[论文解读] Inductive-Adder Kicker Modulator for Darht-2

E.G. Cook, B.S. Lee+5 more|ArXiv.org|Aug 19, 2000

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 2被引用 9

一句话总结

本文针对DARHT-2设施提出了一种全固态感应加法器型快脉冲调制器，采用堆叠的MOSFET开关模块，实现高速、灵活的脉冲输出及高重复频率。其上升和下降时间均低于100 ns，可驱动50欧姆电缆至20 kV，支持正负极性输出，已在ETA II加速器和阻性负载上通过测试验证。

ABSTRACT

An all solid-state kicker modulator for the Dual-Axis Radiographic Hydrodynamic Test facility (DARHT-2) has been designed and tested. This kicker modulator uses multiple solid-state modules stacked in an inductive-adder configuration where the energy is switched into each section of the adder by a parallel array of MOSFETs. The modulator features very fast rise and fall times, pulse width agility and a high pulse-repetition rate in burst mode. The modulator can drive a 50* cable with voltages up to 20 kV and can be easily configured for either positive or negative polarity. The presentation will include test data collected from both the ETA II accelerator kicker and resistive dummy loads.

研究动机与目标

• 为DARHT-2辐射照相设施开发一种高重复频率、快速开关的快脉冲调制器。
• 通过固态开关实现精确、灵活的脉冲控制，用于流体动力学测试。
• 实现快速上升和下降时间，且抖动极小，以确保精确的束流偏转。
• 设计一种模块化、可扩展的系统，兼容50欧姆传输线及可变极性。
• 在真实加速器部件和阻性假负载上验证系统性能。

提出的方法

• 采用感应加法器拓扑结构，通过堆叠多个固态模块，将各段电压相加。
• 每个模块使用并联MOSFET阵列，将能量切换至其对应的电感段。
• 调制器采用脉冲成形网络（PFN）结构，以整形输出脉冲。
• 系统支持高脉冲重复频率的突发模式运行。
• 通过开关配置控制电压极性，实现正负输出。
• 在ETA II加速器快脉冲部件和阻性假负载上进行了测试验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 全固态感应加法器调制器能否实现亚100 ns的上升和下降时间，以满足高精度束流偏转需求？
• RQ2 该调制器在高重复频率突发模式运行下性能如何？
• RQ3 该系统能否在50欧姆传输线上稳定输出、可调节的脉冲，最高达20 kV？
• RQ4 在真实加速器部件与阻性负载上测试时，调制器的性能表现如何？
• RQ5 该调制器能否轻松配置为正极性或负极性运行？

主要发现

• 调制器实现了亚100 ns的上升和下降时间，证明了其高速开关能力。
• 成功展示了脉冲宽度可调性，实现了灵活的脉冲整形。
• 系统在突发模式下实现了高脉冲重复频率运行，适用于动态测试。
• 调制器在50欧姆电缆上稳定输出最高达20 kV。
• 通过测试确认了正负极性运行的可行性。
• 来自ETA II加速器快脉冲部件和阻性假负载的测试数据，验证了系统的性能与可靠性。