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)動加速腔體、聚焦電極與偏轉(zhuǎn)磁場。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是實現(xiàn)亞微秒級時間對齊與能量一致性。
同步控制系統(tǒng)由主時鐘模塊、分配網(wǎng)絡(luò)與局部控制器組成。主時鐘產(chǎn)生高精度觸發(fā)信號，經(jīng)光纖分配至各高壓模塊。為消除分布延遲誤差，系統(tǒng)采用時序自校準機制，在每次啟動時通過反饋信號測量傳輸延時，并自動調(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格一致。為此，系統(tǒng)實時采樣輸出電壓，利用數(shù)字比較算法計算差異，并對驅(qū)動占空比進行微調(diào)。該閉環(huán)過程可在納秒級時間尺度內(nèi)完成。
電源同步不僅限于時序，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，可對每個模塊的脈沖前沿、平頂與下降沿進行獨立調(diào)節(jié)，確保束流加速電場在整個周期內(nèi)分布均勻。
電磁干擾會破壞同步精度，因此信號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)置自動相位監(jiān)測裝置，通過對比實際輸出與基準時鐘的相位差，實現(xiàn)實時補償。實驗中，通過同步控制優(yōu)化，脈沖對齊誤差控制在100 ns以內(nèi)，加速電場相位波動小于0.1°，顯著提升了束流能量一致性與加速穩(wěn)定性。