[发明专利]开关装置

说明书

技术领域

本发明涉及开关装置(switching arrangement)，特别涉及用于将高电压脉冲施加到负载两端的开关装置。

背景技术

参见图1，其是一种已知的开关装置的示意性电路图，该开关装置包括存储电容器C和开关装置S(美国专利No.6396332)。开关S是由触发器驱动系统1控制的，以将高电压脉冲施加到负载R₁(例如，磁控管(magnetron))两端，并且该存储电容器可以由直流电源2重新充满。开关装置和直流电源的组合通常被称为调制器。去往触发器驱动系统的输入脉冲(t₁至t₂)导致高电压脉冲施加到负载电阻器上，所施加的电压脉冲由波形E_dc示出。该存储电容器可以由串联连接的一堆电容性元件组成，并且每个电容性元件可以由并联的多个电容器组成。这些电容性元件不但被串联地充电而且被串联地放电，与已知的Marx类型的发生器形成对比，在Marx类型的发生器中，一堆电容性元件被串联地放电但是被并联地充电(WO2008/109830，US3,496,378，JP2003059678和EP0590318)。开关S可以由串联连接的多个模块组成，以便使用分别具有更低额定电压的模块来切换高电压脉冲。

该开关装置的一个应用是在直线加速器(linacs)中。图2是直线加速器结构的示意图。由电子枪G所产生的电子束EB通过共振腔形成脉冲，并且在电子束EB撞击目标T以生成X射线之前，通过由从射频(r.f.)源(例如，磁控管M)所注入的射频能量而得以加速。通过改变注入到直线加速器内的射频能量和/或改变电子束电流，可以容易地产生不同能级处的X射线。直线加速器可以被用于医疗和工业处理。

X射线扫描仪还被用于货物检查目的。为了获得关于货物的增强信息，以及特别是为了获得针对高密度材料的独特特征(unique signature)，可以使用双能扫描(美国专利No.7257188)和多能隔行扫描(美国专利申请No.20100038563)。

存在这样的场合，在非常快地产生X射线脉冲，例如一个脉冲接着一个脉冲地产生时，直线加速器也能够改变所产生的X射线脉冲的能量。然而，通过上述的开关装置，只能通过将存储在电容器中的一部分能量耗散在电阻性负载中，才可能产生不同的能级，这将导致热问题和效率损失。

发明内容

本发明提供了一种用于将电压脉冲施加到负载两端的开关装置，包括：串联连接的多个电容性元件；第一开关元件，所述第一开关元件用于将所述串联连接的一端连接到所述负载的一端；以及第二开关元件，所述第二开关元件选择性地用于将所述串联连接的另一端或所述串联连接的两端之间的抽头(tapping)连接到所述负载的另一端，以使得较高电压脉冲电平或较低电压脉冲电平施加到所述负载两端。

借助于这样的开关装置，可以在没有任何重大能量损耗的情况下产生不同的电压电平。

所述第二开关元件可以包括一对开关，所述一对开关是能够控制成与彼此相反被断开和闭合的，所述一对开关分别串联连接到从所述抽头到所述串联连接的所述另一端的路径中和与所述该路径并联。二极管可以与所述开关反向并联地连接。所述开关可以是固态管或真空管。

附图说明

现在将结合附图，通过实例详细地描述实现本发明的一种方法，其中：

图1是一种已知的开关装置的示意性电路图；

图2是由磁控管驱动的直线加速器的示意图；

图3是本发明的开关装置的示意性电路图；

图4是图3的开关装置的第一实施例中的一部分的示意性电路图；

图5是示出了施加到图4所示的实施例中的第二开关装置上的驱动脉冲的时序图、和负载电流；

图6示出了响应于两个脉冲电压水平而由形成图4的实施例中负载的磁控管所产生的不同能级；以及

图7是图2的开关装置的第二实施例中的一部分的示意性电路图。

具体实施方式

在所有附图中，相同的部分已经由相同的附图标记给出。

参见图3，本发明的开关装置包括高电压开关栈S形式的第一开关装置，高电压开关栈S包括固态开关，固态开关串联连接以用于在触发器驱动系统(未示出)的控制下将存储电容器C连接到负载R1(磁控管)。存储电容器C由一堆串联设置的电容性元件C1-C9组成(图4中所示)。存储电容器由高压电源2进行充电。