国家罡
摘 要：脉冲高压电源在电场杀菌、等离子发生器、激光技术等领域有着十分广泛的应用作用，特别是在应用到测井技术中还需要使用特定的脉冲和测量时序。基于这种要求，本文设计出一种中子管脉冲高压电源，即通过单向反激逆变电路、半臂逆对称倍压整流电路来增强电压的稳定性能，实现高压电源状态下的斩波功能，并通过实验验证中子管脉冲高压电源设计的可行性。
关键词：中子管 脉冲高压电源 中子测井
中图分类号：TN7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（c）-0075-02
离子源一般有两种模式，分别是直流工作方式和脉冲工作方式。其中，脉冲模式是中子管的一个重要应用。在使用中，要求离子源电压为1.5～2.5kV，同时，供电电压在规定的区间范围内可以被调节。中子管内部的气体在离子源高压下就会被电离，之后经过加速轰击靶核，释放出14.1MeV的中子，文章就中子管脉冲高压电源的设计进行探究。
1 中子管脉冲高压电源系统结构设计分析
脉冲高压是将直流高压通过斩波电路得到的，将得到的脉冲高压应用在中子管离子源中，从而满足不同的应用场合需求。
考虑到整个离子源供电需求，为了确保电压达到一定数值之后系统能够持续性运转，需要利用高频变压器替代低频变压器，即选择故障少、输出功率少的反激式变换器，同时采用脉冲频率调制方式（PFM）产生脉冲高压。其基本的操作特点是通过改变开关频率来调节占空比例，有效调节整个系统的输出电压，确保整个中子管脉冲高压电源系统的稳定运行。
在应用这个系统的时候为了获得理想状态的电压和电流，文章以MOSFET作为基本开关的器件来设计出一种可以被调节的高压脉冲电源，在整个中子管脉冲高压电源系统运行的时候首先设计了一个直流电压，之后通过控制系统的斩波来将高压直流电通过斩的形式输出，从而满足中子管的工作需求。
2 中子管脉冲高压电源系统高压直流电源设计
中子管脉冲高压电源系统的高压直流电源一般由逆变电路和倍压电路共同组成， 具体结构如图1所示。整个逆变电路采用的是TL494基本型号的给电路脉冲形式，在设计时候以MOS管和20N60S5作为主要开关零部件，在整个系统的协同下能够输出单向或者双向的方波脉冲信号。整个逆变电路采用的是简单高效的单端反激电路模式，TL494构成的脉冲振荡电路的触发性脉冲在运作的时候能够控制整个开关管的通路和运行，在处于高电平脉冲状态的时候，电流在经过变压器、开关管的时候会产生上正下负的电压，而如果处于低电平状态的时候，TL494构成的脉冲振荡电路的触发性脉冲会停止工作。
3 中子管脉冲高压电源斩波电路基本设计
3.1 触发电路的基本设计
为了能够得到良好的脉冲波形，触发电路的设计应用了SG3525脉冲频率调制控制器，SG3525脉冲频率调制控制器工作电压在8～35V之间，其中包含了5.1V的基准电源，振荡器的工作频率范围一般在100～400Hz之间，所有的频率都可以双路输出，是一种性能良好的脉冲频率控制器。SG3525脉冲频率调制控制器使用了推挽输出接通方法，13脚和15脚和VCC进行连接，完成持续性的供电，5脚和7脚共同通过控制6脚电位器RW1阻值和5脚电容C1来改变SG3525脉冲频率调制控制器两路的输出脉冲频率。
3.2 开关管的选择
开关管的质量决定脉冲电路的基本工作特性和高压脉冲电源输出性能，为此，需要操作人员尽可能的应用性能良好的全控制开关器件，借助其较强的抗干扰性能和导通率来实现对信号开断的控制。符合以上要求的开关管是耐压数值2000V以上的MOSFET，这个开关管会以串联的方式来满足系统的耐压需求。
3.3 过流保护
过流保护主要包含平均电流门限检测、逐周过流保护等多个方式，从实际操作上来看经常应用的方式是最大输出平均电流来进行门限的检测，从而将电流信号放大。在检测到输出电流趋近于之前设定数值的时候就会立即启动 设备限制电流。但是在出现短路的时候就无法保护功率开关，最终破坏功率开关管，因此以上方法不可取。
通过逐周过流保护方式能够确保功率开关工作被限定在安全电流的范围内，通过在功率开关管上串联一个电流检测设备来及时把控开关管的瞬时电流，在出现实时电流超过限定数值的时候 及时关闭整个功率开关管，实现对中子管脉冲高压电源过流的保护。
4 中子管脉冲高压电源设计结果分析
对所研制的中子管脉冲高压电源系统进行了负载测试，将斩波电路输出连接在高阻值的阻性负载上，整个负载支路的取样电阻满足最小脉宽和规定频率范围内的方波需要。根据不同测井方式所需要中子脉冲频率和 脉宽要求的不同，需要测试 多组典型的中子管脉冲高压电源脉宽、频率、输出波形，绘制出负载支路上的电阻波形图。根据实验测试分析发现，本文所研究的中子管脉冲高压电源带入中子管时能够为阳极离子源提供重复频率的脉冲高压供电，确保中子管按照所需要频率的脉冲形式来适当足够数量的中子。
5 结语
综上所述，伴随脉冲测井技术的深化发展，不管是在稳定性、安全性还是在设备的外观上都对中子发生器的使用提出了更高的要求，由此就要求提供电力支持的高压脉冲电源具备良好的性能。中子测井操作时会借助高压脉冲电源来为离子源阳极供电，通过供电来使中子管释放出中子，中子和地层元素相互作用最终达到测井的目的。文章设计出一种中子管脉冲高压电源，并就其设计结果展开实验分析，最终发现所研究的中子管脉冲高压电源带入中子管时能够为阳极离子源提供重复频率的脉冲高压供电，并确保中子管按照規定的要求来适当中子。
参考文献
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