详细分析了中国散裂中子源(CSNS)直线加速器低能端预切束电源工作原理。切束束团上升沿和下降沿的快慢是衡量切束电源性能好坏的重要指标, 经过研究, 研制了一台脉冲幅值6 kV, 前后沿纳秒级的切束腔电源, 应用纯硬件电路代替软件的方法实现高频和低频定时信号的同步和与处理, 使该电源输出稳定可靠的高压脉冲。该电源基于直流高压加快速高压开关的设计方案来实现高压、高重复频率及纳秒级快沿的脉冲输出, 具有多脉冲和单脉冲两种工作模式, 满足了直线加速器单束团和多束团注入到快循环质子同步加速器(RCS)的要求。CSNS直线加速器切束实验的结果表明, 切束电源满足各项设计指标要求。

对脉冲电源系统72 h老练实验过程中高压电缆座打火并被击穿情况进行分析,建立高压电缆终端电场分布等效电路,推导出从电缆终端到金属屏蔽层的电势差公式,从理论上分析高压座被击穿的原因是电缆终端绝缘层未做倒角,空间电荷在此处集聚、温度升高导致的。通过定位被击穿高压座击穿孔的位置验证理论分析的正确性,最后提出高压电缆端部绝缘层处理方法,并做72 h老练实验验证了其正确性。

在中国散裂中子源大功率可编程脉冲电源设计中,主回路采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT) H桥串并联拓扑, 错相工作方式,利用IGBT功率放大的特性,实现了电源高功率(60 MW)、高频率(1.843 2 MHz)、高压(3319 kV) 和大电流(18 kA)的要求, 并通过电源反馈控制系统, 实现了电源的快速响应时间, 使电源跟踪精度达到1.5%, 满足指标要求。在电源研制中, 解决了IGBT高压、大电流的均压和均流问题; 由于IGBT工作在开关状态, 为了消除谐波, 利用多重化技术, 得到了光滑的输出脉冲电流曲线; 采用电流互感器的并联, 实现了输出大电流的检测; 电源的反馈控制策略采用比例和前馈运算, 实现了电源输出波形对给定波形的快速跟踪。