ДРАЙВЕР ЭЛЕКТРОННОЙ ПУШКИ Российский патент 2024 года по МПК H05H7/02 H05H9/04 H01J29/96 H02M1/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[000] Настоящее изобретение относится к драйверам электронной пушки, системе возбуждения сетки электронной пушки, способу управления драйвером электронной пушки и энергонезависимому машиночитаемому носителю данных, содержащему совокупность команд для выполнения указанного способа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[001] Если в настоящем документе не указано иное, подходы, описанные в этом разделе, не представляют собой известный уровень техники применительно к формуле изобретения в настоящем раскрытии и не считаются известным уровнем техники за счет включения в этот раздел.

[002] Линейные ускорители (т.е. линейные ускорители заряженных частиц) применяются в разнообразных системах, таких как высокотехнологичные медицинские системы, системы проверки безопасности, системы связи и радарные системы. Линейный ускоритель может применяться как часть системы, генерирующей рентгеновские лучи или усиливающей электромагнитный сигнал в радиочастотном (РЧ) или микроволновом диапазоне частот. Линейные ускорители генерируют импульсы в виде ускоренных частиц путем импульсной подачи питания на источник частиц (например, электронную пушку) и питания на источник РЧ-излучения (например, магнетрон). Некоторые линейные ускорители имеют фиксированные уровни напряжения и интервалы времени для питания, подаваемого на источник частиц и питания, подаваемого на источник РЧ-излучения, фиксируя величину энергии и дозы (например, интервалы времени и амплитуду) импульсов. Другие линейные ускорители могут переключаться между двумя или более фабрично заданными режимами, где каждый режим имеет сопутствующий уровень питания, подаваемого на источник частиц, и питания, подаваемого на источник РЧ-излучения. Интервалы времени подаваемого питания одинаковы для каждого режима. Кроме того, переключение режима происходит на основе заданного шаблона со сменяющими друг друга двумя режимами. Питание и импульсы, подаваемые на источник частиц, представляющих собой электроны, также называемый электронной пушкой (например диодной пушкой или триодной пушкой) обычно обеспечиваются драйвером электронной пушки, также называемым модулятором электронной пушки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[003] На фиг. 1 изображена принципиальная или функциональная схема драйвера триодной пушки согласно некоторым вариантам осуществления.

[004] На фиг. 2 изображена принципиальная или функциональная схема блоков питания стороны высокого напряжения согласно некоторым вариантам осуществления.

[005] На фиг. 3 изображена принципиальная или функциональная схема альтернативного модуля драйвера драйвера триодной пушки согласно некоторым вариантам осуществления.

[006] На фиг. 4 изображена принципиальная или функциональная схема альтернативного модуля драйвера драйвера триодной пушки согласно некоторым вариантам осуществления.

[007] На фиг. 5 представлена блок-схема, изображающая пример способа управления драйвером триодной пушки согласно некоторым вариантам осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[008] Прежде чем будут подробно описаны какие-либо варианты осуществления настоящего изобретения, следует понять, что настоящее изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и размещением компонентов, которые приведены в нижеследующем описании или показаны на нижеследующих графических материалах. Возможны другие варианты осуществления настоящего изобретения, и настоящее изобретение может быть осуществлено на практике или выполнено различными путями. Числовые позиции, предоставленные в блок-схемах и процессах, предоставлены для ясности во время иллюстрирования этапов и операций и не являются обязательно указывающими на конкретный порядок или последовательность. Если не определено иное, термин «или» может подразумевать выбор альтернатив (например, оператор дизъюнкции или исключающее «или») или комбинацию альтернатив (например, оператор конъюнкции, и/или, логическое «или», или булево выражение OR). DC обозначает постоянный ток, тогда как АС обозначает переменный ток.

[009] Настоящее изобретение относится к драйверам триодной электронной пушки, которые могут модулировать амплитуду, ширину и задержку импульсов для сетки электронной пушки от одного импульса к следующему импульсу с высокими скоростями переключения. Раскрытые варианты осуществления в целом относятся к механизмам, способам и системам возбуждения сетки триодной пушки с различными значениями амплитуды, ширины и задержки от одного импульса к следующему импульсу. Раскрытые варианты осуществления также в целом относятся к совокупности схем драйвера сетки для электронной пушки.

[010] В линейных ускорителях обычно применяется источник частиц, выполненный с возможностью генерирования пучка частиц, например источник электронов. Пучок частиц направляют через ускорительную структуру. Ускорительная структура представляет собой резонансную структуру, применяющую входной РЧ-сигнал для ускорения частиц в пучке частиц. Ускоренный пучок частиц генерируют путем подачи импульса на источник частиц для генерирования импульса в виде частиц, направленных на ускорительную структуру. Радиочастотный сигнал ускоряет частицы для генерирования ускоренного пучка частиц. Как будет более подробно описано ниже, источник частиц, представляющих собой электроны, может управляться драйвером пушки. Кроме того, драйвер пушки может быть выполнен с возможностью обеспечения импульсов с различными значениями амплитуды, ширины и задержки, как будет более подробно описано ниже.

[011] Традиционно в источнике частиц линейного ускорителя применяют термокатод или термоэмиссионный катод, который представляет собой катодный электрод с нагревательным элементом или нитью накаливания, нагреваемыми для испускания электронов путем термоэмиссии. Нагревательный элемент обычно представляет собой нить электрического накаливания, нагреваемую электрическим током, проходящим через нее. В вакуумных устройствах могут применяться два типа термокатодов: Катод прямого нагрева или катод косвенного нагрева. В катоде прямого нагрева нить накаливания представляет собой катод и испускает электроны непосредственно. В катоде косвенного нагрева нить накаливания не является катодом, а нагревает отдельный катод, например цилиндр из листового металла, окружающий нить накаливания, и при этом нить накаливания или цилиндр испускает электроны. Традиционно в линейных ускорителях применяются катоды косвенного нагрева.

[012] Чтобы линейный ускоритель был применим в приложениях с различением вещества, таких как просвечивание багажа, энергия импульса и доза на импульс рентгеновских лучей должны быть точно управляемыми от одного импульса к следующему импульсу. Для управления дозой и энергией на импульс в линейном ускорителе амплитуда, ширина и задержка импульсов, подаваемых на радиочастотный (РЧ) источник (например, магнетрон) и электронную пушку (например, диодную пушку или триодную пушку), должны модулироваться от импульса к импульсу.

[013] В линейных ускорителях могут применяться два класса электронных пушек: Диодная электронная пушка и триодная электронная пушка (или электронная пушка с сеткой). Диодная электронная пушка или диодная пушка имеет два различных электрических потенциала: потенциал катода и фокусирующего электрода, напряжение на которых задается равным некоторому отрицательному значению (обычно порядка десятков киловольт (кВ)), и потенциал анода, который равен или близок к потенциалу «земли». В некоторых вариантах осуществления вывод катода может иметь две клеммы: клемму катода и клемму нагревателя (или клемму нити накаливания). Иногда два различных электрических потенциала диодной пушки называют потенциалом катода и потенциалом нагревателя. В триодной электронной пушке или триодной пушке добавлена управляющая сетка (или сетка) прямо над поверхностью катода. Сетка имеет третий потенциал обычно в пределах 100 вольт (В) относительно потенциала катода. Хотя диодные электронные пушки могут быть пригодными для применения в простых низкоэнергетических линейных ускорителях и источниках рентгеновского излучения, в большинстве высокоэнергетических линейных ускорителей применяется триодная электронная пушка, поскольку триодная пушка обеспечивает лучшие управление и гибкость в отношении энергии и длительности импульса, по сравнению с диодной пушкой, благодаря применению сетки. Сетка представляет собой электрод между катодом и анодом в вакуумной оболочке, который функционирует как «затвор» для управления потоком электронов, достигающих анода. Более отрицательное напряжение на сетке будет отталкивать электроны обратно к катоду, так что анода достигнет меньшее их количество. Менее отрицательное, или положительное, напряжение на сетке обеспечит прохождение большего числа электронов, что тем самым увеличит анодный ток (также называемый током пучка).

[014] Как будет описано более подробно ниже, драйвер пушки может быть выполнен с возможностью управления катодом, нагревателем и сеткой. В контексте настоящего документа нагреватель может также называться нитью накаливания или катодной нитью накаливания, которая создает электронную эмиссию при накаливании или нагреве. Обычно драйвер пушки не управляет фокусирующим электродом, и управление фокусирующим электродом обеспечивается другими компонентами или блоками питания.

[015] Поскольку в триодной пушке применяются три потенциала напряжения (например, катода, нагревателя и сетки) относительно некоторого опорного уровня (например, анода), могут приниматься во внимание по меньшей мере четыре сигнала, подаваемые на вход, или органа управления при проектировании и эксплуатации триодной пушки. Во-первых, анод заземлен на «массу» или корпус ускорителя, на котором смонтирована пушка, который выполняет функцию вывода заземления. Во-вторых, катод должен иметь высокое отрицательное напряжение относительно анода. В одном примере максимальное катодное напряжение имеет значение от -12 кВ до -15 кВ. В другом примере катодное напряжение имеет значение от 0 В до -18 кВ. В одном примере под высоким напряжением может подразумеваться величина напряжения в диапазоне значений катодного напряжения относительно анода. Например, под высоким напряжением может подразумеваться величина напряжения (либо положительного, либо отрицательного) больше 1 кВ. В-третьих, работа нагревателя обеспечивается меньшей амплитудой напряжения относительно катода, которое может быть положительным или отрицательным. В одном примере нагреватель имеет амплитуду напряжения от 2 В до 10 В относительно катода или амплитуду напряжения от 4 В до 7 В относительно катода. В-четвертых, сетка имеет напряжение от -200 В до 200 В относительно катода. Например, в некоторых конструкциях сетка обычно может препятствовать протеканию тока пучка при работе с напряжением на сетке от -50 В до -70 В (также называемым напряжением отсечки) относительно катода, когда катод находится под высоким напряжением, и сетка может обычно обеспечивать протекание тока пучка при работе с напряжением на сетке от 50 В до 100 В (также называемым напряжением возбуждения) относительно катода, когда катод находится под высоким напряжением. В других примерах напряжение отсечки может отсекать ток пучка при напряжении, превышающем -50 В (или амплитуде напряжения меньше -50 В) или меньше -70 В (или амплитуде напряжения меньше -70 В), и сетка может обеспечивать прохождение тока пучка целиком при напряжении меньше 50 В или больше 100 В. В одном примере высокое напряжение применительно к значениям напряжения на сетке может иметь величину, превышающую 50 В.

[016] Для некоторых приложений сетка должна генерировать импульсы с запрограммированной амплитудой на высокой скорости путем переключения с напряжения отсечки на напряжение возбуждения и обратно на напряжение отсечки с конкретной шириной импульса с малым временем нарастания и спадания во избежание искажения импульса, что может снижать эффективность системы. В одном примере может требоваться, чтобы значения ширины импульса находились в диапазоне от 0,5 микросекунды (мкс) до 5 мкс на скорости вплоть до 500 импульсов в секунду (имп/с) или предпочтительно вплоть до 2000 импульсов в секунду. В других примерах значения ширины импульса и/или скорости импульсов на сетке могут быть иными. Кроме того, возможность регулировки и программирования катодного напряжения, напряжения нагревателя, напряжения возбуждения на сетке, напряжения отсечки на сетке, задержки импульса на сетке и ширины импульса на сетке драйвером пушки может дать пользователю лучшую управляемость энергией и дозой импульса, что может обеспечивать более широкую функциональность и применимость электронной пушки или системы (например, линейного ускорителя).

[017] Традиционные драйверы пушки предлагают некоторые возможности регулировки параметров амплитуды, ширины и задержки, но обычно на очень большом отрезке времени (порядка секунд (с)), что делает их применение непрактичным в системе формирования рентгеновских изображений для различения вещества, где регулировки в отношении сетки должны происходить на миллисекундном (мс) или субмиллисекундном (мкс) уровне, предпочтительно с поимпульсными модулированием или регулировкой. Например, традиционные драйверы пушки могут иметь напряжение возбуждения на сетке, которое возможно модулировать от импульса к импульсу, но при этом способны лишь переключаться между двумя различными напряжениями или режимами, также называемыми чередующимися режимами, как описано в патенте США №9661734 (называемом в настоящем документе «патентом Nighan»), озаглавленном Linear Accelerator System with Stable Interleaved and Intermittent Pulsing, выданном 23 мая 2017 г., включенного в настоящее описание целиком посредством ссылки. Как раскрыто в патенте Nighan, драйвер для сетки применяет напряжения, генерируемые блоками питания, непосредственно, и поимпульсно переключается между этими двумя фиксированными напряжениями, называемыми режимами. Блоки питания обычно способны обеспечивать переключение данных амплитуд напряжения в лучшем случае лишь в пределах по меньшей мере десятков (x10) или сотен (x100) миллисекунд (мс), чего недостаточно для переключения между более чем двумя амплитудами напряжения на скорости по меньшей мере 500 импульсов в секунду. Ограничение в виде двух амплитуд напряжения в драйвере пушки с двойным режимом на высоких скоростях переключения (в пределах миллисекундного и субмиллисекундного уровней) может быть преодолено посредством добавления блоков питания для каждого дополнительного режима и переключения между фиксированными напряжениями этих блоков питания. Но такой подход может увеличивать проектные сложности и затраты, особенно по мере роста количества различных режимов. Кроме того, количество различных режимов, которые применяться, все еще ограничено количеством применяемых блоков питания.

[018] В других примерах традиционных драйверов пушки (не показанных или упомянутых) драйвер пушки может применять один блок питания, осуществляющий переключение между батареями высоковольтных конденсаторов с применением сравнительно дорогого твердотельного переключателя для возбуждения сетки, причем каждая батарея конденсаторов выполнена с возможностью генерирования конкретной амплитуды напряжения или режима. Подобным образом, драйвер пушки, применяющий несколько батарей высоковольтных конденсаторов для возбуждения сетки, имеет то ограничение, что количество режимов ограничено количеством применяемых батарей высоковольтных конденсаторов, а также связанными проектными сложностями и затратами.

[019] В противовес этому, раскрытая конструкция обеспечивает возможность регулировки как напряжения возбуждения на сетке, так и напряжения отсечки на сетке на субмиллисекунд ном уровне, делая эти два параметра (например, напряжение возбуждения на сетке и напряжение отсечки на сетке с некоторым конечным разрешением в пределах доступного динамического диапазона драйвера пушки) поимпульсно доступными пользователю.

[020] Традиционно, система (например, линейный ускоритель), способный переключаться между двумя режимами поимпульсно, называется системой с чередованием или системой с перемещением, при этом каждый режим для рентгеновского излучения имеет конкретно указанные или заданные значения дозы и энергии пучка рентгеновского излучения. Обычно доза определяется амплитудой и шириной импульсов РЧ-источника в сочетании с амплитудой, шириной и задержкой импульсов электронной пушки. Энергия в основном определяется амплитудой импульсов РЧ-источника, причем амплитуда, ширина и задержка импульсов электронной пушки также могут оказывать некоторое влияние. Например, линейный ускоритель с чередованием может быть выполнен с возможностью переключения от импульса к импульсу с пучка рентгеновских лучей с дозой А и энергией А на другой пучок рентгеновских лучей с дозой В и энергией В. Драйвер пушки с возможностью чередования позволяет линейному ускорителю осуществлять поимпульсный выбор между двумя импульсными режимами Таким образом, первый импульсный режим представляет собой импульс с амплитудой А, шириной А и задержкой А, тогда как второй импульсный режим может иметь амплитуду В, ширину В и задержку В.

[021] Наоборот, система (например, линейный ускоритель) с возможностью совместной регулировки может осуществлять выбор между более чем двумя режимами (т.е. n режимами, где n - положительное целое число) поимпульсно. Драйвер пушки с возможностью совместной регулировки может генерировать импульс с любой амплитудой, шириной и задержкой поимпульсно в пределах своего динамического диапазона (с некоторым конечным разрешением). Драйвер пушки (вместе с магнетронным модулятором или РЧ-модулятором) с возможностью совместной регулировки позволяет системе работать как системе с совместной регулировкой, что обеспечивает большую универсальность и функциональность при формировании рентгеновских изображений, например, при различении вещества, сравнительно с системой с чередованием или системой с перемещением.

[022] В одном варианте осуществления, как изображено на фиг. 1, драйвер 100 триодной пушки разделен на по меньшей мере две основные секции: (1) сторону управления или сторону 102 низкого напряжения, которая может содержать плату управления, схему управления или модуль 110 управления (или плату 110 управления при исполнении в виде одной печатной платы) и (2) сторону 140 высокого напряжения, иногда называемую «горячей стороной» (в качестве другого названия высокого напряжения). «Сторона 102 низкого напряжения» и «сторона 160 высокого напряжения» обозначают величину своего напряжения относительно «земли» системы (например, «земли» системы линейного ускорителя). Сторона 102 низкого напряжения относится к той же «массе» (или «земле» системы линейного ускорителя) 116 и сигнальным «землям» 108, применяемым в остальной части системы, тогда как сторона 140 высокого напряжения относится к высоковольтному выходу 146 (т.е. отрицательному напряжению) блока питания, заряжающего высоковольтный конденсатор, модуля зарядки высоковольтного конденсатора или блока (CCPS - англ.: capacitor charging power supply) 144 питания, заряжающего конденсатор.

[023] CCPS заряжает высоковольтный конденсатор 106. Высоковольтный конденсатор 106 представляет собой накопительный конденсатор, аккумулирующий заряд, применяемый для обеспечения мгновенного тока во время импульса, который течет в основном от катода к аноду пушки и частично от сетки к аноду, когда сетка включена. Поскольку ширина импульса обычно значительно меньше времени между импульсами (например, скважность импульсов или отношение «включен/выключен» для импульса может находиться в диапазоне от 0,0001 до 0,05), высоковольтный конденсатор 106 может медленно заряжаться между импульсами (относительно ширины импульса), а затем быстро разряжаться или частично разряжаться во время импульса. Высоковольтный конденсатор 106 позволяет системе применять значительно меньший блок питания высокого напряжения по сравнению с тем, который понадобился бы, если бы блок питания высокого напряжения самого катода должен был обеспечивать пиковый ток, требуемый во время импульса, взамен непрерывной подзарядки малым током высоковольтного конденсатора 106.

[024] Как сторона 102 низкого напряжения, так и сторона 140 высокого напряжения могут применять совокупность низковольтных схем управления, например микроконтроллеры или программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA - англ.: field-programmable gate array) 120, 160, и низковольтные блоки 104, 148, 147 питания. Хотя для примера низковольтный контроллер 120 может называться FPGA 120. Подобным образом, высоковольтный контроллер 160 может называться FPGA 160 на стороне 140 высокого напряжения, «земля» или «масса» для схем управления низкого напряжения является выходом CCPS 144 (или катодным напряжением), поскольку такая совокупность схем управления выполнена с возможностью возбуждения нагревателя 194 и сетки 192, напряжения которых указаны относительно катода 196. Как результат, сторона 102 низкого напряжения изолирована от стороны 140 высокого напряжения, и они именуются двумя раздельными секциями или сторонами. В некоторых примерах применяется оболочка для высокого напряжения для изолирования компонентов стороны 140 высокого напряжения от компонентов стороны 102 низкого напряжения. В другом примере компоненты стороны 140 высокого напряжения и компоненты стороны 102 низкого напряжения могут находиться в одной оболочке или корпусе, где по меньшей мере некоторые из компонентов стороны 140 высокого напряжения применяют высоковольтные опорные изоляторы для отделения и изолирования от компонентов стороны 102 низкого напряжения. Изолирующий блок 130 питания обеспечивает питание стороне 140 высокого напряжения и обеспечивает изоляцию по напряжению между стороной 102 низкого напряжения и стороной 140 высокого напряжения. В одном примере изолирующий блок 130 питания может представлять собой преобразователь постоянного тока в постоянный ток. Максимально допустимое напряжение изоляции блока 130 питания должно превышать напряжение на выходе CCPS 144 (обычно на некоторый коэффициент). Например, для CCPS 144, выполненного с возможностью генерирования катодного напряжения вплоть до -18 кВ, максимально допустимое напряжение изолирующего блока питания может составлять 30 кВ постоянного тока.

[025] Сторона 140 высокого напряжения может содержать модуль 150 драйвера, который содержит модуль 161 драйвера сетки и драйвер 176 нагревателя вместе с совокупностью схем 152, 154, 156 связи и совокупностью схем преобразования (например, аналогово-цифровыми преобразователями (АЦП) и цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП)) 158, 166. Модуль 161 драйвера сетки может содержать схемы, обеспечивающие возможность совместной регулировки, которые могут быть выполнены с возможностью генерирования импульса с любой амплитудой, шириной и задержкой в пределах его динамического диапазона. Например, модуль 161 драйвера сетки может содержать контроллер 160 возбуждения, усилитель 172 напряжения возбуждения, и усилитель 174 напряжения отсечки, драйвер 180 затвора и переключатели 182, 184. Модуль 161 драйвера сетки может быть выполнен в виде полумостовой схемы, где драйвер 180 затвора управляет переключателями 182, 184 с высокой скоростью для подачи напряжения 168 усилителя 172 напряжения возбуждения или напряжения 170 усилителя 174 напряжения отсечки для генерирования импульса на выводе 186 сетки 192. Усилитель 172 напряжения возбуждения может получать питание от блока 143 питания усилителя напряжения возбуждения, и усилитель 174 напряжения отсечки может получать питание от блока 145 питания усилителя напряжения отсечки. Входной сигнал для усилителя 172 напряжения возбуждения может быть сконфигурирован посредством ЦАП 162 возбуждения, а входной сигнал для усилителя 174 напряжения отсечки может быть сконфигурирован посредством ЦАП 164 отсечки. Контроллер 160 возбуждения может применять параметры, получаемые от пользовательского интерфейса 114, для поимпульсной регулировки амплитуды посредством сигналов, подаваемых на вход ЦАП 162 возбуждения и ЦАП 164 отсечки, и регулировать ширину и задержку импульсов посредством драйверов 180 затворов и переключателей 182, 184.

[026] Одним преимуществом применения высоковольтных усилителей 172 и 174 мощности, особенно для непосредственного соединения (посредством переключателей) выходов высоковольтных блоков питания с сеткой является то, что выходной сигнал усилителя может быть быстро изменен или переконфигурирован поимпульсно на скорости вплоть до 500 импульсов в секунду. В качестве нескольких примеров выходной сигнал высоковольтных усилителей 172 и 174 мощности может изменяться или менять конфигурацию поимпульсно на скорости вплоть до 1000 импульсов, 2000 импульсов, 4000 импульсов или 8000 импульсов в секунду. Некоторые высоковольтные усилители 172 и 174 мощности могут иметь крутизну сигнала более 25 В/мкс, обеспечивая малое время нарастания и спадания сигнала на выходе усилителя. Как результат, амплитуда импульса может варьировать поимпульсно, обеспечивая возможность конфигурирования режимов на скорости вплоть до 500 импульсов в секунду.

[027] Низкие скорости переключения (напряжений) компонентов традиционных драйверов пушки являются ограничениями при выполнении набора функций по переключению сетки (аналогичных функциям модуля 161 драйвера сетки) с возможностью совместной регулировки в системах с приемлемыми скоростями следования импульсов (например, больше 500 имп/с). Применение высоковольтных усилителей 172 и 174 мощности может сместить ограничение на скорость следования импульсов драйвера пушки с модуля 161 драйвера сетки на скорость перезарядки высоковольтного конденсатора 106. В некоторых примерах скорость перезарядки высоковольтного конденсатора 106 после разряда во время импульса составляет примерно 8000 имп/с. Как следствие, выходной сигнал высоковольтных усилителей 172, 174 мощности может изменяться или менять конфигурацию поимпульсно на скорости вплоть до 8000 импульсов в секунду.

[028] Контроллер 160 возбуждения может также обеспечивать применение параметров для изменения сигналов, подаваемых на вход ЦАП 166 нагревателя, который может генерировать сигналы, подаваемые на вход усилителя 176 нагревателя, преобразуемые в напряжение 178 нагревателя. Усилитель 176 нагревателя может получать питание от блока 147 питания усилителя нагревателя.

[029] Как было упомянуто выше, сторона 140 высокого напряжения может содержать один или более блоков 142 питания стороны высокого напряжения. На фиг. 2 изображены некоторые из блоков питания, которые могут быть включены в один или более блоков 142 питания стороны высокого напряжения, например один или более низковольтных блоков 148 питания блок 143 питания усилителя возбуждения, блок 145 питания усилителя отсечки и блок 147 питания усилителя нагревателя; однако в других вариантах осуществления количество и тип блоков питания могут быть иными. В одном примере блоки 142 питания стороны высокого напряжения могут генерировать напряжения 3,3 В, +/-15 В, -10 В (например, блок 147 питания усилителя нагревателя), 24 В и +/-200 В (например, блок 143 питания усилителя возбуждения и блок 145 питания усилителя отсечки).

[030] Ниже описаны дополнительные подробности относительно функции, выводов и интерфейсов драйвера 100 триодной пушки. Рассмотрим вновь фиг. 1, где функции и совокупность схем управления могут быть разделены между стороной 102 низкого напряжения и стороной 140 высокого напряжения. Например, функции и совокупность схем управления могут быть разделены между модулем 100 управления и модулем 150 драйвера. В одном примере контроллер 120 стороны низкого напряжения может быть выполнен с возможностью: пуска определяющих ширину и скорость импульсов (в режиме с внешним пуском); пуска генератора (в режиме с внутренним пуском); контроля сигналов блокировки для разрешения или блокирования определенных функций драйвера пушки, взаимодействия с пользовательским интерфейсом 114 для обработки пользовательских данных наблюдения; взаимодействия с пользовательскими интерфейсами «человек-машина» (HMI - англ.: human-machine interface), применяемыми для обслуживания; взаимодействия с другими пользовательскими дискретными сигналами; управления CCPS; взаимодействия с контроллером 160 стороны высокого напряжения посредством оптоволоконного канала 122 связи; взаимодействия с аналогово-цифровыми преобразователями (АЦП) 128; и взаимодействия с цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). Контроллер 160 стороны высокого напряжения может быть выполнен с возможностью: приема пусковых сигналов от контроллера 120 и применения пусковых сигналов для генерирования сигналов возбуждения затвора для переключателей 182, 184, соединенных полумостом; взаимодействия с пользовательским интерфейсом, в котором содержатся параметры амплитуды, ширины и задержки, предоставленные пользователем, которые должны быть применены к следующему импульсу; взаимодействия с АЦП 158, которые обеспечивают считывание показаний датчиков или электрических показаний или измерений различных компонентов, таких как напряжение и ток нагревателя, напряжение возбуждения на сетке и напряжения отсечки усилителя, ток электронной пушки и напряжение возбуждения и напряжение отсечки блоков питания; взаимодействия с ЦАП, который программирует усилители напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки и блоком питания нагревателя; и включения и выключения нагревателя.

[031] Драйвер 100 пушки может включать в себя функционал, применяемый в традиционных драйверах пушки для обратной совместимости с традиционными драйверами пушки, так что раскрытый драйвер пушки может также быть применено для замены традиционного драйвера пушки, а также обеспечивать дополнительную режимную функциональность. Например, аналоговые сигналы какого-либо рода могут генерироваться посредством CCPS 144 (например, сигналы контроля напряжения и тока) или пользовательского интерфейса 114 (например, настроечный параметр нагревателя, настроечный параметр катодного напряжения, настроечный параметр напряжения возбуждения на сетке и настроечный параметр напряжения отсечки на сетке). АЦП 128 могут преобразовывать эти аналоговые сигналы в цифровой формат для обработки посредством процессора 120. Аналоговые пользовательские сигналы могут применяться в тех вариантах, где не применяется поимпульсное совместное управление. Процессор 120 может посредством ЦАП (не показан) преобразовывать цифровые сигналы, которые могут быть переданы в CCPS 144 или пользовательский интерфейс 114.

[032] Сторона 102 низкого напряжения применяет вход 112 питания и взаимодействует с пользователем (например, системой управления линейного ускорителя) с применением пользовательского интерфейса 114, управляет CCPS посредством органа 118 управления CCPS и обеспечивает связь 122, пуск 124, и, возможно, дополнительные сигналы для стороны 140 высокого напряжения. В одном примере вход 112 питания может быть выполнен с возможностью генерирования 15 В или 24 В постоянного тока. Сторона 102 низкого напряжения содержит контроллер или процессор, например микропроцессор или FPGA 120 и АЦП 128. Пользовательский интерфейс 114 соединен с низковольтным контроллером 120 и осуществляет обмен различными сигналами связи, такими как пусковые сигналы, сигналы блокировки, дискретные сигналы ввода/вывода (I/O) и сигналы безопасности, и может применять различные протоколы связи, например Ethernet. Ethernet представляет собой семейство компьютерных сетевых протоколов, обычно применяемых в локальных вычислительных сетях (LAN), общегородских вычислительных сетях (MAN) и глобальных вычислительных сетях (WAN). Протокол Internet (IP) обычно охватывает Ethernet и поэтому считается одной из ключевых технологий, составляющих сеть Интернет Пуск представляет собой пользовательский пусковой сигнал, применяемый для подачи импульсов на сетку в режиме с внешним пуском. Для включения нагревателя должны быть удовлетворены условия в отношении сигналов блокировки режима ожидания. Для пуска сетки должны быть удовлетворены условия в отношении сигналов блокировки пуска. Для включения высокого напряжения катода должны быть удовлетворены условия в отношении сигналов блокировки высокого напряжения. Дискретные сигналы ввода/вывода позволяют пользователю управлять определенными функциями драйвера пушки, которые иначе контролировались бы контроллером 120 стороны низкого напряжения (например, включение высокого напряжения, включение нагревателя, старт/останов пуска, и сброс при неисправности). Сигналы безопасности могут позволять пользователю контролировать определенные состояния, которые иначе контролировались бы контроллером 120 стороны низкого напряжения (например, состояние блокировки, состояние неисправности, состояние включения высокого напряжения, состояние пуска, состояние прогрева и состояние нагревателя). Кроме того, могут применяться дополнительные пользовательские аналоговые выходные сигналы, чтобы пользователь мог необязательно контролировать напряжение нагревателя, ток нагревателя, катодное напряжение и напряжение возбуждения на сетке. Хотя в качестве примера применяли протокол Ethernet, могут применяться другие протоколы связи.

[033] Некоторые оптоволоконные каналы между стороной 102 низкого напряжения и стороной 140 высокого напряжения обеспечивают средства связи (например, оптоволоконный канал 132 связи, оптоволоконный канал (соединитель или интерфейс) 122 связи управления или стороны низкого напряжения и оптоволоконный канал (соединитель или интерфейс) 152 связи стороны высокого напряжения) между двумя сторонами (например, стороной 102 низкого напряжения и стороной 140 высокого напряжения), а также подачи пускового сигнала (например, оптоволоконный канал 134 пуска, оптоволоконный канал (соединитель или интерфейс) 124 пуска управления или стороны низкого напряжения и оптоволоконный канал (соединитель или интерфейс) 154 пуска стороны 140 высокого напряжения), а также необязательно некоторые дополнительные сигналы посредством связанных с ними каналов (соединителей или интерфейсов). Оптоволоконный канал 132 связи и оптоволоконный канал 134 пуска показаны между контроллером 120 стороны низкого напряжения и контроллером 160 стороны высокого напряжения. В одном примере оптоволоконный канал 136 связи (включающий в себя оптоволоконный канал (соединитель или интерфейс) 126 связи стороны низкого напряжения или управления и оптоволоконный канал (соединитель или интерфейс) 156 связи стороны низкого напряжения) может соединять пользовательский интерфейс 114 с высоковольтным контроллером 160. В одном примере оптоволоконный канал 132 связи между контроллерами 120 и 160 может осуществлять передачу по сравнительно «медленной» шине, применяемой для передачи данных с меньшей скоростью от пользователя (например, настроечный параметр нагревателя, состояние системы и настроечный параметр катодного напряжения), которые не нужно регулировать на скорости импульсов. Канал 136 связи между пользовательским интерфейсом 114 и контроллером 160 может применять «быструю» шину, приспособленную для задания параметров, которые могут регулироваться поимпульсно (например, амплитуды, ширины и задержки импульса на сетке). Протокол шины может функционировать таким образом, чтобы новое сообщение от пользователя по каналу 136 связи могло быть принято и/или обработано посредством контроллера 160 перед каждым импульсом. В одном примере каналы 132 и 136 связи и канал 134 пуска могут применять синхронный или асинхронный протокол связи. Например, канал 132 связи может применять универсальный асинхронный приемопередатчик (UART), а канал 136 может применять гибкую шину связи, такую как шину локальной сети контроллеров (CAN), шину протокола управления передачей/протокола Интернет (TCP/IP), интегрированную внутреннюю шину (I2C), шину последовательного периферийного интерфейса (SPI) или любую другую шину связи. Шина CAN является надежным стандартом шин, изначально разработанным для транспортных средств для обеспечения микроконтроллерам и устройствам возможности взаимной связи в приложениях без главного компьютера. Шина CAN может обеспечивать надежную связь в зашумленных линиях связи (например, физического слоя), причем такая зашумленная связь может иметь место в системах создания изображений, таких как линейные ускорители. Передача сигналов по шине CAN может также происходить между пользовательским интерфейсом 114 и низковольтным контроллером 120. Хотя в качестве примеров применяли оптоволоконный канал связи, соединители и интерфейсы, могут применяться другие типы изолирующих каналов связи, как оптических, так и неоптических.

[034] Сторона 140 высокого напряжения содержит один или более блоков 142 питания стороны высокого напряжения и другие компоненты стороны высокого напряжения, такие как высоковольтный контроллер 160, высокоскоростные цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 162, 164 и 166, усилители 172, 174 и 176, драйверы 180 затворов и переключатели 182 и 184, а также аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) 158.

[035] Компоненты стороны 140 высокого напряжения могут быть размещены отдельно, например содержаться на по меньшей мере двух печатных платах (РСВ). Одна печатная плата может содержать плату блока питания с одним или более блоками 142 питания стороны высокого напряжения, которые могут применять выход низкого напряжения (например, 24 В) от изолирующего блока 130 питания для генерирования некоторых напряжений, применяемых на второй плате, плате стороны высокого напряжения, плате драйвера или модуле 150 драйвера. Более конкретно, один или более блоков 142 питания стороны высокого напряжения на плате блока питания принимает выходные сигналы низкого напряжения от изолирующего блока 130 питания в качестве входных сигналов и генерирует напряжение цепи питания для усилителя 172 напряжения возбуждения (например, ~ +200 В и ~ -15 В), усилителя 174 напряжения отсечки (например, ~ +24 В и ~ -200 В) и драйвера 176 нагревателя. Напряжение цепи блока питания или напряжение цепи питания относится к одному напряжению, обеспечиваемому блоком питания. В другом примере напряжение возбуждения имеет диапазон от 0 до 120 В, а напряжение отсечки имеет диапазон от 0 до -120 В. В одном примере один или более блоков 142 питания стороны высокого напряжения выполнены заодно с модулем 150 драйвера на одной печатной плате, называемой платой 150 драйвера. Одна из функций платы драйвера заключается в генерировании напряжения нити накаливания для нагревателя 194,а также напряжения отсечки на сетке и напряжения возбуждения на сетке для сетки 192. В некоторых вариантах осуществления эти функции могут быть некоторыми из основных функций платы 150 драйвера. Плата 150 драйвера принимает сигнал с выхода CCPS 146 (например, от -12 кВ до -15 кВ) и применяет это напряжение как напряжение «земли» или опорное напряжение, также при этом пропуская это опорное напряжение к катоду 196 электронной пушки 190. Как было упомянуто выше, анод 198 заземлен на «массу» или корпус линейного ускорителя, на котором смонтирована пушка, который выполняет функцию вывода заземления. Способ, посредством которого генерируют напряжение возбуждения 168 на сетке и напряжение 170 отсечки на сетке, заключается в применении двух высоковольтных усилителей мощности (один усилитель 172 для напряжения возбуждения (или усилитель напряжения возбуждения) и один усилитель 174 для напряжения отсечки (или усилитель отсечки)) для генерирования высшего и низшего напряжений цепи питания для полумостовой схемы драйвера. Эти усилители 172 и 174 выполнены с возможностью генерирования прямоугольных колебаний с частотой по меньшей мере 1 кГц и могут изменять их на желаемой частоте следования импульсов драйвера пушки. В одном примере высоковольтные усилители могут обеспечивать ограничения в отношении скорости и динамического диапазона по напряжению драйверов пушки, которые могут иметь диапазон напряжений питания вплоть до 400 В (напряжения цепи питания +/-200 В) с крутизной сигнала 50 В/микросекунду (мкс) при коэффициенте усиления, равном 100. Между импульсами пользователь может отправлять сообщение (например, серийное сообщение) на драйвер пушки, делая запрос на требуемые амплитуду, ширину и задержку следующего импульса, а также изменения напряжения отсечки на скорости вплоть до требуемой скорости импульсов. Плата 110 управления затем передает требуемую информацию на плату 150 драйвера. FPGA 160 на плате 150 драйвера может затем задавать сигнал на выходе высокоскоростного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 162 и 164, который возбуждает полумостовые усилители во время подготовки к следующему импульсу. Когда передний фронт пускового сигнала принимается от пользователя, применяется соответствующая задержка (предварительно запрошенная пользователем), и происходит подача соответствующих сигналов драйверами 180 затворов на затворы переключателей (например, переключателя 182 возбуждения и переключателя 184 отсечки) в полумосте для генерирования импульса, ширина которого была предварительно запрошена пользователем. Драйвер пушки может также иметь сквозной режим, в котором выходной импульс будет просто следовать фронтам нарастания и спадания входного пускового сигнала 134. Переключатель 182 возбуждения и переключатель 184 отсечки могут содержать высоковольтный n-канальный обогащенный полевой транзистор (FET - англ.: field-effect transistor) или FET со структурой «металл-оксид-полупроводник» (MOSFET - англ.: metal-oxide-semiconductor FET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT - англ.: insulated-gate bipolar transistor) или подобный транзистор большой мощности. Усилитель 176 нагревателя может быть подобен усилителю 172 возбуждения или усилителю 174 отсечки или может иметь большее время отклика. Например, работа усилителя нагревателя может обеспечиваться постоянным током, подаваемым на вход. ЦАП 166 нагревателя может быть подобен ЦАП 162 возбуждения или ЦАП 164 отсечки или может иметь большее время отклика, меньший динамический диапазон и/или меньшее разрешение. Напряжение 178 нити накаливания и катодное напряжение 146 также будут программируемыми пользователем, хотя эти значения напряжения могут не быть способными изменяться так же быстро, как значения напряжения на сетке.

[036] На фиг. 3 изображена принципиальная или функциональная схема альтернативного модуля 250 драйвера драйвера электронной пушки, подобного драйверу 110 электронной пушки, показанному на фиг. 1, где модуль 161 драйвера сетки заменен модулем 261 драйвера сетки. Модуль 261 драйвера сетки может содержать контроллер 160 возбуждения, ЦАП 262 сетки и усилитель 272 напряжения на сетке, который может быть соединен с выводом 186 сетки 192. Усилитель 272 напряжения на сетке может получать питание как от блока 143 питания усилителя возбуждения, так и блока 145 питания усилителя отсечки (или блока питания, обеспечивающего как отрицательное, так и положительное высокие напряжения для усилителя 272 напряжения на сетке). Конфигурация сигнала, подаваемого на вход усилителя 272 напряжения на сетке, может быть задана ЦАП 262 сетки. Контроллер 160 возбуждения может применять параметры, получаемые от пользовательского интерфейса 114, для поимпульсной регулировки амплитуды импульсов посредством сигналов, подаваемых на вход ЦАП 262 сетки, и регулировки ширины и задержки импульсов посредством времени отклика усилителя 272 напряжения на сетке. Динамический диапазон усилителя 272 напряжения на сетке может ограничивать амплитуды импульсов или значения ширины импульса, достигаемые усилителем 272 напряжения на сетке, поскольку усилитель 272 напряжения на сетке должен обеспечивать размах от значительного отрицательного напряжения отсечки (например, <-50 В) до значительного положительного напряжения возбуждения (например, >50 В). Что касается модуля 161 драйвера сетки с полумостовой конфигурацией, показанного на фиг. 1, размах выходного напряжения усилителя 272 напряжения на сетке может быть примерно вдвое большим размаха напряжения либо от усилителя 172 возбуждения, либо усилителя 174 отсечки, что может приводить к большим значениям ширины импульса (например, больше 0,5 мкс), большим значениям времени нарастания и спадания фронта импульса (например, больше 100 не), большим искажениям формы импульса (например, потеря импульсом прямоугольной формы), или уменьшению скорости импульсов драйвера пушки (например, меньше 500 имп/с).

[037] На фиг. 4 изображена принципиальная или функциональная схема альтернативного модуля 252 драйвера драйвера электронной пушки, подобного драйверу 110 электронной пушки, показанному на фиг. 1, где модуль 161 драйвера сетки заменен модулем 263 драйвера сетки. Модуль 262 драйвера сетки может содержать контроллер 160 возбуждения, ЦАП 264 сетки, аналоговый переключатель 280 и усилитель 274 напряжения на сетке, который может быть соединен с выводом 186 сетки 192. Усилитель 274 напряжения на сетке может получать питание как от блока 143 питания усилителя возбуждения, так и блока 145 питания усилителя отсечки (или блока питания, обеспечивающего как отрицательное, так и положительное высокие напряжения для усилителя 274 напряжения на сетке). Конфигурация сигналов, подаваемых на вход усилителя 274 напряжения на сетке, может задаваться ЦАП 264 сетки с по меньшей мере двумя выходами для генерирования сигналов, подаваемых на вход усилителя 274 напряжения на сетке (посредством аналогового переключателя 280) для генерирования напряжения возбуждения на сетке (например, высшего высокого напряжения) и напряжения отсечки на сетке (например, низшего высокого напряжения). Контроллер 160 возбуждения может применять параметры или пусковые сигналы, получаемые от пользовательского интерфейса 114, для поимпульсной регулировки амплитуды импульсов посредством сигналов, подаваемых на вход ЦАП 264 сетки, и регулировки ширины и задержки импульсов посредством аналогового переключателя 280. Динамический диапазон усилителя 274 напряжения на сетке может ограничивать амплитуды импульсов или значения ширины импульса, достигаемые усилителем 274 напряжения на сетке, поскольку усилитель 274 напряжения на сетке должен обеспечивать размах от значительного отрицательного напряжения отсечки (например, <-50 В) до значительного положительного напряжения возбуждения (например, >50 В). Что касается модуля 161 драйвера сетки с полумостовой конфигурацией, показанного на фиг. 1, размах выходного напряжения усилителя 274 напряжения на сетке может быть примерно вдвое большим размаха напряжения либо от усилителя 172 возбуждения, либо усилителя 174 отсечки, что может приводить к большим значениям ширины импульса (например, больше 0,5 мкс), большим значениям времени нарастания и спадания фронта импульса (например, больше 100 не), большим искажениям формы импульса (например, потеря импульсом прямоугольной формы), или уменьшению скорости импульсов драйвера пушки (например, меньше 500 имп/с).

[038] Раскрытая совокупность схем драйвера сетки, показанная на фиг. 1-4, обеспечивает быстрые изменения амплитуды и времени следования импульсов по сравнению с традиционными драйверами пушки. Совокупность схем драйвера сетки обеспечивает пользователю возможность поимпульсного выбора любого напряжения возбуждения и напряжения отсечки в пределах его динамического диапазона. Одним ограничением в отношении количества режимов, доступных пользователю в пределах динамического диапазона драйвера, является разрешение ЦАП 162, 164, 262 которые обеспечивают работу полумостовых усилителей 172, 174 напряжения питания или усилителя 272 напряжения на сетке. 10-битный ЦАП, например, обеспечил бы пользователю 1024 значения напряжения возбуждения и 1024 значения напряжения отсечки на выбор в модуле 161 драйвера сетки с полумостовой конфигурацией. 10-битный ЦАП, например, обеспечил бы пользователю 1024 значения напряжения на сетке на выбор в модуле 261 драйвера сетки с усилителем сетки. Динамический диапазон напряжения возбуждения, например, от 0 В до 120 В с 10-битным ЦАП, даст пользователю разрешение напряжения возбуждения на сетке в 117 мВ. В варианте осуществления с применением другого ЦАП совокупность схем драйвера пушки может быть выполнена с возможностью переключения в диапазоне от 1024 до 16384 различных уровней напряжения.

[039] Раскрытые варианты осуществления драйвера пушки обеспечивают указанные функции для успешной работы электронной пушки. В одном примере все из катодного напряжения, напряжения нагревателя, напряжения возбуждения на сетке, напряжения отсечки на сетке, задержки импульса на сетке и ширины импульса на сетке являются регулируемыми, причем все из напряжения возбуждения на сетке, напряжения отсечки на сетке, задержки импульса на сетке и ширины импульса на сетке являются программируемыми на скорости по меньшей мере 500 Герц (Гц) для поимпульсной регулировки. В некоторых примерах напряжение возбуждения на сетке, напряжение отсечки на сетке, задержка импульса на сетке и ширина импульса на сетке являются программируемыми на скорости по меньшей мере 1000 Гц или 2000 Гц для поимпульсной регулировки.

[040] В одном примере импульсы электронной пушки (обычно в диапазоне киловольт) усиливаются посредством линейного ускорителя для генерирования импульсов со значениями энергии от 0,5 МэВ до 10 МэВ.

[041] На фиг. 5 изображена блок-схема способа 300 управления драйвером электронной пушки согласно некоторым вариантам осуществления. Применяя драйвер 110 электронной пушки согласно фиг. 1 в качестве примера, на этапе 310 контроллер 160 возбуждения и ЦАП 162 возбуждения задают напряжение возбуждения на сетке на высоковольтном усилителе 172 возбуждения для вывода 186 сетки электронной пушки 190. На этапе 320 контроллер 160 возбуждения и ЦАП 164 отсечки задают напряжение отсечки на высоковольтном усилителе 174 отсечки для вывода 186 сетки электронной пушки 190. На этапе 320 контроллер 160 возбуждения, переключатель 182 напряжения возбуждения, переключатель 184 напряжения отсечки и драйвер 180 затвора обеспечивают переключение между напряжением возбуждения на сетке и напряжением отсечки на сетке для генерирования импульса на выводе 186 сетки.

[042] В некоторых вариантах осуществления предусмотрен драйвер электронной пушки, содержащий: полумостовую схему драйвера, содержащую: схему возбуждения, выполненную с возможностью генерирования напряжения возбуждения 168 на сетке (например, высшего высокого напряжения) для вывода 186 сетки электронной пушки 190, и схему отсечки, выполненную с возможностью генерирования напряжения 170 отсечки на сетке (например, низшего высокого напряжения) для вывода 186 сетки электронной пушки 190, и драйвер 180 затвора, выполненный с возможностью управления переключением между напряжением 168 на сетке и напряжением 170 отсечки на сетке; и контроллер 160 возбуждения, выполненный с возможностью генерирования импульса, подаваемого на вход схемы возбуждения и схемы отсечки, а также сигналов переключения сетки для драйвера 180 затвора.

[043] В некоторых вариантах осуществления схема возбуждения дополнительно содержит: высоковольтный усилитель 172 возбуждения, выполненный с возможностью обеспечения напряжения возбуждения на сетке (например, высшего напряжения) для полумостовой схемы драйвера, высокоскоростной ЦАП 162 возбуждения, выполненный с возможностью генерирования напряжения программирования, подаваемого на высоковольтный усилитель 172 напряжения возбуждения, и переключатель 182 напряжения возбуждения, выполненный с возможностью подачи напряжения возбуждения на вывод 186 сетки. Схема отсечки дополнительно содержит: высоковольтный усилитель 174 отсечки, выполненный с возможностью обеспечения напряжения отсечки на сетке (например, низшего напряжения) для полумостовой схемы драйвера, высокоскоростной ЦАП 164 отсечки, выполненный с возможностью генерирования напряжения программирования, подаваемого на высоковольтный усилитель отсечки, и переключатель 184 напряжения отсечки, выполненный с возможностью подачи импульса отсечки на вывод 186 сетки. Драйвер 180 затвора выполнен с возможностью подачи сигналов управления сетки на переключатель 182 напряжения возбуждения и переключатель 184 напряжения отсечки.

[044] В некоторых вариантах осуществления драйвер электронной пушки дополнительно содержит: схему нагревателя, выполненную с возможностью генерирования напряжения 178 нагревателя для вывода 188 нагревателя электронной пушки 190, при этом схема нагревателя содержит: усилитель 176 мощности нагревателя, выполненный с возможностью подачи напряжения 178 нагревателя на вывод 188 нагревателя электронной пушки 190, высокоскоростной ЦАП 166 нагревателя, выполненный с возможностью генерирования импульса, подаваемого на усилитель 176 мощности нагревателя; и при этом контроллер 160 возбуждения выполнен с возможностью генерирования сигнала, подаваемого на вход нагревателя в схеме нагревателя.

[045] В некоторых вариантах осуществления драйвер электронной пушки дополнительно содержит: схему 110 управления, выполненную с возможностью преобразования сигналов пользовательского ввода в сигналы, подаваемые на вход контроллера драйвера, при этом схема управления содержит: пользовательский интерфейс 114, выполненный с возможностью приема входных сигналов системы управления линейного ускорителя; контроллер 120 стороны низкого напряжения, выполненный с возможностью генерирования сигналов управления возбуждением для контроллера 160 возбуждения; и контроллер 118 блока (CCPS) питания, заряжающего конденсатор, выполненный с возможностью генерирования сигналов управления CCPS для CCPS 144. В некоторых вариантах осуществления сигналы управления возбуждением предусматривают оптоволоконный канал 132, 136 связи и оптоволоконный канал 134 пуска. В некоторых вариантах осуществления драйвер электронной пушки дополнительно содержит: изолирующий блок 130 питания, выполненный с возможностью обеспечения изоляции по напряжению между схемой 110 управления и полумостовой схемой драйвера.

[046] В некоторых вариантах осуществления контроллер 160 возбуждения выполнен с возможностью регулировки амплитуды, ширины и задержки каждого импульса, генерируемого посредством напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки на сетке, причем конфигурация каждого импульса может быть отличной от предыдущего импульса.

[047] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одно из амплитуды, ширины или задержки каждого импульса, генерируемого посредством напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки на сетке, сконфигурировано так, чтобы изменяться от импульса к импульсу.

[048] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одно из амплитуды, ширины или задержки каждого импульса, генерируемого посредством напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки на сетке, сконфигурировано так, чтобы изменяться на скорости по меньшей мере 500 импульсов в секунду.

[049] В некоторых вариантах осуществления предусмотрена система, содержащая: драйвер электронной пушки, содержащий модуль 150 драйвера; высоковольтный конденсатор 106; блок 144 питания (CCPS), заряжающий конденсатор, выполненный с возможностью зарядки высоковольтного конденсатора; один или более блоков 142 питания стороны высокого напряжения, выполненных с возможностью генерирования питания для стороны 140 высокого напряжения драйвера электронной пушки; и электронную пушку 190, содержащую: анод 198, замкнутый на землю 108, катод 196, соединенный с выходом 146 CCPS, сетку 192, соединенную с выводом 186 сетки, и нагреватель 194.

[050] В некоторых вариантах осуществления применяется способ управления драйвером пушки, причем способ включает: задание напряжения возбуждения на сетке на высоковольтном усилителе 172 напряжения возбуждения для вывода 186 сетки электронной пушки 190; задание напряжения отсечки на сетке на высоковольтном усилителе 174 напряжения отсечки для вывода 186 сетки электронной пушки 190; и переключение между импульсами напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки на сетке для генерирования импульса на выводе 186 сетки.

[051] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает регулировку амплитуды, ширины или задержки каждого импульса, генерируемого посредством напряжения возбуждения на сетке или напряжения отсечки на сетке, причем могут быть применены по меньшей мере три разные значения амплитуды, по меньшей мере три разные значения ширины и по меньшей мере три разные значения задержки.

[052] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает изменение по меньшей мере одного из амплитуды, ширины или задержки импульса напряжения возбуждения на сетке и импульса напряжения отсечки на сетке между импульсами на скорости по меньшей мере 500 импульсов в секунду.

[053] В некоторых вариантах осуществления существует по меньшей мере один энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, содержащий совокупность команд, выполненных с возможностью выполнения с целью реализации способа, описанного выше.

[054] В некоторых вариантах осуществления предусмотрен драйвер электронной пушки, содержащий: средства генерирования напряжения на сетке, предназначенные для генерирования напряжения возбуждения на сетке (например, высшего высокого напряжения) и напряжения отсечки на сетке (например, низшего высокого напряжения) для вывода сетки электронной пушки; средства переключения для генерирования импульса на выводе сетки посредством переключения между напряжением возбуждения на сетке и напряжением отсечки на сетке; и средства управления напряжением для генерирования сигналов, подаваемых на вход средств генерирования напряжения на сетке и средств переключения. Примеры средств генерирования напряжения на сетке включают в себя высоковольтный усилитель 172 возбуждения, высоковольтный усилитель 174 отсечки, усилитель 272 напряжения на сетке, усилитель 274 напряжения на сетке, блок 143 питания усилителя возбуждения, и блок 145 питания усилителя отсечки. Примеры средств переключения включают в себя драйвер 180 затвора, переключатель 182 напряжения возбуждения, переключатель 184 напряжения отсечки, контроллер 160 возбуждения и аналоговый переключатель 280. Примеры средств управления напряжением включают в себя контроллер 160 возбуждения.

[055] В некоторых вариантах осуществления драйвер электронной пушки дополнительно содержит средства преобразования для преобразования сигналов, подаваемых на вход средств генерирования напряжения на сетке, в аналоговые сигналы, подаваемые на вход, из цифровых сигналов с выхода средств управления напряжением. Примеры средств преобразования включают в себя высокоскоростной ЦАП 162 возбуждения, высокоскоростной ЦАП 164 отсечки, ЦАП 262 сетки и ЦАП 264 сетки.

[056] В некоторых вариантах осуществления драйвер электронной пушки дополнительно содержит средства управления командами для преобразования сигналов, вводимых пользователем, в сигналы, подаваемые на вход средств управления напряжением. Примеры средств управления командами включают в себя пользовательский интерфейс 114 и контроллер 120 стороны низкого напряжения.

[057] В некоторых вариантах осуществления драйвер электронной пушки выполнен с возможностью регулировки амплитуды, ширины и задержки каждого импульса, генерируемого с помощью средств управления напряжением, средств генерирования напряжения на сетке и средств переключения, причем конфигурация каждого импульса может быть отличной от предыдущего импульса, и каждое из амплитуды, ширины и задержки может изменяться между по меньшей мере тремя различными значениями.

[058] В некоторых вариантах осуществления драйвер электронной пушки выполнен с возможностью изменения по меньшей мере одного из амплитуды, ширины и задержки каждого импульса в промежутке между импульсами на скорости по меньшей мере 500 импульсов в секунду.

[059] Приведенное выше краткое описание является иллюстративным и не является каким-либо образом ограничивающим. В дополнение к примерам, описанным выше, дополнительные аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из графических материалов, последующего подробного описания и прилагаемой формулы изобретения.

[060] Совокупность схем может предусматривать аппаратное обеспечение, встроенное программное обеспечение, программный код, исполняемый код, компьютерные команды и/или программное обеспечение. Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных может представлять собой машиночитаемый носитель данных, не содержащий сигнала.

[061] Следует понимать, что многие из функциональных блоков, приведенных в данном описании, были обозначены как модули с целью более выраженного подчеркивания независимости их реализации. Например, модуль может быть реализован в виде аппаратной схемы, содержащей специальные схемы сверхвысокого уровня интеграции (VLSI - англ.: very-large-scale integration) или матрицы логических элементов, включая, помимо прочего, логические микросхемы, транзисторы и другие компоненты. Модуль может также быть реализован в программируемых аппаратных устройствах, включая, помимо прочего, программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), программируемые логические матрицы или подобные устройства.

[062] Упоминание в данном описании слов «пример» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с данным примером, включены в по меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, применение слов «пример» или «вариант осуществления» в различных местах данного описания не обязательно всегда обозначает один и тот же вариант осуществления.

[063] Кроме того, описанные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены требуемым образом в одном или более вариантах осуществления. В последующем описании предоставлены многочисленные характерные детали (например, примеры компоновок и конструкций) для обеспечения полного понимания вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники, однако, будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено без одной или более характерных деталей, или с другими способами, компонентами, компоновками и т.д. В других случаях хорошо известные структуры, компоненты или операции не показаны или не описаны подробно во избежание появления неясностей в отношении аспектов настоящего изобретения.

[064] Формула изобретения, следующая за этим письменным описанием, данным документом явным образом включена в настоящее письменное описание, причем каждый пункт формулы сам по себе представляет отдельный вариант осуществления. Настоящее раскрытие включает все перестановки независимых пунктов формулы и зависимых от них пунктов формулы. Кроме того, дополнительные варианты осуществления, которые возможно вывести из приведенных ниже независимых и зависимых пунктов формулы, также явным образом включены в настоящее письменное описание. Эти дополнительные варианты осуществления определяются путем замены данного зависимого пункта формулы фразой «любой из пунктов, начиная с пункта [х] и заканчивая пунктом, непосредственно предшествующего ему», где взятый в скобки термин «[x]» заменяется номером наиболее недавно упомянутого независимого пункта формулы. Например, для первого набора пунктов формулы, начинающегося с независимого пункта 1, пункт 4 может зависеть от любого из пунктов 1 и 3, причем эти раздельные зависимости дают два различных варианта осуществления; пункт 5 может зависеть от любого из пунктов 1, 3, или 4, причем эти раздельные зависимости дают три различных варианта осуществления; пункт 6 может зависеть от любого из пунктов 1, 3, 4 и 5, причем эти раздельные зависимости дают четыре различных варианта осуществления; и так далее.

[065] Упоминание в пунктах формулы термина «первый» применительно к какому-либо признаку или элементу не подразумевает обязательного существования второго или дополнительного такого признака или элемента. Элементы, конкретно упомянутые в формате «средство плюс функция», при их наличии, следует толковать как охватывающие соответствующие структуру, материал или действия, описанные в настоящем документе, и их эквиваленты в соответствии с параграфом 112(f) раздела 35 кодекса законов Соединенных Штатов. Варианты осуществления настоящего изобретения, в которых заявляются исключительное свойство или преимущество, определены в соответствии с изложенным ниже.

Изобретение относится к драйверам трехэлектродной электронной пушки. Технический результат – расширение управляемости энергией и дозой импульса. Драйвер электронной пушки содержит полумостовую схему драйвера, содержащую схему возбуждения, выполненную с возможностью генерирования напряжения возбуждения на сетке для вывода сетки электронной пушки и включающую в себя: усилитель напряжения возбуждения, выполненный с возможностью обеспечения напряжения возбуждения на сетке для полумостовой схемы драйвера, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) возбуждения, выполненный с возможностью генерирования напряжения программирования, подаваемого на усилитель напряжения возбуждения, и переключатель напряжения возбуждения, выполненный с возможностью подачи напряжения возбуждения на сетке на вывод сетки; схему отсечки, выполненную с возможностью генерирования напряжения отсечки на сетке для вывода сетки электронной пушки; драйвер затвора, выполненный с возможностью переключения между напряжением возбуждения на сетке и напряжением отсечки на сетке; и контроллер возбуждения, выполненный с возможностью генерирования импульсов, подаваемых на вход схемы возбуждения и схемы отсечки, и сигналов переключения сетки для драйвера затвора. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Драйвер электронной пушки, содержащий:

полумостовую схему драйвера, содержащую:

схему возбуждения, выполненную с возможностью генерирования напряжения возбуждения на сетке для вывода сетки электронной пушки и включающую в себя:

усилитель напряжения возбуждения, выполненный с возможностью обеспечения напряжения возбуждения на сетке для полумостовой схемы драйвера,

цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) возбуждения, выполненный с возможностью генерирования напряжения программирования, подаваемого на усилитель напряжения возбуждения, и

переключатель напряжения возбуждения, выполненный с возможностью подачи напряжения возбуждения на сетке на вывод сетки;

схему отсечки, выполненную с возможностью генерирования напряжения отсечки на сетке для вывода сетки электронной пушки; и

драйвер затвора, выполненный с возможностью переключения между напряжением возбуждения на сетке и напряжением отсечки на сетке; и

контроллер возбуждения, выполненный с возможностью генерирования импульсов, подаваемых на вход схемы возбуждения и схемы отсечки, и сигналов переключения сетки для драйвера затвора.

2. Драйвер электронной пушки по п. 1, отличающийся тем, что:

схема отсечки дополнительно содержит:

усилитель напряжения отсечки, выполненный с возможностью обеспечения напряжения отсечки на сетке для полумостовой схемы драйвера,

ЦАП отсечки, выполненный с возможностью генерирования напряжения программирования, подаваемого на усилитель напряжения отсечки, и

переключатель напряжения отсечки, выполненный с возможностью подачи напряжения отсечки на сетке на вывод сетки; и причем

драйвер затвора выполнен с возможностью подачи сигналов управления сетки на переключатель напряжения возбуждения и переключатель напряжения отсечки.

3. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 1, 2, дополнительно содержащий:

схему нагревателя, выполненную с возможностью генерирования напряжения нагревателя для вывода нагревателя электронной пушки, причем схема нагревателя содержит:

усилитель мощности нагревателя, выполненный с возможностью подачи напряжения нагревателя на вывод нагревателя электронной пушки,

ЦАП нагревателя, выполненный с возможностью генерирования сигнала программирования, подаваемого на усилитель мощности нагревателя; и

причем контроллер возбуждения выполнен с возможностью генерирования сигнала, подаваемого на вход нагревателя схемы нагревателя.

4. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий:

схему управления, выполненную с возможностью преобразования пользовательского ввода в сигналы, подаваемые на вход контроллера драйвера, причем схема управления содержит:

пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью приема сигналов, подаваемых на вход системы управления линейного ускорителя;

контроллер стороны низкого напряжения, выполненный с возможностью генерирования сигналов управления возбуждением для контроллера возбуждения; и

контроллер блока (CCPS) питания, заряжающего конденсатор, при этом контроллер выполнен с возможностью генерирования сигналов управления CCPS для CCPS.

5. Драйвер электронной пушки по п. 4, отличающийся тем, что сигналы управления возбуждением предусматривают оптоволоконный канал связи и оптоволоконный канал пуска.

6. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 4, 5, дополнительно содержащий: изолирующий блок питания, выполненный с возможностью обеспечения изоляции по напряжению между схемой управления и полумостовой схемой драйвера.

7. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что контроллер возбуждения выполнен с возможностью регулировки амплитуды, ширины и задержки каждого импульса, генерируемого посредством напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки на сетке, причем конфигурация каждого импульса может быть отличной от предыдущего импульса.

8. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из амплитуды, ширины или задержки каждого импульса, генерируемого посредством напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки на сетке, сконфигурировано так, чтобы изменяться от импульса к импульсу.

9. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из амплитуды, ширины или задержки каждого импульса, генерируемого посредством напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки на сетке, сконфигурировано так, чтобы изменяться на скорости по меньшей мере 500 импульсов в секунду.

10. Система возбуждения сетки электронной пушки, содержащая:

драйвер электронной пушки по любому из пп. 1-9;

конденсатор;

блок питания, заряжающий конденсатор (CCPS), выполненный с возможностью зарядки конденсатора;

один или более блоков питания стороны высокого напряжения, выполненных с возможностью генерирования питания для стороны высокого напряжения драйвера электронной пушки; и

электронную пушку, содержащую:

анод, замкнутый на землю;

катод, соединенный с выходом CCPS;

сетку, соединенную с выводом сетки; и

нагреватель.

11. Способ управления драйвером электронной пушки, причем способ включает: задание напряжения возбуждения на сетке на усилителе напряжения возбуждения для вывода сетки электронной пушки, включая:

генерирование напряжения программирования цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) возбуждения; и

увеличение напряжения программирования усилителем напряжения возбуждения, выполненным с возможностью обеспечения напряжения возбуждения на сетке;

задание напряжения отсечки на сетке на усилителе напряжения отсечки для вывода сетки электронной пушки; и

переключение между напряжением возбуждения на сетке и напряжением отсечки на сетке для генерирования импульса на выводе сетки.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий:

регулировку амплитуды, ширины или задержки каждого импульса, генерируемого посредством напряжения возбуждения на сетке или напряжения отсечки на сетке, причем могут быть применены по меньшей мере три разных значения амплитуды, по меньшей мере три разных значения ширины и по меньшей мере три разных значения задержки.

13. Способ по любому из пп. 11, 12, дополнительно включающий:

изменение по меньшей мере одного из амплитуды, ширины или задержки импульса на скорости по меньшей мере 500 импульсов в секунду, причем каждое из амплитуды, ширины или задержки может изменяться между по меньшей мере тремя разными значениями.

14. Энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, содержащий совокупность команд, выполненных с возможностью выполнения способа по любому из пп. 11-13.

15. Драйвер электронной пушки, содержащий:

средства генерирования напряжения возбуждения на сетке, предназначенные для генерирования напряжения возбуждения на сетке и напряжения отсечки на сетке для вывода сетки электронной пушки;

средства переключения, предназначенные для генерирования импульса на выводе сетки путем переключения между напряжением возбуждения на сетке и напряжением отсечки на сетке; и

средства управления напряжением для генерирования сигналов, подаваемых на вход средств генерирования напряжения на сетке и средств переключения,

причем средства генерирования напряжения возбуждения на сетке включают в себя:

средства преобразования для преобразования сигналов, подаваемых на вход средств генерирования напряжения на сетке, в аналоговые сигналы, подаваемые на вход, из цифровых сигналов с выхода средств управления напряжением; и

средства усиления для генерирования напряжения возбуждения на сетке в ответ на аналоговые сигналы, подаваемые на вход.

16. Драйвер электронной пушки по п. 15, дополнительно содержащий:

средства напряжения нагревателя для генерирования напряжения нагревателя для вывода нагревателя электронной пушки; и

причем средства управления напряжением генерируют сигнал, подаваемый на вход средств напряжения нагревателя.

17. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 15, 16, дополнительно содержащий: средства управления командами, предназначенные для преобразования пользовательского ввода в сигнал, подаваемый на средства управления напряжением.

18. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 15-17, отличающийся тем, что драйвер электронной пушки выполнен с возможностью регулировки амплитуды, ширины и задержки каждого импульса, генерируемого с помощью средств управления напряжением, средств генерирования напряжения на сетке и средств переключения, причем конфигурация каждого импульса может быть отличной от предыдущего импульса, и каждое из амплитуды, ширины и задержки может изменяться между по меньшей мере тремя различными значениями.

19. Драйвер электронной пушки по любому из пп. 15-18, отличающийся тем, что драйвер электронной пушки выполнен с возможностью изменения по меньшей мере одного из амплитуды, ширины и задержки каждого импульса в промежутке между импульсами на скорости по меньшей мере 500 импульсов в секунду.