[實用新型]一種強流離子源抑制極電源快速高壓開關

有效

• 申請號: 201720283814.X
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN206743100U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 張亞兵;蔣才超;劉智民;劉勝;胡純棟;陳世勇;潘軍軍;謝亞紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H02M1/092
• 分類號: H02M1/092
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本實用新型涉及中性束注入領域，具體涉及一種強流離子源抑制極電源快速高壓開關。

背景技術

在中性束注入領域，正離子源引出系統常采用多電極結構。為了獲得更好的引出束流光學特性，在束引出時需要其中的抑制電極和加速電極的電源前后沿匹配。在加速極電源特性確定的情況下，需要根據抑制極電源的輸出開關對其輸出波形進行調整，以滿足抑制極電源的輸出與加速極電源的輸出相匹配的要求。本實用新型基本原理是，利用串聯的IGBT組成高壓開關，通過其均壓電路的參數選擇滿足串聯IGBT的均壓要求和抑制極電源開關特性的要求；同時通過專用的集成驅動電路和獨立的信號處理電路完成整個開關的驅動和綜合控制。

實用新型內容

為了滿足中性束注入系統強流離子源抑制極電源輸出特性的特殊要求，本實用新型提出了一種強流離子源抑制極電源快速高壓開關，主要用于對中性束注入系統強流離子源抑制極電源的快速開通和關斷，滿足電源輸出端電壓波形前后沿特性的要求。

本實用新型采用的技術方案是：

一種強流離子源抑制極電源快速高壓開關，其特征在于：包括有IGBT串聯電路、均壓電路、驅動電路和信號處理電路，所述IGBT串聯電路由多只IGBT串聯連接而成，IGBT串聯電路作為一個整體串接于抑制極電源的輸出端，均壓電路包括有相互并聯的靜態均壓電阻和動態緩沖電路，動態緩沖電路包括有二極管、緩沖電阻、緩沖電容，緩沖電阻與緩沖電容串聯連接，二極管并聯在緩沖電阻的兩端，每個IGBT的集電極和發射極上并聯一個均壓電路，同時均壓電路的二極管的正極連接到對應IGBT的集電極；所述各IGBT的柵極與IGBT驅動電路連接，IGBT驅動電路與信號處理電路雙向電連接，信號處理電路完成IGBT各種信號的邏輯處理并通過光纖與主控系統雙向連接。

所述的一種強流離子源抑制極電源快速高壓開關，其特征在于：所述驅動電路由IGBT專用集成驅動器及其外圍電路組成，通過外圍電路器件參數的不同取值選擇設置合適的IGBT保護閾值。

所述的一種強流離子源抑制極電源快速高壓開關，其特征在于：所述IGBT驅動電路和信號處理電路分別制成獨立的電路板。

本實用新型利用IGBT均壓電路實現串聯IGBT的電壓基本均衡，并通過均壓電路參數優化實現對串聯IGBT開關的開通和關斷時間調整；同時利用IGBT驅動電路和信號處理電路實現可靠的驅動、控制和保護等功能。

IGBT串聯電路作為快速高壓開關的主體，完成抑制極電源電壓輸出的快速開通和關斷功能。均壓電路一方面實現串聯IGBT的電壓基本均衡，保證各個IGBT無較大的過沖電壓；另一方面可以間接改變IGBT的開關特性，使抑制極電源輸出波形前后沿特性滿足與加速極電源輸出相匹配的要求。信號處理電路接收主控系統發出的IGBT觸發信號，經處理后送到IGBT驅動電路，以在特定時刻開通和關斷IGBT。同時信號處理電路接收來自IGBT驅動電路給出的過流或短路故障信號和溫度傳感器給出的IGBT溫度信號，經過預處理后發送到主控系統。為便于系統集成，IGBT驅動電路和信號處理電路分別制成獨立的電路板。

本實用新型的具體工作過程為：當信號處理電路接收到主控系統發送的IGBT觸發信號，經預處理后送到IGBT驅動電路；IGBT驅動電路接收到觸發信號后，觸發驅動器輸出IGBT柵極驅動信號，從而控制IGBT的開通和關斷。同時，信號處理電路接收IGBT溫度信號和短路或過流故障信號，經處理后送到主控系統，用于故障報警和顯示等功能。

在驅動電路驅動IGBT開通瞬間，IGBT兩端電壓開始下降，同時緩沖電容通過緩沖電阻放電，實際應用中放電時間主要由緩沖電阻決定，故可以通過調整緩沖電阻阻值，改變緩沖電容放電過程，進而改變IGBT開通過程，從而達到改變抑制極電源輸出端開通波形的目的。在IGBT關斷瞬間，緩沖電容通過二極管充電，實際應用中充電時間主要由緩沖電容決定，故可以通過調整緩沖電容容值，改變其充電過程，從而達到改變抑制極電源輸出端關斷波形的目的。在緩沖電容充電和放電的過程中，電容兩端的電壓不能突變，故緩沖電路可以一定程度上解決IGBT串聯遇到的不均壓問題。靜態均壓電阻主要應用于IGBT關斷穩態時，保持各個IGBT兩端電壓相等。

本實用新型特點在于：