本发明涉及一种超稳定大功率脉冲调制的装置和方法，其中超稳定大功率脉冲调制的装置，与脉冲变压器和速调管相连，包括控制模块、电源模块和放电模块；控制模块包括配电组合1、辅助电源组合、调制器控保组合、示波器组合、6个聚焦磁场电源组合和1个交流静变电源组合；电源模块包括配电组合2、偏磁电源组合、闸流管灯丝电源组合、速调管灯丝电源组合、无源功率因数校正组合和充电电源，其中充电电源包括充电电源组合1和充电电源组合2；放电模块包括PFN、闸流管放电开关、RD吸收电路和PFN远端电压采样电路；本发明工作稳定度更高且性价比好，能够满足电子直线加速器对微波功率源的需求。
1.一种超稳定大功率脉冲调制的装置，与脉冲变压器和速调管依次相连，其特征在于，包括控制模块、电源模块和放电模块；
所述控制模块用于接收来自电网配电工业用电，向所述电源模块提供辅助电源并向所述电源模块发送加电控制命令；
所述控制模块包括配电组合1、辅助电源组合、调制器控保组合、示波器组合、6个聚焦磁场电源组合和1个交流静变电源组合；所述电源模块包括配电组合2、偏磁电源组合、闸流管灯丝电源组合、速调管灯丝电源组合、无源功率因数校正组合和充电电源，其中充电电源包括充电电源组合1和充电电源组合2；
所述放电模块包括PFN、闸流管放电开关、RD吸收电路和PFN远端电压采样电路；
所述电源模块用于按照加电控制命令向所述放电模块加电；
2.根据权利要求1所述的超稳定大功率脉冲调制的装置，其特征在于，所述控制模块用于接收来自电网配电50Hz380V的工业用电，电网配电的50Hz380V工业用电一方面通过所述配电组合1输出至所述无源功率因数校正组合、所述偏磁电源组合、6个所述聚焦磁场电源组合和所述交流静变电源组合，另一方面直接送至所述调制器控保组合和所述辅助电源组合。
3.根据权利要求2所述的超稳定大功率脉冲调制的装置，其特征在于，所述无源功率因数校正组合与所述充电电源连接，用于校正功率因数；
所述偏磁电源与所述脉冲变压器相连，用于向所述脉冲变压器提供偏磁电流；
6个所述聚焦磁场电源组合分别与所述速调管连接，用于向所述速调管提供聚焦磁场电流；
所述交流静变电源组合与所述配电组合2相连，用于将稳定的交流电输出至所述配电组合2。
4.根据权利要求3所述的超稳定大功率脉冲调制的装置，其特征在于，所述辅助电源组合与所述调制器控保组合相连，用于为所述调制器控保组合包括的直流风机、继电器、接触器供电；
所述调制器控保组合用于控制本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置各部分按预定时序工作；
所述调制器控保组合与所述示波器组合相连，所述示波器组合用于实时观测本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置的脉冲电压和电流波形。
5.根据权利要求4所述的超稳定大功率脉冲调制的装置，其特征在于，所述配电组合2从所述调制器控保组合接收加电控制命令，控制所述充电电源、所述闸流管灯丝电源组合和所述速调管灯丝电源组合的加电；
所述充电电源与所述PFN相连，用于为所述PFN充电；所述闸流管灯丝电源组合与所述闸流管放电开关相连，用于向所述闸流管放电开关的灯丝供电；所述速调管灯丝电源组合与所述速调管相连，用于向所述速调管的灯丝供电；
所述闸流管放电开关的一端与所述调制器控保组合相连，当所述调制器控保组合为所述闸流管放电开关送出触发脉冲后，所述闸流管放电开关导通；所述闸流管放电开关的另一端与所述PFN相连，用于经过所述脉冲变压器向所述速调管提供脉冲高压；所述RD吸收电路与所述PFN相连，用于在脉冲期间吸收所述PFN的反向电压尖峰；所述PFN远端电压采样电路与所述PFN相连，用于在所述PFN充电期间指示所述PFN的充电情况。
6.根据权利要求5所述的超稳定大功率脉冲调制的装置，其特征在于，所述充电电源组合1为所述PFN提供能量，所述充电电源组合2起稳压作用。
7.根据权利要求1所述的超稳定大功率脉冲调制的装置，其特征在于，所述PFN包括两根并联的PFN，且ρ＝7.0Ω，每单根PFN由12节组成，每节电容32nF，电感1.8μF，所述PFN的公共端为2mm厚的整块铜板。
8.根据权利要求1所述的超稳定大功率脉冲调制的装置，其特征在于，所述闸流管放电开关为氢闸流管CX1536A。
9.一种超稳定大功率脉冲调制的方法，使用权利要求1至8中任一项所述超稳定大功率脉冲调制的装置，所述超稳定大功率脉冲调制的装置与脉冲变压器和速调管依次相连，所述超稳定大功率脉冲调制的装置包括控制模块、电源模块和放电模块；其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，控制模块接收来自电网配电的工业用电；
步骤S2，控制模块向电源模块提供辅助电源并向电源模块发送加电控制命令；
步骤S3，电源模块按照加电控制命令向放电模块加电；
一种超稳定大功率脉冲调制的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高能物理领域，尤其涉及一种超稳定大功率脉冲调制的装置和方法。
背景技术
[0002] 东芝公司的E3730A速调管工作时需要电源系统为其提供312kV、362A的脉冲高压，脉冲调制器额定输出功率113MW，其前端为1:15的脉冲变压器，目前常用的大功率脉冲调制器长期工作稳定度为0.5％，为了适应电子直线加速器长期工作对电子速度的稳定性要求，需要稳定度更高的大功率脉冲调制器。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种超稳定大功率脉冲调制的装置和方法，工作稳定度更高，满足电子直线加速器对微波功率源的需求。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种超稳定大功率脉冲调制的装置，与脉冲变压器和速调管依次相连，包括控制模块、电源模块和放电模块；
[0005] 所述控制模块用于接收来自电网配电工业用电，向所述电源模块提供辅助电源并向所述电源模块发送加电控制命令；
[0006] 所述电源模块用于按照加电控制命令向所述放电模块加电；
[0007] 所述放电模块用于在加电结束后，产生阴极高压脉冲。
[0008] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0009] 进一步地，所述控制模块包括配电组合1、辅助电源组合、调制器控保组合、示波器组合、6个聚焦磁场电源组合和1个交流静变电源组合；
[0010] 所述电源模块包括配电组合2、偏磁电源组合、闸流管灯丝电源组合、速调管灯丝电源组合、无源功率因数校正组合和充电电源，其中充电电源包括充电电源组合1和充电电源组合2；
[0011] 所述放电模块包括PFN、闸流管放电开关、RD吸收电路和PFN远端电压采样电路。
[0012] 进一步地，所述控制模块用于接收来自电网配电50Hz380V的工业用电，电网配电的50Hz380V工业用电一方面通过所述配电组合1输出至所述无源功率因数校正组合、所述偏磁电源组合、6个所述聚焦磁场电源组合和所述交流静变电源组合，另一方面直接送至所述调制器控保组合和所述辅助电源组合。
[0013] 进一步地，所述无源功率因数校正组合与所述充电电源连接，用于校正功率因数；
[0014] 所述偏磁电源与所述脉冲变压器相连，用于向所述脉冲变压器提供偏磁电流；
[0015] 6个所述聚焦磁场电源组合分别与所述速调管连接，用于向所述速调管提供聚焦磁场电流；
[0016] 所述交流静变电源组合与所述配电组合2相连，用于将稳定的交流电输出至所述配电组合2。
[0017] 进一步地，所述辅助电源组合与所述调制器控保组合相连，用于为所述调制器控保组合包括的直流风机、继电器、接触器供电；
[0018] 所述调制器控保组合用于控制本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置各部分按预定时序工作；
[0019] 所述调制器控保组合与所述示波器组合相连，所述示波器组合用于实时观测本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置的脉冲电压和电流波形。
[0020] 进一步地，所述配电组合2从所述调制器控保组合接收加电控制命令，控制所述充电电源、所述闸流管灯丝电源组合和所述速调管灯丝电源组合的加电；
[0021] 所述充电电源与所述PFN相连，用于为所述PFN充电；所述闸流管灯丝电源组合与所述闸流管放电开关相连，用于向所述闸流管放电开关的灯丝供电；所述速调管灯丝电源组合与所述速调管相连，用于向所述速调管的灯丝供电；
[0022] 所述闸流管放电开关的一端与所述调制器控保组合相连，当所述调制器控保组合为所述闸流管放电开关送出触发脉冲后，所述闸流管放电开关导通；所述闸流管放电开关的另一端与所述PFN相连，用于经过所述脉冲变压器向所述速调管提供脉冲高压；所述RD吸收电路与所述PFN相连，用于在脉冲期间吸收所述PFN的反向电压尖峰；所述PFN远端电压采样电路与所述PFN相连，用于在所述PFN充电期间指示所述PFN的充电情况。
[0023] 进一步地，所述充电电源组合1为所述PFN提供能量，所述充电电源组合2起稳压作用。
[0024] 进一步地，所述PFN包括两根并联的PFN，且ρ＝7.0Ω，每单根PFN由12节组成，每节电容32nF，电感1.8μF，所述PFN的公共端为2mm厚的整块铜板。
[0025] 进一步地，所述闸流管放电开关为氢闸流管CX1536A。
[0026] 本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种超稳定大功率脉冲调制的方法，使用权利要求1至9中任一项所述超稳定大功率脉冲调制的装置，所述超稳定大功率脉冲调制的装置与脉冲变压器和速调管依次相连，所述超稳定大功率脉冲调制的装置包括控制模块、电源模块和放电模块；包括以下步骤：
[0027] 步骤S1，控制模块接收来自电网配电的工业用电；
[0028] 步骤S2，控制模块向电源模块提供辅助电源并向电源模块发送加电控制命令；
[0029] 步骤S3，电源模块按照加电控制命令向放电模块加电；
[0030] 步骤S4，加电结束时，放电模块产生阴极高压脉冲。
[0031] 本发明的有益效果是：工作稳定度超过0.1％，满足电子直线加速器对微波功率源的需求。
附图说明
[0032] 图1为本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置应用的电子直线加速系统的结构图；
[0033] 图2为本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置的结构图；
[0034] 图3为本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置的具体结构图；
[0035] 图4为本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置实体化结构图；
[0036] 图5为本地显控界面图；
[0037] 图6为远程操作界面图；
[0038] 图7为本发明所述超稳定大功率脉冲调制方法的流程图。
具体实施方式
[0039] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0040] 图1为本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置应用的电子直线加速系统的结构图。
[0041] 如图1所示，本发明的超稳定大功率脉冲调制装置将来自电网的50Hz380V三相四线制交流电转化为脉冲高压，经过脉冲变压器升压，为速调管提供脉冲高压，应用于电子直线加速器中，是电子直线加速器的关键组成部分之一，本发明中所述速调管均为东芝公司的E3730A速调管。
[0042] 图2为本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置的结构图。
[0043] 如图2所示，一种超稳定大功率脉冲调制的装置，与脉冲变压器和速调管相连，包括控制模块、电源模块和放电模块，控制模块用于接收来自电网配电的工业用电，一般为50Hz380V，并向电源模块提供辅助电源并向电源模块发送加电控制命令；电源模块用于按照加电控制命令向放电模块加电；放电模块用于产生阴极高压脉冲。
[0044] 图3为本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置的具体结构图。
[0045] 如图3所示，控制模块包括配电组合1、辅助电源组合、调制器控保组合、示波器组合、6个聚焦磁场电源组合和1个交流静变电源组合。电源模块包括配电组合2、偏磁电源组合、闸流管灯丝电源组合、速调管灯丝电源组合、无源功率因数校正组合和充电电源，其中充电电源包括充电电源组合1和充电电源组合2。放电模块包括PFN、闸流管放电开关、RD吸收电路和PFN远端电压采样电路。
[0046] 电网配电的50Hz380V工业用电一方面通过配电组合1输出至无源功率因数校正组合、偏磁电源组合、6个聚焦磁场电源组合和交流静变电源组合，另一方面直接送至调制器控保组合和辅助电源组合。
[0047] 无源功率因数校正组合与充电电源连接，用于校正功率因数；偏磁电源与脉冲变压器相连，用于向脉冲变压器提供偏磁电流；6个聚焦磁场电源组合分别与速调管连接，具体来讲即与速调管的聚焦磁场连接，用于向速调管提供聚焦磁场电流；交流静变电源组合与配电组合2相连，用于将稳定的交流电输出至配电组合2。
[0048] 辅助电源组合与调制器控保组合相连，用于为调制器控保组合包括的直流风机、继电器、接触器等供电；调制器控保组合用于接受电子加速器系统遥控命令，控制本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置各部分按预定时序工作，同时通过以太网与电子加速器系统进行实时通信；调制器控保组合与示波器组合相连，示波器组合用于实时观测本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置脉冲电压和电流波形。
[0049] 配电组合2从调制器控保组合接收加电控制命令，控制充电电源、闸流管灯丝电源组合和速调管灯丝电源组合的加电；充电电源与PFN相连，用于为PFN充电；闸流管灯丝电源组合的一端与闸流管放电开关相连，用于向闸流管放电开关的灯丝供电；速调管灯丝电源组合与速调管相连，用于向速调管灯丝供电。
[0050] 闸流管放电开关的一端与调制器控保组合相连，当调制器控保组合为闸流管送出触发脉冲后，闸流管放电开关导通；闸流管放电开关的另一端与PFN相连，用于经过脉冲变压器向速调管提供脉冲高压；RD吸收电路与PFN相连，用于在脉冲期间吸收PFN的反向电压尖峰；PFN远端电压采样电路与PFN相连，用于在PFN充电期间指示PFN充电情况。
[0051] 本发明中充电电源向PFN充电的具体过程为：大功率的充电电源组合1为PFN提供主要的能量，与之并联的小功率高稳定的直流高压电源即充电电源组合2主要起稳压作用，并最终为PFN充上44.0kV的稳定电压。
[0052] 本发明的超稳定大功率脉冲调制装置工作的一个周期内，闸流管放电开关关断，本发明中闸流管放电开关选择e2v公司的氢闸流管CX1536A，充电电源组合1先为PFN超稳定恒流充电至43.7kV，高压开关再开通，高稳定性充电电源组合2为PFN充电至44kV，并保持一段时间，然后关闭充电电源，此时PFN的电压稳定度可达0.01％，这时开通氢闸流管CX1536，PFN上储存的能量形成脉冲，通过脉冲变压器为速调管提供脉冲高压，使速调管输出放大的微波射频功率。
[0053] 本发明中的PFN包括两根并联的PFN，且ρ＝7.0Ω，每单根PFN由12节组成，每节电容32nF，电感1.8μF，这样设计可以保证后期脉冲平顶宽度不小于3.0μs，调制脉冲的半宽度τ为5.0μs。为减小分布电容和引线电感的影响，PFN的公共端采用2mm厚的整块铜板；12节PFN电容采用双列排列，每列12个电容。
[0054] 当来自交流静变电源的稳定的50Hz、220V电源送到闸流管灯丝电源组合及氢发生器电源的隔离变压器，给闸流管灯丝、氢发生器馈电。
[0055] 本发明的超稳定大功率脉冲调制装置的工作原理是：充电电源通过充电电阻、隔离元件向PFN充电，在充电结束时，PFN被充上电；放电时，在触发脉冲的激励下，闸流管放电开关导通，PFN通过放电电路将能量传输给速调管。在匹配的情况下，在脉冲变压器原边得到的脉冲电压幅值近似于充电电源电压的一半，其脉冲波形由PFN决定。通过1：15脉冲变压器升压，得到312kV的高压，保证速调管正常工作。
[0056] 本发明中充电隔离二极管、充电电阻、PFN电感和电容的参数稳定的措施是：保持试验场地良好的散热、恒温、冷却液恒温；闸流管放电开关的管压降稳定的措施：氢闸流管灯丝电源、氢发生器电源、触发器的稳定，保持试验场地良好的散热、恒温；高压开关导通压降稳定的措施：辅助电源的稳定性，冷却液恒温。
[0057] 图4为本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置实体化结构图。
[0058] 如图4所示，在具体实际应用中，可以将本发明所述超稳定大功率脉冲调制装置中的控制模块、电源模块和放电模块分别实体化为控制柜、电源柜和放电柜，具体实体化结构如图4所示。
[0059] 本发明中调制器控保组合的显示通过本地面板显示器及远程主控台显示器进行。本地组合面板显示器方便本地操作人员观察各组成部分状态及参数信息，本地显控界面如图5所示。
[0060] 本地所有信息均通过以太网传送至远程主控台，可以在远程主控台设计显示界面显示各脉冲调制器的信息，方便值班人员可以远程观测运行状态，在远程界面增加显示条，当某一调制器有故障时，显示条变红色，用鼠标点击红色显示条后可弹出对应调制器的具体信息显示界面，远程操作显控界面如图6所示。
[0061] 图7为本发明所述超稳定大功率脉冲调制方法的流程图。
[0062] 如图7所示，一种超稳定大功率脉冲调制的方法，包括以下步骤：
[0063] 步骤S1，控制模块接收来自电网配电的工业用电；
[0064] 步骤S2，控制模块向电源模块提供辅助电源并向电源模块发送加电控制命令；
[0065] 步骤S3，电源模块按照加电控制命令向放电模块加电；
[0066] 步骤S4，加电结束时，放电模块产生阴极高压脉冲。
[0067] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
