本发明主要涉及电源系统，尤其涉及一种具有输出特性调节电路的电源系统。
背景技术
使用磁控管的微波系统作为一种功率源，广泛的用于放疗加速器、工业辐照加速器以及雷达等系统中。
现有的磁控管微波系统是通过改变高压电源的工作电压和电流，使输出微波功率在一个比较小的范围内改变。例如一支峰值功率3mw的磁控管，通常其输出功率可调范围约为1mw，即功率区间为2mw～3mw。当希望继续调电压和电流，使其输出功率可调范围更宽时，会由于高压电源输出脉冲上升速率过低或过高而导致磁控管输出功率不稳定。
除磁控管微波系统外，速调管或电子管均对高压电源的电压上升速率有一定的要求，常规高压电源往往无法满足其需求，而通过更改电源内部结构来提高上升速率需要付出较高代价。同时速调管和电子管常常有不同的几个工作点，高压电源也无法同时满足多个工作点的上升速率要求。
因此，希望提供一种改进的电源系统，可以提供可控的输出特性。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种具有输出特性调节电路的电源，可以通过调节输出脉冲的输出特性，使电源具有更宽的输出功率区间。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电源系统，包括电源和输出特性调节电路，所述电源适于连接负载，所述输出特性调节电路具有第一端和第二端，所述第一端连接到位于所述电源与所述负载之间的连接路径，所述第二端连接到参考节点，其中所述输出特性调节电路包括：可调电抗组件；电抗调节单元，适于根据控制信号动态地改变所述可调电抗组件的电抗值。
在本发明的一实施例中，所述可调电抗组件为电抗阵列，具有多个电抗元件，其中所述多个电抗元件中的至少部分电抗元件通过被控制的导电路径连接在所述第一端和第二端之间；所述电抗调节单元为切换单元，根据一控制信号选择性地导通或者断开所述导电路径，从而改变所述电抗阵列的整体电抗。
在本发明的一实施例中，所述电抗阵列具有并联的多个电抗支路，所述多个电抗支路中的至少一个电抗支路通过对应的所述导电路径连接在所述第一端和第二端之间。
在本发明的一实施例中，所述多个电抗支路中的至少一个电抗支路包括串联的多个电抗元件。
在本发明的一实施例中，所述电抗元件为电阻元件、电容元件或电感元件。
在本发明的一实施例中，所述切换单元包括设于所述导电路径中的开关。
在本发明的一实施例中，电源系统还包括控制单元，提供所述控制信号。
在本发明的一实施例中，电源系统还包括检测单元，连接到所述导电路径，且检测所述导电路径的连接状态。
在本发明的一实施例中，电源系统还包括：控制单元，提供所述控制信号；检测单元，连接到所述导电路径，且检测所述导电路径的连接状态，所述控制单元接收所述检测单元的检测信号。
在本发明的一实施例中，所述可调电抗组件包括一个或多个可调电抗元件；所述电抗调节单元根据一控制信号改变所述一个或多个可调电抗元件的电抗，从而改变所述可调电抗组件的整体电抗。
在本发明的一实施例中，所述控制单元配置为根据输入信号产生所述控制信号，所述输入信号包括所述电源的电压和/或电流。
在本发明的一实施例中，所述控制单元根据所述电源的电压和/或电流确定所述可调电抗组件的电抗，从而产生所述控制信号。
在本发明的一实施例中，所述控制单元中预置一个电源的电压和/或电流、可调电抗组件的电抗的对应关系表，所述对应关系表中包含多组对应关系。
在本发明的一实施例中，所述负载为磁控管、速调管或者电子管。
与现有技术相比，本发明可以通过改变输出特性调节电路的可调电抗组件的整体电抗值，从而使电源和负载处于不同的匹配状态。这样，电源的输出功率能够覆盖更宽的的区间。
附图说明
图1是本发明第一实施例的磁控管微波系统的电原理图。
图2是本发明第二实施例的磁控管微波系统的电原理图。
图3是本发明第三实施例的磁控管微波系统的电原理图。
图4是本发明第一实施例的输出特性调节电路的电路示意图。
图5是本发明第二实施例的输出特性调节电路的电路示意图。
图6是本发明第三实施例的输出特性调节电路的电路示意图。
图7是本发明第四实施例的输出特性调节电路的电路示意图。
图8是本发明中通过圈数调节电容元件的电容值的示例。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
应当理解的是，当单元或模块被描述为“连接”、“耦接”(couple)其它单元、模块或块时，其可以指直接连接或耦接，或者与其它单元、模块或块通信，或者可以存在中间的单元、模块或块，除非上下文明确指明其它方式。本文所使用的术语“和/或”可包括一个或多个相关列出项目的任意与所有组合。
本申请的实施例描述电源系统及其输出特性调节电路。电源系统典型地具有电源和输出特性调节电路，电源连接负载以提供电能。本发明实施例所提出的输出特性调节电路具有第一端和第二端，第一端连接到位于电源与负载之间的连接路径上，第二端连接到参考节点(例如地电位)。输出特性调节电路中可具有多个例如电阻元件、电容元件和电感元件的电抗元件，通过改变输出特性调节电路内部的一个或多个电抗元件的电抗或者改变多个电抗元件的连接关系，可以调整电源的输出电压、电流，可以使负载处于不同的工作点，从而输出不同的功率。
在本申请的实施例中，负载可为磁控管、速调管或者电子管等，下面的实施例将以磁控管为例进行描述。
第一实施例
图1是本发明第一实施例的磁控管微波系统的电原理图。参考图1所示，本实施例的磁控管微波系统可包括电源10、磁控管20和输出特性调节电路30。电源10和输出特性调节电路30组成电源系统。电源10连接磁控管20。电源10为磁控管所需的高压电源，能够提供kv数量级的电压和几十至几百a的电流。输出特性调节电路30可具有第一端n1和第二端n2。第一端n1连接到位于电源10与磁控管20之间的连接路径上，第二端n2可连接到参考节点，例如接地。
输出特性调节电路30可包括切换单元31和电抗阵列32。电抗阵列32可具有多个电抗元件。在此，这些电抗元件可为电阻元件、电容元件或电感元件。这些电抗元件中的至少部分电抗元件通过被控制的导电路径连接在第一端n1和第二端n2之间。切换单元31可根据一控制信号选择性地导通或者断开导电路径，从而改变电抗阵列的整体电抗。在此，电抗阵列32中的电抗元件的连接方式可以是多种多样的，例如是串联、并联或者串联与并联结合。并联或者串联的多个电抗元件可以是同类电抗元件(例如电阻元件)，也可以是不同类电抗元件(例如电阻元件和电容元件)。电抗阵列32中被控制的导电路径可以是一个或者多个。可以是一个电抗元件与一个导电路径对应，也可以是多个电抗元件与一个导电路径对应。
图4是本发明第一实施例的输出特性调节电路的电路示意图。在图4的示例中，电抗阵列32具有并联的多个电抗支路321-32n。这些电抗支路321-32n包括串联的多个电抗元件，例如电容元件c1-cn和电阻元件r1-rn。尽管在此示出各个电抗支路321-32n具有相似的构成，但可以理解，各个电抗支路中电抗元件的种类和数量可以不同。另外，各个电抗支路321-32n中电抗元件的电抗值可以是相同或者不同。这些电抗支路321-32n均通过对应的导电路径在第一端n1和第二端n2之间。然而可以理解，可以只有部分电抗支路配备对应的导电路径从而可选择地连接到第一端n1和第二端n2之间，而其他电抗支路则恒定地连接到第一端n1和第二端n2之间。
承上述，各导电路径由节点y1-yn与对应的节点d1-dn组成。切换单元31包括设于导电路径中的开关s1-sn。典型地每个导电路径上设置一个开关，例如y1和d1组成的导电路径上有开关s1，尽管并非作为限定。根据电压的要求，此处的开关可选择能够耐受高电压的高压开关。各开关s1-sn可被一组控制信号控制为导通或关断，从而导通或者断开对应的导电路径。相应于此，电抗阵列中连接在第一端n1和第二端n2之间的电抗元件会有变化，从而改变电抗阵列的整体电抗。例如当开关s1导通，而开关s2-sn关断时，电抗阵列的整体电抗为电抗支路321所体现的电抗；当开关s1和s2导通，而开关s3-sn关断时，电抗阵列的整体电抗为电抗支路321和322所体现的电抗。
电抗阵列的整体电抗的设定可根据期望电源10输出的电压和/或电流的数值来确定。如下表1所示为一套输出特性调节电路的磁控管微波系统的5组典型的工作参数，每组工作参数包括电源电压、电源电流、输出特性调节电路电容、输出特性调节电路电阻和磁控管输出功率。
表1
在一个示例中，可以根据电源输出电压和电流来产生提供给切换单元31的控制信号，决定输出特性调节电路30的电容、电阻值，从而使电源10和磁控管20处于所需的匹配状态。当选择不同的输出特性调节电路30的电容、电阻值的组合时，可以使电源10和磁控管20处于不同的匹配状态，输出功率覆盖0.6mw到3.1mw的区间。另外，在不同的匹配状态中，磁控管20可以稳定在期望的输出功率上。例如在一种状态中，磁控管20可以稳定在3.1mw的输出功率上，在另一种状态中，磁控管20可以稳定在1.60mw的输出功率上。
本实施例所描述的磁控管的微波系统可泛的用于放疗加速器、工业辐照加速器以及雷达等系统中。
第二实施例
图2是本发明第二实施例的磁控管微波系统的电原理图。参考图2所示，本实施例的磁控管微波系统可包括电源10、磁控管20和输出特性调节电路30a。电源10和输出特性调节电路30a组成电源系统。电源10连接磁控管20。电源10为磁控管所需的高压电源，能够提供kv数量级的电压和几十至几百a的电流。输出特性调节电路30a可具有第一端n1和第二端n2。第一端n1连接到位于电源10与磁控管20之间的连接路径上，第二端n2可连接到参考节点，例如接地。
输出特性调节电路30a可包括切换单元31、电抗阵列32和控制单元33。电抗阵列32可具有多个电抗元件。在此，这些电抗元件可为电阻元件或电容元件或电感元件。这些电抗元件中的至少部分电抗元件通过被控制的导电路径连接在第一端n1和第二端n2之间。控制单元33可根据输入信号产生控制信号。切换单元31可根据控制信号选择性地导通或者断开导电路径，从而改变电抗阵列的整体电抗。在此，电抗阵列32中的电抗元件的连接方式可以是多种多样的，例如是串联、并联或者串联与并联结合。并联或者串联的多个电抗元件可以同类电抗元件(例如电阻元件)，也可以是不同类电抗元件(例如电阻元件和电容元件)。电抗阵列32中被控制的导电路径可以是一个或者多个。可以是一个电抗元件与一个导电路径对应，也可以是多个电抗元件与一个导电路径对应。
图5是本发明第二实施例的输出特性调节电路的电路示意图。在图5的示例中，电抗阵列32具有并联的多个电抗支路321-32n。这些细节可参考第一实施例的描述，在此不再展开。
承上述，各导电路径由节点y1-yn与对应的节点d1-dn组成。切换单元31包括设于导电路径中的开关s1-sn。切换单元31的细节可参考第一实施例的描述，在此不再展开。
电抗阵列的整体电抗的设定可根据期望电源10输出的电压和/或电流的数值来确定。具体设定可参考前文的表1所示。
在一个示例中，控制单元33可以根据包括电源输出电压和电流的输入信号来决定输出特性调节电路30的电抗。据此，控制单元33产生提供给切换单元31的控制信号，由切换单元31通过导电路径的控制来决定输出特性调节电路30的电容、电阻值，从而使电源10和磁控管20处于所需的匹配状态。当选择不同的输出特性调节电路30的电容、电阻值的组合时，可以使电源10和磁控管20处于不同的匹配状态，输出功率覆盖0.6mw到3.1mw的区间。另外，在不同的匹配状态中，磁控管20可以稳定在期望的输出功率上。例如在一种状态中，磁控管20可以稳定在3.1mw的输出功率上，在另一种状态中，磁控管20可以稳定在1.6mw的输出功率上。
第三实施例
图3是本发明第三实施例的磁控管微波系统的电原理图。参考图3所示，本实施例的磁控管微波系统可包括电源10、磁控管20和输出特性调节电路30b。电源10和输出特性调节电路30b组成电源系统。电源10连接磁控管20。电源10为磁控管所需的高压电源，能够提供kv数量级的电压和几十至几百a的电流。输出特性调节电路30b可具有第一端n1和第二端n2。第一端n1连接到位于电源10与磁控管20之间的连接路径上，第二端n2可连接到参考节点，例如接地。
输出特性调节电路30a可包括切换单元31、电抗阵列32、控制单元33和检测单元34。电抗阵列32可具有多个电抗元件。在此，这些电抗元件可为电阻元件、电容元件或电感元件。这些电抗元件中的至少部分电抗元件通过被控制的导电路径连接在第一端n1和第二端n2之间。控制单元33可根据输入信号产生控制信号。切换单元31可根据控制信号选择性地导通或者断开导电路径，从而改变电抗阵列的整体电抗。在此，电抗阵列32中的电抗元件的连接方式可以是多种多样的，例如是串联、并联或者串联与并联结合。并联或者串联的多个电抗元件可以同类电抗元件(例如电阻元件)，也可以是不同类电抗元件(例如电阻元件和电容元件)。电抗阵列32中被控制的导电路径可以是一个或者多个。可以是一个电抗元件与一个导电路径对应，也可以是多个电抗元件与一个导电路径对应。检测单元34可连接到被控制的导电路径，且检测导电路径的连接状态。检测单元34可将检测信号传输给控制信号33。检测单元34检测的方式可以是导电路径上的电流值。例如当导电路径导通时，电流是一个较大值，从而超过设定的阈值，当导电路径断开时，电流是一个非常小的值，从而小于设定阈值。
图6是本发明第三实施例的输出特性调节电路的电路示意图。在图6的示例中，电抗阵列32具有并联的多个电抗支路321-32n。这些细节可参考第一实施例的描述，在此不再展开。
承上述，各导电路径由节点y1-yn与对应的节点d1-dn组成。切换单元31包括设于导电路径中的开关s1-sn。切换单元31的细节可参考第一实施例的描述，在此不再展开。
电抗阵列的整体电抗的设定可根据期望电源10输出的电压和/或电流的数值来确定。具体设定可参考前文的表1所示。
在一个示例中，控制单元32可以根据包括电源输出电压和电流的输入信号来决定输出特性调节电路30的电抗。据此，控制单元32产生提供给切换单元31的控制信号，由切换单元31通过导电路径的控制来决定输出特性调节电路30的电容、电阻值，从而使电源10和磁控管20处于所需的匹配状态。另外，检测单元34可包括分布在各个导电路径上的检测元件341-34n，用来检测各个导电路径是否导通。当开关(如s1)闭合时，电流超过阈值；当开关(如s1)断开时，电流低于阈值，据此可判断各开关s1-sn是否处于要求的工作状态。控制单元32在收到检测信号后，还可将各路连接状态向上报告。
在本实施例中，当选择不同的输出特性调节电路30的电容、电阻值的组合时，可以使电源10和磁控管20处于不同的匹配状态，输出功率覆盖0.6mw到3.1mw的区间。另外，在不同的匹配状态中，磁控管20可以稳定在期望的输出功率上。例如在一种状态中，磁控管20可以稳定在3.1mw的输出功率上，在另一种状态中，磁控管20可以稳定在1.6mw的输出功率上。
第四实施例
本实施例的电源系统与其他实施例不同之处在于输出特性调节电路。图7是本发明第四实施例的输出特性调节电路的电路示意图。参考图7所示，本实施例的输出特性调节电路40包括可调电抗组件41和电抗调节单元42。可调电抗组件41可包括一个或多个可调电抗元件。可调电抗元件可以是电容元件，例如c11-c1n，c21-c2n。可调电抗元件也可以是电阻元件，例如r1-rn。可调电抗组件41中的电抗元件的连接方式可以是多种多样的，例如是串联、并联或者串联与并联结合。并联或者串联的多个电抗元件可以同类电抗元件(例如电阻元件)，也可以是不同类电抗元件(例如电阻元件和电容元件)。可调电抗组件41可以有部分电抗元件是电抗可调的，也可以是全部电抗元件都电抗可调。
可调电容元件可以是较常见的微调电容。微调电容可用陶瓷作为介质，其在动片与定片上均镀有半圆形的银层，通过旋转动片来改变其与定片之间的距离，即可改变电容量的大小。由于微调电容可调范围较小，可以通过多个串并联来实现所需电容要求。图8是本发明中通过圈数调节电容元件的电容值的示例，如图8所示电抗调节单元42可通过调节信号驱动动片旋转到相应的圈数来改变电容值。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。