圧を発生さ
せるパルス成形回路である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a klystron pulse power supply circuit according to an embodiment. 1 charger supplies charges to the circuit connected thereto, 2 and a plurality of reactor L 1, L 2 ...... L n inductance variable connected in series,
Correspondingly, capacitors C 1 , C 2 .
... consist C n, a pulse shaping circuit for generating a rectangular pulse voltage with an electric charge is charged.
【0012】3はサイラトロンを用いた主スイッチ、4
はパルス高電圧を供給するためのパルストランス、5は
パルストランスの2次側出力電圧を測定するための分圧
器、6はクライストロンである。主スイッチ3はサイラ
トロンに代えて光サイリスタとしてもよい。クライスト
ロン6は高電圧で高周波パルス電界を形成するものであ
り、この実施例では自由電子レーザー装置などの電子ビ
ームを加速するためのRF加速器に用いられている。3 is a main switch using a thyratron, 4
Is a pulse transformer for supplying a pulse high voltage, 5 is a voltage divider for measuring a secondary side output voltage of the pulse transformer, and 6 is a klystron. The main switch 3 may be an optical thyristor instead of the thyratron. The klystron 6 forms a high-frequency pulsed electric field at a high voltage. In this embodiment, the klystron 6 is used for an RF accelerator for accelerating an electron beam, such as a free electron laser device.
【0013】上記構成のパルス電源回路に対し、この実
施例では、パルストランス4の出力電圧を測定する分圧
器5を入力信号とする自動波形調整装置10を具備して
いる。この調整装置10は上記可変リアクトルL1 、L
2 ……Ln を自動調整する制御部として設けられてい
る。In the present embodiment, the pulse power supply circuit having the above-described configuration is provided with an automatic waveform adjusting device 10 having a voltage divider 5 for measuring the output voltage of the pulse transformer 4 as an input signal. The adjusting device 10 is provided with the variable reactors L 1 , L
It is provided as a control unit for automatically adjusting the 2 ...... L n.
【0014】可変リアクトルL1 、L2 ……Ln は、図
2に示すように、ボビン11に巻回したコイル12の内
部に可動プランジャ又は円筒13を設け、このプランジ
ャ又は円筒をモータM、M2 ……Mn で可動自在に構成
されている。モータM1 、M2 ……Mn は回転により出
力軸が軸方向へ移動できるように構成されている。モー
タM1 、M2 ……Mn はソレノイド形式のものでもよ
い。The variable reactors L 1 , L 2 ... L n are provided with a movable plunger or cylinder 13 inside a coil 12 wound around a bobbin 11 as shown in FIG. M 2 ... M n so as to be movable. The motors M 1 , M 2 ... Mn are configured such that the output shaft can move in the axial direction by rotation. The motors M 1 , M 2 ... Mn may be of a solenoid type.
【0015】上述した自動波形調整装置10は、実際に
はコンピュータが用いられ、図示省略しているが、各モ
ータM1 、M2 ……Mn には駆動部D1 、D2 ……Dn
が接続されており、これら駆動部D1 、D2 ……Dn の
いずれかをコンピュータからの制御信号により制御して
可変リアクトルL1 、L2 ……Ln のインダクタンスを
調整する。The above-mentioned automatic waveform adjusting apparatus 10 is actually a computer and is not shown in the drawings. However, the motors M 1 , M 2 ... Mn include driving units D 1 , D 2. n
There are connected, one of these driving unit D 1, D 2 ...... D n and controlled by the control signals from the computer to adjust the inductance of the variable reactor L 1, L 2 ...... L n with.
【0016】コンピュータは、I/Oボート、中央演算
ユニット(CPU)、一時記憶部(RAM)、固定記憶
部(ROM)を有しバス回路でこれらを接続している。
分圧器からの入力信号を読込むと、その入力信号がパル
ストランスの出力電圧として所定範囲内にあるかを演算
処理して判定する判定部がROM内に設けられており、
その判定結果により制御信号を駆動部へ送り出す。The computer has an I / O boat, a central processing unit (CPU), a temporary storage unit (RAM), and a fixed storage unit (ROM), and these are connected by a bus circuit.
When an input signal from the voltage divider is read, a determination unit for determining whether the input signal is within a predetermined range as the output voltage of the pulse transformer by arithmetic processing is provided in the ROM,
A control signal is sent to the drive unit based on the result of the determination.
【0017】以上の構成とした実施例のパルス電源装置
の作用について説明する。この実施例のパルス電源装置
は、自由電子レーザー等のRF加速器に用いられるクラ
イストロン用にパルス電源を供給するものである。図3
に示すように、主スイッチ3をオフの状態でPFNの各
コンデンサC1 、C2 ……Cn には充電器1から電荷が
蓄えられる。主スイッチ3を投入すると、コンデンサC
1 、C2 ……Cn に蓄えられた電荷は極くわずかずつ時
間を遅れて順次瞬時にパルストランス4へ流れその2次
側に高電圧を発生する。The operation of the pulse power supply device of the embodiment having the above configuration will be described. The pulse power supply device of this embodiment supplies a pulse power supply for a klystron used in an RF accelerator such as a free electron laser. FIG.
As shown in, the charge from the charger 1 is stored in each capacitor C 1, C 2 ...... C n of PFN the main switch 3 in the OFF state. When the main switch 3 is turned on, the capacitor C
1 , C 2 ... The electric charges stored in C n flow into the pulse transformer 4 instantaneously, with a slight delay, and generate a high voltage on the secondary side thereof.
【0018】上記高電圧が発生した後各コンデンサ
C1 、C2 ……Cn は再び充電され所定レベルになると
主スイッチ3を投入して高電圧がパルストランス4へ供
給される。主スイッチ3は上記通電と充電の繰返しのタ
イミングに応じてオン、オフされ、これによりパルス高
電圧がクライストロン6へ供給される。After the generation of the high voltage, the capacitors C 1 , C 2, ..., C n are charged again and when they reach a predetermined level, the main switch 3 is turned on and the high voltage is supplied to the pulse transformer 4. The main switch 3 is turned on and off according to the repetition of the energization and charging, whereby a pulse high voltage is supplied to the klystron 6.
【0019】図3には(a)のPFNに対応して(b)
においてパルス1回分の電圧波形を示している。この電
圧波形は、各コンデンサC1 、C2 ……Cn で発生する
電圧を合成した合成電圧である。クライストロンでは良
質な電子ビームを発生するため上記合成電圧の変動ΔV
は所定電圧の数%以内の高い精度が要求される。FIG. 3 shows (b) corresponding to the PFN of (a).
Shows a voltage waveform for one pulse. This voltage waveform is a combined voltage obtained by combining the voltages generated at the capacitors C 1 , C 2, ..., C n . In a klystron, the variation of the combined voltage ΔV is used to generate a high quality electron beam.
Requires high accuracy within a few percent of the predetermined voltage.
【0020】しかし、可変リアクトルL1 、L2 ……L
n の中には加速器の立上り初期、あるいは平常運転中で
も調整の都合により(b)図の点線で示すように合成電
圧の変動がΔVの範囲からずれることがある。However, the variable reactors L 1 , L 2 ... L
In n , the fluctuation of the combined voltage may deviate from the range of ΔV as shown by the dotted line in FIG.
【0021】そこで、この実施例では自動波形調整装置
10によりこれを自動調整し極力平坦な合成電圧を供給
するようにしている。前述のようにコンピュータを用い
た自動波形調整装置10は、分圧器5からの入力信号に
よりパルストランスの出力電圧を読取り、その波形を分
析して出力電圧の変動幅が所定の範囲ΔV内にあるかを
判定部で判定するようにしている。Therefore, in this embodiment, the automatic waveform adjustment device 10 automatically adjusts the voltage to supply a composite voltage as flat as possible. As described above, the automatic waveform adjusting device 10 using the computer reads the output voltage of the pulse transformer based on the input signal from the voltage divider 5, analyzes the waveform, and the fluctuation range of the output voltage is within the predetermined range ΔV. Is determined by the determination unit.
【0022】従って、目標とする平坦度ΔVを設定し、
例えば図3の(b)の点線のような波形となった場合Δ
Vを下回った時間を割り出し、これに対応する可変リア
クトルをLn-1 とするとこのLn-1 のインダクタンスを
段階的に減らして出力波形がΔVの内に入るように調整
するための制御信号をモータMn-1 に与えて瞬時に調整
が行なわれる。これにより、パルストランス4の出力電
圧の変動は所定範囲内に自動調整されるのである。Therefore, a target flatness ΔV is set,
For example, when the waveform is as shown by the dotted line in FIG.
Indexing time falls below the V, when the variable reactor corresponding thereto and L n-1 control signal to the output waveform by reducing the inductance of the L n-1 stages is adjusted to fall within the ΔV Is applied to the motor M n-1 to perform instantaneous adjustment. Thus, the fluctuation of the output voltage of the pulse transformer 4 is automatically adjusted within a predetermined range.
【0023】[0023]
【効果】以上詳細に説明したようにこの発明のパルス電
源装置は、パルス成形回路に蓄えた電気容量を主スイッ
チを通電してパルストランスへ送りその2次側に高周波
のパルス高電圧を発生させ、このパルス高電圧を分圧器
で測定し制御部でその測定信号に基づいてパルス高電圧
の変動が所定範囲内となるようにパルス成形回路の可変
リアクトルをコイル内で可動プランジャを移動させるこ
とにより調整するようにしたから、加速器の立上がり時
や平常運転時のパルス高電圧を極めて高精度で所定範囲
内となるように自動調整でき、作業効率の向上に極めて
有用であるという利点が得られる。As described above in detail, the pulse power supply device of the present invention supplies the electric capacity stored in the pulse shaping circuit to the pulse transformer by energizing the main switch to generate a high-frequency pulse high voltage on the secondary side thereof. The pulse high voltage is measured by a voltage divider, and the control section moves the variable plunger of the pulse shaping circuit within the coil so that the fluctuation of the pulse high voltage is within a predetermined range based on the measurement signal.
It is so arranged to adjust the a, it can be automatically adjusted to be within a predetermined range with extremely high precision pulse high voltage at the time when and normal operation rising of the accelerator, obtain the advantage of being very useful in improving the work efficiency Can be
【図1】実施例のパルス電源回路の概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a pulse power supply circuit according to an embodiment.
【図2】可変リアクトルの構成図FIG. 2 is a configuration diagram of a variable reactor.
【図3】作用の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation.
1 充電器 2 パルス成形回路 3 主スイッチ 4 パルストランス 5 分圧器 6 クライストロン 10 自動波形調整装置 C1 〜n コンデンサ L1 〜n 可変リアクトル M1 〜n モータ1 charger 2 pulse shaping circuit 3 main switching 4 pulse transformer 5 divider 6 klystron 10 automatic waveform adjustment device C 1 ~ n capacitors L 1 ~ n variable reactor M 1 ~ n motor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03K 3/55 H01S 3/30 H03K 3/57 H05H 7/02──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H03K 3/55 H01S 3/30 H03K 3/57 H05H 7/02
Claims (1)
充電器、コンデンサとインダクタンス可変のリアクトル
から成るパルス成形回路、この成形回路に蓄えられた電
荷を放出させる主スイッチ、クライストロンにパルス高
電圧を供給するためのパルストランス、及びその2次側
出力電圧を測定するための分圧器を備え、上記可変リア
クトルはインダクタンスを可変とするため固定長コイル
の内部に移動自在に設けた可動プランジャに駆動部を接
続したものとし、分圧器で測定した出力電圧の波形を分
析しその変動幅が所定範囲内となるように駆動部を介し
て可変リアクトルを調整する制御部を設けて成るクライ
ストロン用パルス電源装置。1. A charger for supplying electric charge to a circuit to be connected, a pulse shaping circuit comprising a capacitor and a reactor having a variable inductance, a main switch for discharging the electric charge stored in the shaping circuit, and a pulse high voltage applied to a klystron. And a voltage divider for measuring a secondary output voltage of the variable reactor, wherein the variable reactor has a fixed-length coil for varying inductance.
Connect the drive unit to a movable plunger movably provided inside the
A pulse power supply device for a klystron, comprising: a control unit that analyzes a waveform of an output voltage measured by a voltage divider and adjusts a variable reactor via a driving unit such that a variation width thereof is within a predetermined range.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26034294A JP2837100B2 (en) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | Pulse power supply for klystron |
Applications Claiming Priority (1)
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JP26034294A JP2837100B2 (en) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | Pulse power supply for klystron |
Publications (2)
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JPH08125499A JPH08125499A (en) | 1996-05-17 |
JP2837100B2 true JP2837100B2 (en) | 1998-12-14 |
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Families Citing this family (2)
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JP7399302B2 (en) * | 2020-08-28 | 2023-12-15 | 三菱電機株式会社 | Laser light generator and laser processing equipment |
-
1994
- 1994-10-25 JP JP26034294A patent/JP2837100B2/en not_active Expired - Lifetime
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