中子發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生中子射線的儀器設(shè)備,由中子管、儲(chǔ)存器電源、離子源電源、加速級(jí)電源和控制系統(tǒng)組成,它具有輕便、可移動(dòng)、單色性好、無γ本底、使用安全、無輻射危害等諸多優(yōu)點(diǎn),其在物質(zhì)元素分析、石油測(cè)井等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)中子發(fā)生器只能工作于直流工作模式下,且其中的離子源電源為恒博高壓電源,該電源具有體積大、成本高、維修困難等缺點(diǎn)。隨著中子技術(shù)的不斷發(fā)展,脈沖中子的應(yīng)用需求越來越多,相對(duì)于直流中子,通過用脈沖中子對(duì)物質(zhì)照射可以獲得更多的中子核反應(yīng)信息,應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛。脈沖中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子與物質(zhì)可以進(jìn)行多種核反應(yīng),產(chǎn)生非彈、俘獲、緩發(fā)等特征伽馬射線。在脈沖中子應(yīng)用中,研究人員希望脈沖中子能夠快速產(chǎn)生和快速消失,從而使中子伽馬能譜進(jìn)行譜分離,獲得更多的中子核反應(yīng)信息進(jìn)行分析。針對(duì)這些問題,本文設(shè)計(jì)了新型脈沖中子發(fā)生器控制臺(tái)用離子源電源,可以工作在直流和脈沖兩種工作模式下,滿足使用者的需求。高壓直流離子源電源采用Buck與推挽級(jí)聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),利用高頻高壓變壓器與Cockroft-Walton倍壓整流電路的方式實(shí)現(xiàn)了0~3000V高壓直流輸出。Buck電路基于降壓穩(wěn)壓芯片TPS54360進(jìn)行設(shè)計(jì),針對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理,設(shè)計(jì)了電壓反饋網(wǎng)絡(luò),使該芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電源具備從零起調(diào)的功能。推挽電路利用SG3525產(chǎn)生互補(bǔ)的PWM信號(hào),經(jīng)IR4427增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力后,驅(qū)動(dòng)MOSFET。高頻高壓變壓器采用TDK公司生產(chǎn)的P22137310磁芯進(jìn)行繞制,其初級(jí)輸入電壓為0~48V,次級(jí)最高輸出電壓500V,工作頻率100kHz。Cockroft-Walton倍壓整流電路由高壓電容和快速恢復(fù)二極管構(gòu)成,文中采用三階六倍壓的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外,本文采用電阻分壓法和電阻采樣法設(shè)計(jì)電壓、電流采樣電路,經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,采樣電路可以精確的對(duì)輸出電壓、電流進(jìn)行采樣。本文設(shè)計(jì)了一款以2SD315A為驅(qū)動(dòng)模塊的小型小功率斬波電路。驅(qū)動(dòng)模塊2SD315A可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)上下橋臂的兩個(gè)開關(guān)管,在高壓直流狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)半橋斬波,得到高壓脈沖。該模塊具有豐富的外圍接口,可以很好地與控制芯片進(jìn)行信號(hào)傳輸,得到斬波電路的工作狀態(tài)和故障信息。斬波電路包括:輸入保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路、狀態(tài)指示電路和驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路等。本文研制的離子源電源測(cè)試結(jié)果如下:直流模式下,輸出電壓0~3000V連續(xù)可調(diào),最大輸出電流2mA,紋波系數(shù)為0.85%,效率最高可達(dá)89.20%,電壓調(diào)整精度為0.67%;脈沖模式下,輸出高壓脈沖頻率0~20kHz連續(xù)可調(diào),最小脈沖寬度為10μs,上升沿時(shí)間和下降沿時(shí)間都在2μs以內(nèi),滿足了脈沖中子進(jìn)行元素分析的需求,性能良好。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O571.5
【部分圖文】：

圖 2.2 寄生參數(shù)量GSQ ，指的是為了使 MOSFET 導(dǎo)通，柵源件下，越小的柵極電量，開關(guān)速度越快[27]。OSSC ，指 MOSFET 器件的漏源極電容DSC 與( JC)θ ，表示器件散熱能力，定義式為JRθ( 度，CT 為環(huán)境溫度，CP 為器件耗散功率。阻越小的器件[27]。作結(jié)溫JT ，過高的結(jié)溫將會(huì)導(dǎo)致 PN 結(jié)損壞件都有最高工作溫度的限制[27]。率CP ，器件在工作時(shí)，一定有功率損耗的

圖 2.3 MOSFET 的特性曲線（2）安全工作區(qū)，指正常工作下 MOSFET 器件所在的工作區(qū)域[28]。（3）最大輸出功率OMP ，MOSFET 器件最大輸出功率OMP 可根據(jù)如下公式-1)進(jìn)行計(jì)算[28]。()OMDMAXDMAXDMINP = I×V V(2-1)式中DMAXI ——漏極最大輸出電流；DMAXV ——最大電壓；DMINV ——飽和電壓。（4）開關(guān)特性，如圖 2.4 所示，MOSFET 管作為開關(guān)使用時(shí)，一般存在dt 、、st 、ft 四段延遲時(shí)間，這是由于柵極電容的充放電造成了這些延遲時(shí)間[29]。

圖 2.4 MOSFET 開關(guān)特性.4 功率 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)類型高壓脈沖離子源電源對(duì)輸出波形要求較高，需要較陡的上升沿和下降沿，在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng) MOSFET 管的斬波電路則是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)難點(diǎn)[37]。下面介紹了常見的驅(qū)動(dòng)方式：（1）直接驅(qū)動(dòng)如圖 2.5 所示，PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出信號(hào)功率比較大，需要的驅(qū)動(dòng)功率小以直接由控制電路產(chǎn)生 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2821692