450kV高功率速调管调制器系统

国际 直线对 撞 机 （Ｌ ） 自由 电子 激光 （ Ｅ 等 大型 科 学装 置 的建 设 需要 大 量 高功 率 速 调管 为加 速 电子 ＩＣ 和 Ｆ Ｉ ） 提供 能量 ｌ ］ 目前 ， 】 。 国内此类 速 调管 的最 高输 出功 率 为 ５ ＯＭｗ ， 正在 开 展 １ ０Ｍｗ 速调 管 的研 制工 作 。随着 ０ 速调 管功 率 的提高 ， 其工 作 电压 和配 套 调 制器 的设 计 难 度也 相 应 增 加 。 当速 调 管工 作 电压 达 到 ３ ０ ｋ 以上 ０ Ｖ 时， 以半 导 体开 关 为主 的 固态调 制器 由于存 在 均 流设计 、 绝缘 设计 以及 分 布参 数 影 响等 多 方 面 的 问题 ， 以满 难 足高可 靠性 的实 用化 要求 ｌ ］ ４ 。韩 国浦项 加速 器 实验 室 （ ＡＩ 等 机构 的研 究表 明 ， 用专 门设 计 的重氢 闸流管 Ｐ ） 采 作 为脉 冲开 关 ， 配合 优化 的 电路设 计 可 以实 现快 速 、 定 的高 压 脉 冲输 出ｌ 。为 了对 新 型 １ ０Ｍｗ 速 调管 进 稳 ６ ］ ０ 行 测试 ， 我们 与 鑫轩公 司合 作 研制 了一 台 ４ ０ｋ 高 功率调 制 器 。本 文对 此 调制 器 的设 计 原 理 、 ５ Ｖ 电路 结 构 和测
１ １ 脉 冲 变 压 器 与 脉 冲 形 成 网 络 ．
脉 冲变压 器是 系统 中最重要 的部件 之一 ， 的设计 直 接关 系 到调制 器 的输 出特性 。在 变 压器 变 比选 择上 ， 它 主要 考虑 在 降低脉 冲变 压 器原边 的工作 电压 的 同时 尽量 减 小 变压 器 的 泄漏 电感 和 分布 电容 ｌ 。在 设 计 中 ， ７ ］ 变 压器 （ 图 ２ 采 用锥 形绕 组结 构 ， 见 ） 其层 间 和绕组 间绝 缘距 离 以及 绕组 的平 均 匝长 都 随绕 线 高度 变 化而 变 化 ， 只 在副边 高 压 侧 才预 留较 大 的绝 缘 空 间 ， 以有 效 控制 绕 组 的泄漏 电感 和 寄 生 时 间 参 数 。 虑 到 脉 冲形 成 可 ８ 考 。
该指 标 的速 调管 和调 制器 在 国内均 无先 例 ，工 作 期 间调 制 器 输 出 的脉 冲 功 率 达到 ２ ０ Ｍｗ ， 脉 冲宽 度 ７ 而 仅 为 ２ ５“ 。系统 中很 多 元件悬 浮 在高 压 电位 ， ． Ｓ 它们 形成 的分 布 电容 直接 影 响充放 电 的速度 。因此 ， 须对 器 必 件 和走线 的高 压结 构 和分 布参 数进 行全 面 的考虑 和控 制 ， 才能 获得 理想 的输 出特性 。为 了保 证系 统可靠 性 ， 选 择技 术相 对成 熟 的线 型调 制器 的拓 扑结 构 ， 把设 计 重 点放在 脉 冲形成 电路部 分 ， 它部 分尽 量选 用简 单可靠 并 其 的电路 。系统 电路 原理 图如 图 １ 示 。 所
制 器 的 主 要 部 件 应 具 有 一 定 的 调 节 范 围 。此 外 ， 需 要 友 好 的 控 制 界 面 和 快 速 有 效 的 保 护 功 能 。 调 制 器 主 要 还 技 术 指 标 如 表 １所 示 。
表 １ 调 制 器 主 要 指 标
Ｔ ｂ ｅ １ Ｍ ａ ｎ ｐ ｒ ｍ ｅｅ ｓｏ ｏ ｕ ａ ｏ ａ ｌ ｉ ａ ａ ｔ ｒ ｆｍ ｄ ｌ ｔ ｒ
４ ０ｋ 高 功 率 速 调 管 调 制 器 系 统 ５ Ｖ
蔡政平， 徐旭哲， 武志勇
（ 国科 学 院 电 子 学 研 究 所 ，高功 率 微 波 源 与技 术 重点 实 验 室 ，北 京 １ ０ ９ ） 中 ０ １ ０
摘
要 ： 研 制 了一 套 用 于 新 型 速 调 管 测 试 的 ４ ０ｋ 高 功率 调 制 器 系 统 。根 据 系 统 指 标 分 别 设 计 了脉 冲 ５ Ｖ
第 ２ ２卷 第 ７期 ２１ ０ ０年 ７月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ Ｒ Ｔ Ｉ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ． １ ２２， Ｎ Ｏ ７ ．
Ｊ １ ，２ １ ｕ． ０ ０
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） ７１ ７ — ５ ０ １４ ２ （ ０ ０ ０ — ６ ７０
变 压 器 、 冲 形 成 网络 以及 充 电 电 路 等 主 要 部 件 。 同 时 ， 对 高 功 率 脉 冲 开 关 的要 求 ， 闸 流 管 相 关 性 能 进 行 脉 针 对
了 比较 研 究 ， 对 其 触 发 、 护 电 路 作 了优 化 设 计 。并 利 用 可 编 程 控 制 器 与 触 摸 屏 组 合 方 式 实 现 了 调 制 器 和 速 并 保 调 管 的控 制 与连 锁 保 护 。利 用 电力 电子 仿 真 软 件 Ｓ ｂ ｒ 调 制 器 主 电 路 进 行 了 建 模 与 仿 真 ， 冲 电 压 波 形 仿 ａｅ对 脉 真 结 果 与 在 水 负载 上进 行 的 满 功 率 试 验 结 果 一 致 ： 冲宽 度 ２ ５／ ， 冲 前 沿 １ １ ｓ 脉 冲 后 沿 １ ７ ｓ 调 制 脉 ． ｚ 脉 ｓ ． ， ． 。
器 输 出脉 冲 电压 ４ ０ｋ 脉 冲 电 流 ６ ０Ａ， 足 速 调 管 测 试 需 要 。 ５ Ｖ， ０ 满
关 键 词 ： 高 功 率 微 波 ； 调 制 器 ； 速 调 管 ； 闸 流 管
中 图分 类 号 ： பைடு நூலகம்Ｎ７ ６ 文 献标 志 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰ Ｂ２ １ ２ ０ ． ６ ７ ｏ： ０ ８ ８ ／ ＬＰ ０ ０ ２ ７ １ ７
试 性能 作 了介绍 。
ｌ 系统 设 计
这 套调 制器 主要 用于 对 １ ０Ｍｗ 速调 管进 行 高压 和高 频测试 。在试 验 中 ， ０ 由于速 调 管 负载 经 常发 生不 同
程 度 的直流 或高 频打 火 ， 对 测试 系统 的可 靠性 有较 高 要 求 。另一 方 面 ， 了试 验 速 调 管 的不 同工作 状 态 ， 其 为 调