加速器電源的高壓脈沖同步控制研究

加速器系統(tǒng)需要多組高壓脈沖電源協(xié)同工作，以驅(qū)動(dòng)加速腔體、聚焦電極與偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。脈沖電源之間的同步精度直接影響束流相位穩(wěn)定與加速效率。高壓脈沖同步控制的研究目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)亞微秒級(jí)時(shí)間對(duì)齊與能量一致性。
同步控制系統(tǒng)由主時(shí)鐘模塊、分配網(wǎng)絡(luò)與局部控制器組成。主時(shí)鐘產(chǎn)生高精度觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)光纖分配至各高壓模塊。為消除分布延遲誤差，系統(tǒng)采用時(shí)序自校準(zhǔn)機(jī)制，在每次啟動(dòng)時(shí)通過反饋信號(hào)測(cè)量傳輸延時(shí)，并自動(dòng)調(diào)整觸發(fā)相位。
脈沖形成部分采用脈沖成形線（PFN）或固態(tài)脈沖調(diào)制器，通過儲(chǔ)能與放電過程生成高壓脈沖。控制器需確保各模塊輸出脈沖波形在幅值與寬度上嚴(yán)格一致。為此，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采樣輸出電壓，利用數(shù)字比較算法計(jì)算差異，并對(duì)驅(qū)動(dòng)占空比進(jìn)行微調(diào)。該閉環(huán)過程可在納秒級(jí)時(shí)間尺度內(nèi)完成。
電源同步不僅限于時(shí)序，還包括電壓波形一致性。通過在控制系統(tǒng)中引入多通道數(shù)字波形發(fā)生器，可對(duì)每個(gè)模塊的脈沖前沿、平頂與下降沿進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，確保束流加速電場(chǎng)在整個(gè)周期內(nèi)分布均勻。
電磁干擾會(huì)破壞同步精度，因此信號(hào)通道采用光纖隔離與屏蔽布線，主控模塊置于低噪聲區(qū)。系統(tǒng)還設(shè)置自動(dòng)相位監(jiān)測(cè)裝置，通過對(duì)比實(shí)際輸出與基準(zhǔn)時(shí)鐘的相位差，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)中，通過同步控制優(yōu)化，脈沖對(duì)齊誤差控制在100 ns以內(nèi)，加速電場(chǎng)相位波動(dòng)小于0.1°，顯著提升了束流能量一致性與加速穩(wěn)定性。