基于脈沖頻率調節機制的離子源高壓脈沖電源

張偉 國家罡

摘 要： 從實踐中來看我們所稱之為的高壓脈沖電源，它有著獨特的脈沖，同時也具備與之相對應的測量操作流程，在多個領域和行業中有著十分顯著的應用優勢，例如，電場除菌、激光操作、等離子體發生器等相關方面都能夠呈現出巨大的價值和作用。針對這樣的情況本文有針對性的分析和探究以脈沖頻率調節機制為基礎的數控高壓脈沖電源結構，對其所呈現出的穩定電壓、功率比較低，而且體積小的特性進行有效的驗證和分析，希望其射線管性能檢測系統在更大程度上充分滿足離子源的供電需求。

關鍵詞： 高壓脈沖電源;離子源;脈沖電源

中子發生器在具體的運行過程中，在很大程度上受到離子源性能的至關重要的直接影響，決定著它是采取持續性發射中子的方式，還是以脈沖的方式來發射中子，而針對離子源工作狀態而言，又在根本上取決于離子源結構、磁場強度、離子源內部壓力等相關方面的因素。離子源在不同的狀態下會呈現出不同的形式，例如，在直流狀態的工作形式，和脈沖狀態之下的工作形式是完全不同的，為了能夠在更大程度上確保電壓應用更安全穩定，相關人員就要更全面細致的分析和探究脈沖狀態的離子源特征。

一、高壓脈沖電源的系統結構設計

高壓脈沖電源在實際的運行過程中所呈現出的功能，是把直流電壓以斬波形式形成相對應的脈沖高壓電，然后把它當作中子管離子源的陽極電壓，與此同時進一步結合相應的需求，選擇更切實合理的中子脈沖。為了使高壓脈沖的波形呈現出良好的狀態，在本文中以MOSFET當作開關元器件，設計出與之相對應的脈沖和頻率進行調節的高壓脈沖電源。這種電源的系統結構，如圖所示。[1]

從圖中我們能夠充分看出，在整體的系統中，應用的電源是直流高壓電源，控制開關器件斬波能夠在更大程度上把高壓直流的斬成方波式的脈沖，對此進行有針對性的輸出，然后，為中子管內部離子源進行電源的提供。

二、高壓脈沖電源的系統結構的主要特點

（一）脈沖頻率調制的基本原理分析

脈沖頻率調制方式通常情況下主要指的是，對于導通時間進行有效固定，并且對于截止時間進行有效改變，通過這樣的方法來切實有效地改變高壓脈沖電源頻率。在整體高壓脈沖電源系統的運行過程中，不管是輸入電壓還是負載有某種程度的變化，都會導致輸出電壓出現變化，而這種情況使整個系統的電路穩定性受到嚴重影響。假如輸出電壓又比較明顯的下降，系統為了使電壓足夠穩定，就會縮短系統截止時間，而系統直流分量在短時間內迅速的增加，由此就會進一步嚴重影響高壓脈沖電源整個系統本身的安穩運行。

（二）變壓器設計

反激式變壓器大多數都會有效利用初級繞組把接收的能量在磁性材料中進行存儲，關斷初級回路后，再一次把能量向次級回路系統里面進行傳輸。

（三）緩沖器的設計

針對系統開關應力而言，主要涉及三種方式，分別為：減少漏電感，消耗電壓能量，把能量重新反饋到電源，第一種操作方式是抑制開關應力，在這樣的情況下，要有效利用更為先進的工藝來切實完成，針對后面兩種而言，在實踐的過程中要通過電感線圈、開關管并聯模式等相關措施進行有效完成。

在反激具體操作環節，在變壓器中進行存儲的初級電感會再次把能量向次級系統進行傳輸，次級回路里面包含著寄生電感、電容C1寄生電感、輸出線路漏感等，他們會折算重新回到初級電感，然后進一步結合源極間的漏電容值于漏極電源里面進行切實有效的分配，使其獲得全新的利用，在這樣的情況下過電壓形成開關應力，會在很大程度上損壞管子，使其損壞程度進一步加劇，針對這樣的情況，就需要采取切實可行的措施，使脈沖網絡得到限制。[2]

（四）過流保護

高壓脈沖電源系統的過流保護包括多種類型的保護手段，這樣能夠使整體門限操作受到限制和規范。過流保護操作的輸出電流，在具體的實現過程中，主要是利用負載串聯電阻。對于過流保護局限而言，盡可能有效應用逐周過電流保護方式。在具體的操作過程中，于功率開關管上面串聯相對應的電阻互感器/電流互感器，通過這種方法，對于功率開關管的瞬時間電流進行有效檢測。若系統電流超過前，設定的瞬時電流限制值要采取及時有效的措施，把功率開關管進行有效關閉，通過最快的速度對電路進行保護。[3]

（五）電容放電電路

有針對性的結合電源的具體需求量，在輸出電壓斷電時，可以通過比較小的電阻進行及時有效的放電，通過這種方法進一步確保輸出的電壓數值，與矩形波有效吻合。針對高壓脈沖電源電路來說，在具體的運行過程中，通常情況下配備兩個17kV的晶體管，在Dis-C信號處于高電平狀態時，接通晶體管，然后有效利用R26進行有針對性的放電，在操作整個系統的過程中，為了有效規避晶體管不同時導通，用穩壓管保護好晶體管，使其免于被擊穿。

三、高壓脈沖電源測試結果

針對高壓脈沖電源測試結果和相關數據而言，在電源受到單片機的控制無法有序運行時，VTr的柵極驅動電壓波形的工作頻率約為80KHz，單片機控制信號頻率通常情況下是25Hz。在高壓脈沖電源系統控制信號處于低電平狀態，VTr的柵極不能出現輸出電壓以及驅動信號。

在測試電容放電時，單片機不能發射放電信號，對其測試后進一步表明，在中子管探測系統中更有效地應用高壓脈沖電源，能夠呈現出良好的效果，其中，該系統的操作能夠充分滿足離子源供電需要的相關技術指標。

四、結語

綜上所述，脈沖電源技術經過不斷的發展和更新，可以持續供電，在工業化科技化的推進之下，人們在生產生活中更有效地應用脈沖電源技術，高壓脈沖電源的應用優勢十分顯著，系統如果有異常情況，高壓脈沖電源可以更有效的發揮其保護功能，同時不會對零部件造成負面影響，成效顯著。

參考文獻：

[1]居法云，韋克平，王成林，等.中子管離子源高壓脈沖電源[J].電力電子技術，2007，41（4）：82-84.

[2]陳純鍇，關雪梅，喬雙.用于中子管離子源電源的設計與saber仿真[J].電源技術應用，2008（11）：67-70.

[3]翟衛東，盧洪波.中子管離子源脈沖工作特性的研究[J].東北師大學報（自然科學版），2000，32（2）：36-38.

基金項目： 遼寧省工業攻關及產業化項目（2018106012）;遼寧省“百千萬人才工程”資助項目（遼人社[2019]45號）;遼寧省自然科學基金項目（2019-MS-107）;遼寧省“興遼英才計劃”項目（XLYC1807168）