一種粒子束驅動電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種粒子束驅動電源，包括嵌入式控制器，其輸出端分別與主高壓電源、預電源、控制電源的輸入端相連，主高壓電源、預電源、控制電源的輸出端均與中間電路的輸入端相連，中間電路的輸出端接負載。本實用新型采用模塊化設計，使得系統(tǒng)內各子模塊具有一定的一致性和可替換性，同時也極大的提高了粒子束驅動電源在脈沖功率行業(yè)的應用范圍。同時，采用嵌入式控制器技術，使得數據采集信號和控制信號在系統(tǒng)中能夠安全、可靠、高速的傳輸，并且能夠在極端惡劣環(huán)境下，提前作用控制量，提高驅動電源輸出的穩(wěn)定性。此外，也有效地實現(xiàn)粒子束負載高效可靠的啟動與連續(xù)運行，并極大的提高了驅動電源的控制精度。
【專利說明】—種粒子束驅動電源
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電力電子【技術領域】，尤其是一種粒子束驅動電源。
【背景技術】
[0002]粒子是能夠以自由狀態(tài)存在的最小物質組分，被稱為粒子的物質有電子、質子、中子和其它帶正、負電的離子。粒子束是指粒子由于電場或磁場的作用力而產生定向流動的束流，其特點是可以加速，絕對速度為每秒30萬公里。常用的產生粒子束的負載包括真空微波管、高壓氣體放電燈，而常用的真空微波管有磁控管、行波管、速調管、前向波管、四極管等，并且已經越來越多的應用到雷達發(fā)射機、粒子加速器等場合，成為當今恒量一個國家科技、軍事水平的標準?，F(xiàn)有的粒子束驅動電源的應用范圍較窄，有一定局限性，且粒子束驅動電源輸出的穩(wěn)定性較差。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種應用范圍寬、提高驅動電源輸出穩(wěn)定性的粒子束驅動電源。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術方案:一種粒子束驅動電源，包括嵌入式控制器，其輸出端分別與主高壓電源、預電源、控制電源的輸入端相連，主高壓電源、預電源、控制電源的輸出端均與中間電路的輸入端相連，中間電路的輸出端接負載。
[0005]所述嵌入式控制器的電源端接外接電源。
[0006]所述負載為高壓氣體放電燈，所述預電源為準預電離電源，所述控制電源為點火控制電源，所述中間電路由隔離整流二極管D1、隔離整流二極管D2、濾波儲能電容Cl和隔離脈沖變壓器Tl組成。
[0007]所述負載為真空微波管，所述預電源為預熱電源，所述控制電源為控制極電源，所述中間電路采用濾波儲能電容C2。
[0008]所述主高壓電源輸出端的高端與隔離整流二極管Dl的陽極相連，主高壓電源輸出端的低端與濾波儲能電容Cl的低端相連，準預電離電源輸出端的高端與隔離整流二極管D2的陽極相連，準預電離電源輸出端的低端與濾波儲能電容Cl的低端相連，點火控制電源的輸出端與隔離脈沖變壓器Tl的初級線圈相連，隔離整流二極管Dl的陰極、隔離整流二極管D2的陰極、濾波儲能電容Cl的高端與隔離脈沖變壓器Tl的次級線圈的一端相連，隔離脈沖變壓器Tl的次級線圈的另一端與高壓氣體放電燈的陽極相連，高壓氣體放電燈的陰極與濾波儲能電容Cl的低端相連后接地。
[0009]所述高壓氣體放電燈包括氙燈、氪燈和氖燈。
[0010]所述主高壓電源輸出端的高端分別與濾波儲能電容C2的高端、預熱電源輸出端的低端、控制極電源輸出端的低端相連，所述預熱電源輸出端的高端與真空微波管的燈絲相連，所述控制極電源輸出端的高端與真空微波管的控制極相連，所述濾波儲能電容C2的高端與真空微波管的陰極相連，所述真空微波管的陽極與其機殼相連后接地。[0011]所述真空微波管包括磁控管、行波管、速調管、前向波管和四極管。
[0012]由上述技術方案可知，本實用新型采用模塊化設計，使得系統(tǒng)內各子模塊具有一定的一致性和可替換性，同時也極大的提高了粒子束驅動電源在脈沖功率行業(yè)的應用范圍。同時，采用嵌入式控制器技術，使得數據采集信號和控制信號在系統(tǒng)中能夠安全、可靠、高速的傳輸，并且能夠在極端惡劣環(huán)境下，提前作用控制量，提高驅動電源輸出的穩(wěn)定性。此外，也有效地實現(xiàn)粒子束負載高效可靠的啟動與連續(xù)運行，并極大的提高了驅動電源的控制精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的電路框圖；
[0014]圖2為本實用新型帶氙燈負載的電路原理框圖；
[0015]圖3為本實用新型帶氙燈負載的工作時序圖；
[0016]圖4為本實用新型帶真空微波管負載的電路原理框圖；
[0017]圖5為本實用新型帶真空微波管負載的工作時序圖。
【具體實施方式】
[0018]一種粒子束驅動電源，包括嵌入式控制器1，其輸出端分別與主高壓電源2、預電源3、控制電源4的輸入端相連，主高壓電源2、預電源3、控制電源4的輸出端均與中間電路5的輸入端相連，中間電路5的輸出端接負載6，所述嵌入式控制器I的電源端接外接電源，如圖1所示。所述的嵌入式控制器I還具有百兆以太網通信功能，利用工控機軟件界面對粒子束驅動電源進行精確控制，并監(jiān)視電源的工作狀態(tài)，記錄工作參數。
[0019]如圖2所示，所述負載6為高壓氣體放電燈，所述預電源3為準預電離電源，所述控制電源4為點火控制電源，所述中間電路5由隔離整流二極管D1、隔離整流二極管D2、濾波儲能電容Cl和隔離脈沖變壓器Tl組成。所述高壓氣體放電燈包括氙燈、氪燈和氖燈；所述的準預電離電源對高壓氣體放電燈的擊穿溝道進行迅速捕捉并在一定時間內(數毫秒)提供能量給后級高壓氣體放電燈負載；所述的點火控制電源，提供足夠高的脈沖電壓及能量將高壓氣體放電燈負載擊穿。
[0020]如圖2所示，所述主高壓電源2輸出端的高端與隔離整流二極管Dl的陽極相連，主高壓電源2輸出端的低端與濾波儲能電容Cl的低端相連，準預電離電源輸出端的高端與隔離整流二極管D2的陽極相連，準預電離電源輸出端的低端與濾波儲能電容Cl的低端相連，點火控制電源4的輸出端與隔離脈沖變壓器Tl的初級線圈相連，隔離整流二極管Dl的陰極、隔離整流二極管D2的陰極、濾波儲能電容Cl的高端與隔離脈沖變壓器Tl的次級線圈的一端相連，隔離脈沖變壓器Tl的次級線圈的另一端與高壓氣體放電燈的陽極相連，高壓氣體放電燈的陰極與濾波儲能電容Cl的低端相連后接地。圖2中的高壓氣體放電燈為氣燈Hl ο
[0021]如圖3所示，當電路開始工作時，首先由點火控制電源輸出一個點火脈沖給隔離脈沖變壓器Tl，在隔離脈沖變壓器Tl的次級線圈感應出足夠能量及電壓幅度的點火脈沖(幾十千伏以上)，該點火脈沖擁有足夠高的電壓以及足夠的能量將氙燈Hl擊穿。當氙燈Hl負載狀態(tài)發(fā)生改變的時候，準預電離電源同時對氙燈Hl的擊穿溝道進行迅速捕捉，并在一定時間內((數毫秒))提供能量給后級氙燈Hl負載，讓氙燈Hl負載的阻抗降低到主高壓電源2輸出電壓(幾百伏)范圍內，之后靠主高壓電源的2穩(wěn)定輸出電流進行維持，達到長時間連續(xù)穩(wěn)定輸出的仿造太陽光照。
[0022]利用嵌入式控制器I對三種電源的輸出時序進行精確控制，以實現(xiàn)氙燈Hl負載的穩(wěn)定啟動與連續(xù)運行。同時，可對三種電源的時序關系進行合理的調整，以實現(xiàn)對不同長度、亮度、功率氙燈或氪燈的穩(wěn)定啟動和連續(xù)運行。氙燈Hl在工作過程中也容易受溫度等特性影響出現(xiàn)滅弧等現(xiàn)象，嵌入式控制器I將根據光敏采樣或電流采樣來判斷是否滅弧及重新按時序關系進行再啟動。如果滅弧問題突出或一定時間內出現(xiàn)多次滅弧，則系統(tǒng)將提醒氙燈Hl壽命已到，要進行氙燈Hl更換。
[0023]如圖4所示，所述負載6為真空微波管，所述預電源3為預熱電源，所述控制電源4為控制極電源，所述中間電路5采用濾波儲能電容C2。所述真空微波管包括磁控管、行波管、速調管、前向波管和四極管。所述預熱電源用于對真空微波管的燈絲F進行加熱，讓真空微波管的陰極K的電子處于活躍狀態(tài)；所述控制極電源通過控制真空微波管負載的控制極使其處于關斷或者導通狀態(tài)。所述主高壓電源2輸出端的高端分別與濾波儲能電容C2的高端、預熱電源輸出端的低端、控制極電源輸出端的低端相連，所述預熱電源輸出端的高端與真空微波管的燈絲相連，所述控制極電源輸出端的高端與真空微波管的控制極相連，所述濾波儲能電容C2的高端與真空微波管的陰極相連，所述真空微波管的陽極與其機殼相連后接地。
[0024]如圖4所示，所述的嵌入式控制器I結合脈沖寬度調制技術(PWM)產生可編程的三角波波形，所述的主高壓電源2用以產生足夠強的電場；所述的預熱電源用以對微波管H2負載的燈絲F進行加熱，讓陰極K的電子處于活躍狀態(tài)；所述的控制極電源在等主高壓電源2工作穩(wěn)定后，再控制真空微波管H2負載的控制極工作，最終電子通過閘門由電場加速行成電子束流，電子束流在運動過程中與微波信號作用，發(fā)生能量轉移。真空微波管H2利用高壓電場產生高速集中電子束流，再配合磁場行成空間電子群從而對輸入的微波信號進行放大，把電子束能量往微波能量轉移，效率可以達到50%以上，多余的能量轉換成熱量消耗掉。
[0025]如圖5所示，預熱電源先工作，對微波管H2的燈絲F進行加熱，預熱一定時間后，讓陰極K的電子處于活躍狀態(tài)，但控制極處于關斷狀態(tài)，電子不能通過閘門；再加主高壓電源2產生足夠強的電場，等主高壓電源2工作穩(wěn)定后，控制極電源控制負載控制極工作，電子通過閘門由電場加速行成電子束流，電子束流在運動過程中與微波信號作用，發(fā)生能量轉移。
[0026]當真空微波管H2工作在脈沖狀態(tài)時，為防止打火時能量過大而減少電源的儲能，同時要求脈內平坦度有1%，于是要求粒子束驅動電源具有脈沖頂降補償功能，利用嵌入式控制器I控制脈寬調制電路實現(xiàn)三角波輸出，正好補償脈內頂降。
[0027]綜上所述，本實用新型采用模塊化設計，使得系統(tǒng)內各子模塊具有一定的一致性和可替換性，同時也極大的提高了粒子束驅動電源在脈沖功率行業(yè)的應用范圍。同時，采用嵌入式控制器技術，使得數據采集信號和控制信號在系統(tǒng)中能夠安全、可靠、高速的傳輸，并且能夠在極端惡劣環(huán)境下，提前作用控制量，提高驅動電源輸出的穩(wěn)定性。此外，也有效地實現(xiàn)粒子束負載高效可靠的啟動與連續(xù)運行，并極大的提高了驅動電源的控制精度。
【權利要求】
1.一種粒子束驅動電源，其特征在于:包括嵌入式控制器(I)，其輸出端分別與主高壓電源(2)、預電源(3)、控制電源(4)的輸入端相連，主高壓電源(2)、預電源(3)、控制電源(4)的輸出端均與中間電路(5)的輸入端相連,中間電路(5)的輸出端接負載(6)。
2.根據權利要求1所述的粒子束驅動電源，其特征在于:所述嵌入式控制器(I)的電源端接外接電源。
3.根據權利要求1所述的粒子束驅動電源，其特征在于:所述負載(6)為高壓氣體放電燈，所述預電源(3)為準預電離電源，所述控制電源(4)為點火控制電源，所述中間電路(5)由隔離整流二極管D1、隔離整流二極管D2、濾波儲能電容Cl和隔離脈沖變壓器Tl組成。
4.根據權利要求1所述的粒子束驅動電源，其特征在于:所述負載(6)為真空微波管，所述預電源(3)為預熱電源，所述控制電源(4)為控制極電源，所述中間電路(5)采用濾波儲能電容C2。
5.根據權利要求3所述的粒子束驅動電源，其特征在于:所述主高壓電源(2)輸出端的高端與隔離整流二極管Dl的陽極相連，主高壓電源(2)輸出端的低端與濾波儲能電容Cl的低端相連，準預電離電源輸出端的高端與隔離整流二極管D2的陽極相連，準預電離電源輸出端的低端與濾波儲能電容Cl的低端相連，點火控制電源(4)的輸出端與隔離脈沖變壓器Tl的初級線圈相連，隔離整流二極管Dl的陰極、隔離整流二極管D2的陰極、濾波儲能電容Cl的高端與隔離脈沖變壓器Tl的次級線圈的一端相連，隔離脈沖變壓器Tl的次級線圈的另一端與高壓氣體放電燈的陽極相連，高壓氣體放電燈的陰極與濾波儲能電容Cl的低端相連后接地。
6.根據權利要求3所述的粒子束驅動電源，其特征在于:所述高壓氣體放電燈包括氙燈、氪燈和氖燈。
7.根據權利要求4所述的粒子束驅動電源，其特征在于:所述主高壓電源(2)輸出端的高端分別與濾波儲能電容C2的高端、預熱電源輸出端的低端、控制極電源輸出端的低端相連，所述預熱電源輸出端的高端與真空微波管的燈絲相連，所述控制極電源輸出端的高端與真空微波管的控制極相連，所述濾波儲能電容C2的高端與真空微波管的陰極相連，所述真空微波管的陽極與其機殼相連后接地。
8.根據權利要求4所述的粒子束驅動電源，其特征在于:所述真空微波管包括磁控管、行波管、速調管、前向波管和四極管。
【文檔編號】H02M9/04GK203537265SQ201320671689
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權日:2013年10月29日
【發(fā)明者】邵康, 李運海 申請人:合肥雷科電子科技有限公司