加速器电源的高压脉冲同步控制研究
加速器系统需要多组高压脉冲电源协同工作,以驱动加速腔体、聚焦电极与偏转磁场。脉冲电源之间的同步精度直接影响束流相位稳定与加速效率。高压脉冲同步控制的研究目标是实现亚微秒级时间对齐与能量一致性。
同步控制系统由主时钟模块、分配网络与局部控制器组成。主时钟产生高精度触发信号,经光纤分配至各高压模块。为消除分布延迟误差,系统采用时序自校准机制,在每次启动时通过反馈信号测量传输延时,并自动调整触发相位。
脉冲形成部分采用脉冲成形线(PFN)或固态脉冲调制器,通过储能与放电过程生成高压脉冲。控制器需确保各模块输出脉冲波形在幅值与宽度上严格一致。为此,系统实时采样输出电压,利用数字比较算法计算差异,并对驱动占空比进行微调。该闭环过程可在纳秒级时间尺度内完成。
电源同步不仅限于时序,还包括电压波形一致性。通过在控制系统中引入多通道数字波形发生器,可对每个模块的脉冲前沿、平顶与下降沿进行独立调节,确保束流加速电场在整个周期内分布均匀。
电磁干扰会破坏同步精度,因此信号通道采用光纤隔离与屏蔽布线,主控模块置于低噪声区。系统还设置自动相位监测装置,通过对比实际输出与基准时钟的相位差,实现实时补偿。实验中,通过同步控制优化,脉冲对齐误差控制在100 ns以内,加速电场相位波动小于0.1°,显著提升了束流能量一致性与加速稳定性。
