基于脉冲频率调节机制的离子源高压脉冲电源

张伟 国家罡

摘 要： 从实践中来看我们所称之为的高压脉冲电源，它有着独特的脉冲，同时也具备与之相对应的测量操作流程，在多个领域和行业中有着十分显著的应用优势，例如，电场除菌、激光操作、等离子体发生器等相关方面都能够呈现出巨大的价值和作用。针对这样的情况本文有针对性的分析和探究以脉冲频率调节机制为基础的数控高压脉冲电源结构，对其所呈现出的稳定电压、功率比较低，而且体积小的特性进行有效的验证和分析，希望其射线管性能检测系统在更大程度上充分满足离子源的供电需求。

关键词： 高压脉冲电源;离子源;脉冲电源

中子发生器在具体的运行过程中，在很大程度上受到离子源性能的至关重要的直接影响，决定着它是采取持续性发射中子的方式，还是以脉冲的方式来发射中子，而针对离子源工作状态而言，又在根本上取决于离子源结构、磁场强度、离子源内部压力等相关方面的因素。离子源在不同的状态下会呈现出不同的形式，例如，在直流状态的工作形式，和脉冲状态之下的工作形式是完全不同的，为了能够在更大程度上确保电压应用更安全稳定，相关人员就要更全面细致的分析和探究脉冲状态的离子源特征。

一、高压脉冲电源的系统结构设计

高壓脉冲电源在实际的运行过程中所呈现出的功能，是把直流电压以斩波形式形成相对应的脉冲高压电，然后把它当作中子管离子源的阳极电压，与此同时进一步结合相应的需求，选择更切实合理的中子脉冲。为了使高压脉冲的波形呈现出良好的状态，在本文中以MOSFET当作开关元器件，设计出与之相对应的脉冲和频率进行调节的高压脉冲电源。这种电源的系统结构，如图所示。[1]

从图中我们能够充分看出，在整体的系统中，应用的电源是直流高压电源，控制开关器件斩波能够在更大程度上把高压直流的斩成方波式的脉冲，对此进行有针对性的输出，然后，为中子管内部离子源进行电源的提供。

二、高压脉冲电源的系统结构的主要特点

（一）脉冲频率调制的基本原理分析

脉冲频率调制方式通常情况下主要指的是，对于导通时间进行有效固定，并且对于截止时间进行有效改变，通过这样的方法来切实有效地改变高压脉冲电源频率。在整体高压脉冲电源系统的运行过程中，不管是输入电压还是负载有某种程度的变化，都会导致输出电压出现变化，而这种情况使整个系统的电路稳定性受到严重影响。假如输出电压又比较明显的下降，系统为了使电压足够稳定，就会缩短系统截止时间，而系统直流分量在短时间内迅速的增加，由此就会进一步严重影响高压脉冲电源整个系统本身的安稳运行。

（二）变压器设计

反激式变压器大多数都会有效利用初级绕组把接收的能量在磁性材料中进行存储，关断初级回路后，再一次把能量向次级回路系统里面进行传输。

（三）缓冲器的设计

针对系统开关应力而言，主要涉及三种方式，分别为：减少漏电感，消耗电压能量，把能量重新反馈到电源，第一种操作方式是抑制开关应力，在这样的情况下，要有效利用更为先进的工艺来切实完成，针对后面两种而言，在实践的过程中要通过电感线圈、开关管并联模式等相关措施进行有效完成。

在反激具体操作环节，在变压器中进行存储的初级电感会再次把能量向次级系统进行传输，次级回路里面包含着寄生电感、电容C1寄生电感、输出线路漏感等，他们会折算重新回到初级电感，然后进一步结合源极间的漏电容值于漏极电源里面进行切实有效的分配，使其获得全新的利用，在这样的情况下过电压形成开关应力，会在很大程度上损坏管子，使其损坏程度进一步加剧，针对这样的情况，就需要采取切实可行的措施，使脉冲网络得到限制。[2]

（四）过流保护

高压脉冲电源系统的过流保护包括多种类型的保护手段，这样能够使整体门限操作受到限制和规范。过流保护操作的输出电流，在具体的实现过程中，主要是利用负载串联电阻。对于过流保护局限而言，尽可能有效应用逐周过电流保护方式。在具体的操作过程中，于功率开关管上面串联相对应的电阻互感器/电流互感器，通过这种方法，对于功率开关管的瞬时间电流进行有效检测。若系统电流超过前，设定的瞬时电流限制值要采取及时有效的措施，把功率开关管进行有效关闭，通过最快的速度对电路进行保护。[3]

（五）电容放电电路

有针对性的结合电源的具体需求量，在输出电压断电时，可以通过比较小的电阻进行及时有效的放电，通过这种方法进一步确保输出的电压数值，与矩形波有效吻合。针对高压脉冲电源电路来说，在具体的运行过程中，通常情况下配备两个17kV的晶体管，在Dis-C信号处于高电平状态时，接通晶体管，然后有效利用R26进行有针对性的放电，在操作整个系统的过程中，为了有效规避晶体管不同时导通，用稳压管保护好晶体管，使其免于被击穿。

三、高压脉冲电源测试结果

针对高压脉冲电源测试结果和相关数据而言，在电源受到单片机的控制无法有序运行时，VTr的栅极驱动电压波形的工作频率约为80KHz，单片机控制信号频率通常情况下是25Hz。在高压脉冲电源系统控制信号处于低电平状态，VTr的栅极不能出现输出电压以及驱动信号。

在测试电容放电时，单片机不能发射放电信号，对其测试后进一步表明，在中子管探测系统中更有效地应用高压脉冲电源，能够呈现出良好的效果，其中，该系统的操作能够充分满足离子源供电需要的相关技术指标。

四、结语

综上所述，脉冲电源技术经过不断的发展和更新，可以持续供电，在工业化科技化的推进之下，人们在生产生活中更有效地应用脉冲电源技术，高压脉冲电源的应用优势十分显著，系统如果有异常情况，高压脉冲电源可以更有效的发挥其保护功能，同时不会对零部件造成负面影响，成效显著。

参考文献：

[1]居法云，韦克平，王成林，等.中子管离子源高压脉冲电源[J].电力电子技术，2007，41（4）：82-84.

[2]陈纯锴，关雪梅，乔双.用于中子管离子源电源的设计与saber仿真[J].电源技术应用，2008（11）：67-70.

[3]翟卫东，卢洪波.中子管离子源脉冲工作特性的研究[J].东北师大学报（自然科学版），2000，32（2）：36-38.

基金项目： 辽宁省工业攻关及产业化项目（2018106012）;辽宁省“百千万人才工程”资助项目（辽人社[2019]45号）;辽宁省自然科学基金项目（2019-MS-107）;辽宁省“兴辽英才计划”项目（XLYC1807168）