中子源电源的多模式运行策略

中子源作为核科学研究与材料分析的重要装置，其电源系统承担着离子加速、靶面轰击和脉冲调制等关键任务。不同实验模式对束流能量、脉冲重复率及稳定度要求差异显著，因此中子源电源必须具备多模式运行能力，以适应连续波、脉冲与混合调制等多工况下的高精度输出需求。
中子源电源的多模式运行策略主要包括功率分配调度、模式切换控制与能量动态平衡。系统通过数字控制器对输出功率、脉冲宽度及重复频率进行实时调节，形成“连续稳态模式”“脉冲调制模式”和“混合能量回收模式”三大运行方式。在稳态模式下，控制核心以恒电流方式运行，保证加速段电场稳定；而在脉冲模式下，采用峰值功率放大与同步触发控制，通过高精度PWM脉冲列生成器实现微秒级电压上升控制。
为了保证模式切换的平滑性，系统引入相位锁定环（PLL）技术和柔性过渡算法。PLL模块确保切换时电压相位连续，避免磁场突变引起束流漂移。柔性过渡算法则根据当前储能状态与负载阻抗动态调整切换速度，抑制瞬态过冲与能量损耗。
能量平衡是多模式策略中的核心。中子源工作过程中，负载阻抗会随靶面温度和束流密度变化而变化。控制系统通过建立能量预测模型，实时估算功率需求，并通过双向DC/DC变换器实现能量再分配。当脉冲模式功率需求高于平均输入功率时，系统自动调入储能单元释放能量；在低负载阶段则反向充能，实现能量循环利用。
此外，系统还需实现多模式下的同步协调。对于包含加速器主电源、聚焦磁场电源及靶面偏置电源的复杂系统，通过统一时钟源与分布式总线同步协议，实现纳秒级时序匹配。中子源电源的多模式运行策略使系统在兼顾功率密度与能效的同时，实现了动态运行的最优调度。