快掃描磁鐵電源的輸出電流平滑過零研究

盧煥婷 李 瑞 王川云 魏居魁 王 震 曹軼柯

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海201800）

2（中國科學院大學 北京100049）

3（南京博蘭得電子科技有限公司 南京210042）

目前上海瑞金醫院正在建造的質子治療裝置［1］，治療頭采用點掃描技術對腫瘤部位進行掃描處理，用偶極子掃描磁鐵獨立地向兩個方向偏轉質子束［2］。為此需要掃描電源提供連續變化且線性的電流給掃描磁鐵勵磁。通常掃描電源在設計變換器工作模態時，只考慮到輸出濾波電感電流連續，而忽略了輸出濾波電感電流在過零和不過零兩種工作模態下的差異，所以掃描電源輸出電流在零點穿越時，會出現畸變現象，影響輸出電流的線性度。為了消除此現象，本文提出新的方案：將掃描電源的工作模態設計為輸出濾波電感電流連續且過零，即當掃描電源輸出電流為任意值時，輸出濾波電感上的電流交流分量一直工作在第一象限和第四象限連續交替模態，使控制對象函數單一，實現電流線性穿越。

1 掃描電源系統

掃描電源由直流源（Alternating Current-Direct Current，AC-DC）、H橋變換器、反饋控制等三部分組成，系統框圖如圖1 所示。直流源部分（AC-DC）是380 V交流三相電輸入，經過變壓器、三相不控整流橋和工頻濾波電路后輸出直流電壓［3］，該直流電壓為后級的H 橋變換器功率轉換電路提供母線電壓。H 橋變換器經過電感電容低通濾波后，輸出負載電流。系統控制方式采用的是電流負反饋［4-5］，電流采樣信號由高精度直流電流傳感器（Direct Coupled Current Transformer，DCCT）提供，由高精度模擬數字轉換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）變換后輸入數字控制卡。……