[發明專利]一種沖擊磁鐵的脈沖電源

在審

• 申請號: 201910599708.6
• 申請日: 2019-07-04
• 公開（公告）號: CN110401373A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 劉永芳;谷鳴;袁啟兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發明提供一種沖擊磁鐵的脈沖電源，包括與所述沖擊磁鐵的兩端相連且依次串聯的穩壓電源、開關控制模塊和并聯波形成形模塊，所述開關控制模塊包括與穩壓電源的一端相連的至少一個MOS開關管，并聯波形成形模塊包括至少一組彼此并聯的主電阻與主電容。本發明的沖擊磁鐵的脈沖電源基于LRC二階混聯電路，避免了先充電再放電的脈沖電源工作模式，并采用MOS開關管作為電流開關，MOS開關管導通電路形成階躍響應的同時產生脈沖電流的前沿及平頂，MOSFET開關關斷形成脈沖電流后沿，使得該脈沖磁鐵電源的重復頻率可以達到百千赫茲甚至上兆赫茲。

技術領域

本發明屬于粒子加速器脈沖功率技術領域，具體涉及一種沖擊磁鐵的脈沖電源。

背景技術

X射線自由電子激光裝置(XFEL)由于其具有更高的亮度，更好的相干性等優點，使其成為下一代同步輻射光源的技術方案。自由電子激光主要由直線加速器和波蕩器組成。直線加速器生成品質優良的電子束流，電子束流經過波蕩器時產生周期性的運動從而生成滿足需求的相干光。為了滿足不同實驗用戶的用光需求，一般自由電子激光有若干條波蕩器線。電子束流分配到不同的波蕩器線是通過束流分配系統實現的，束流分配系統的作用就是將直線加速器的電子束流按時間結構分配輸送到多條波蕩器線。束流分配系統有效提高了直線加速器束流的利用效率，擴展了實驗用戶可以使用的光束線站數量，提高了大科學裝置的運行效率。

現有的束流分配系統往往采用沖擊磁鐵和切割磁鐵的組合方式。其中，切割磁鐵提供比沖擊磁鐵強得多的磁場，可以實現電子束流的大角度偏轉，但是切割磁鐵磁場的建立時間比較慢，或者是直流磁場。沖擊磁鐵能提供快上升和下降時間的矩形或半正弦磁場脈沖，但是脈沖磁場都比較弱，因此只能提供小角度的束流偏轉。

傳統的沖擊磁鐵的脈沖電源常用方案包括：閘流管開關、傳輸線放電型[池云龍，王瑋等，CSNS引出沖擊磁鐵脈沖電源設計,中國物理C 2008 32]、LC諧振放電型[范學榮，陳志豪等，SSRF儲存環注入脈沖電源的設計，核技術，2006 29]以及固態感應疊加型[劉超，尚雷等，感應疊加型固態沖擊磁鐵脈沖發生器設計與實驗,中國物理C，2008 32]。現有的沖擊磁鐵的脈沖電源在電路形式上都是采用先充電儲能然后觸發放電電路導通形成脈沖波形的形式，這種電路形式一般采用直流電流源給儲能部件充電，因此，脈沖電源在工作的每個周期都包含了充電時間與放電時間，這種設計方案使得脈沖電源的重復頻率很難高于數千赫茲。

發明內容

本發明專利提出了一種沖擊磁鐵的脈沖電源，以提高沖擊磁鐵的脈沖電源的重復頻率。

為了實現上述目的，本發明提供一種沖擊磁鐵的脈沖電源，包括與所述沖擊磁鐵的兩端相連且依次串聯的穩壓電源、開關控制模塊和并聯波形成形模塊，所述開關控制模塊包括與穩壓電源的一端相連的至少一個MOS開關管，并聯波形成形模塊包括至少一組彼此并聯的主電阻與主電容。

所述MOS開關管的源極和柵極分別通過一觸發板相連。

每個MOS開關管的柵極上分別設有一電流互感器。

所述穩壓電源為負極性直流穩壓電源，且所述MOS開關管為NMOS管。

所述MOS開關管的數量為多個，所述彼此并聯的主電阻與主電容的數量等于MOS開關管的數量，且每一組彼此并聯的主電阻與主電容分別與開關控制模塊的其中一個MOS開關管的漏極相連。

所述主電阻上分別并聯一個可調電阻，且所述主電容上分別并聯一個可調電容。

所述穩壓電源與一儲能濾波模塊并聯，儲能濾波模塊包括彼此并聯的一個儲能電容和若干個濾波電容。

所述儲能濾波模塊還與一高壓探頭并聯。

所述沖擊磁鐵的脈沖電源還包括與所述沖擊磁鐵的兩端通過高壓電纜相連的能量泄放模塊，所述能量泄放模塊包括彼此串聯的泄放電阻和泄放二極管。