CN104538273A - 高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置及其控制方法 - Google Patents

高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置及其控制方法 Download PDF

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CN104538273A CN201410799769.4A CN201410799769A CN104538273A CN 104538273 A CN104538273 A CN 104538273A CN 201410799769 A CN201410799769 A CN 201410799769A CN 104538273 A CN104538273 A CN 104538273A
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Abstract

本发明提供了一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置及其控制方法，该电源装置包括：高压电源、高压采样电路、电离电源、电离电压采样电路、电压控制与调节电路、束流采样电阻和束流控制与调节电路。本发明技术方案将高压采样电路、电离电压采样电路和束流采样电阻的采样信号作为反馈量，与给定值进行比较，闭环控制高压电源、电离电源和气体流量控制器，使高压电源、电离电源和电子束流输出稳定。上述技术方案可以提高冷阴极气体放电电子枪的工作电压，获得长寿命新型电子束源。

Description

高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电子束加工设备领域，具体涉及一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置及其控制方法。
背景技术
冷阴极气体放电电子束加工设备已经广泛应用于电子束冶炼、EB-PVD等工业领域。冷阴极气体放电电子束加工设备技术的核心技术之一是冷阴极气体放电电子枪。冷阴极气体放电电子枪的阴极寿命是常规热阴极电子枪阴极寿命的几倍甚至几十倍，冷阴极电子枪对真空度要求不严格，真空度在10Pa～10-2Pa均可正常工作。由于受到气体放电物理特性的限制，冷阴极气体放电电子枪的工作电压都比较低，一般都小于40kV。而常用热阴极电子枪的最大工作电压可以达到-150kV，甚至更高。电子枪工作电压高，表明电子速度快，动能大，电子束穿透能力强。
目前，冷阴极气体放电电子枪的工作电压都比较低，一般都小于40kV。相对于高压热阴极电子束流系统，电子速度慢，动能较小，电子束穿透能力不强，很难适应于焊接等加工技术。
发明内容
本发明提供了一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置，用以获得一种阴极寿命长，电子运动速度高的电子束流发生技术，该装置包括：高压电源、高压采样电路、电离电源、电离电压采样电路、电压控制与调节电路、束流采样电阻R1和束流控制与调节电路；其中，
高压电源输出的正端与束流采样电阻R1的第一端连接，高压电源输出的负端与电离电源的正端和高压气体放电电子枪放电阳极连接；高压电源的控制信号输入端，与电压控制与调节电路的第一输出端连接，高压电源的控制信号输入端用于接收电压控制与调节电路输出的高压调节信号Uhvff；
高压采样电路并联在高压电源输出的正端和负端之间；
电离电源输出的负端与高压气体放电电子枪冷阴极连接；电离电源的控制信号输入端，与电压控制与调节电路的第二输出端连接，用于接收电压控制与调节电路输出的电离电压调节信号Udvff；
电离电压采样电路并联在电离电源输出的负端和高压电源输出的正端之间；
电压控制与调节电路的第一输入端，与高压采样电路连接，用于接收高压采样电路输出的高压反馈信号Uhvf；电压控制与调节电路的第二输入端，与高压给定电路连接，用于接收高压给定电路输出的高压给定信号Uhvg；电压控制与调节电路的第三输入端，与电离电压采样电路连接，用于接收电离电压采样电路输出的电离电压反馈信号Udvf；电压控制与调节电路的第四输入端，与电离电源给定电路连接，用于接收电离电源给定电路输出的电离电压给定信号Udvg；
电压控制与调节电路用于通过将高压反馈信号Uhvf和高压给定信号Uhvg进行比较、调节得到的高压调节信号Uhvff输入给高压电源，来控制高压电源输出稳定高压提供给高压气体放电电子枪；
电压控制与调节电路进一步用于通过将电离电压反馈信号Udvf和电离电压给定信号Udvg进行比较、调节得到的电离电压调节信号Udvff输入给电离电压电源，来控制电离电压电源输出稳定电离电压，施加到高压气体放电电子枪的冷阴极和放电阳极使电子枪放电腔室内的混合气体电离；
束流采样电阻R1的第二端接地；束流控制与调节电路的第一输入端，与束流采样电阻R1连接，用于接收束流采样电阻R1采样到的电子束流反馈信号Ibf；束流控制与调节电路的第二输入端，与电子束流给定电路连接，用于接收电子束流给定电路的电子束流给定信号Ibg；束流控制与调节电路的输出端与气体流量控制器的输入端连接，用于输出混合气流量调节信号Ugas给气体流量控制器；
束流控制与调节电路用于通过将电子束流反馈信号Ibf和电子束流给定信号Ibg进行比较、调节得到的混合气流量调节信号Ugas输入给气体流量控制器，来控制气体流量控制器以获得稳定的电子束流输出。
在一个实施例中，高压电源包括：高压电源低压功率调节电路和高压电源高压升压整流电路；其中，
高压电源低压功率调节电路的控制信号输入端，与电压控制与调节电路的第一输出端连接，用于接收电压控制与调节电路3输出的高压调节信号Uhvff；高压电源高压升压整流电路输出的正端，与束流采样电阻R1的第一端连接；高压电源高压升压整流电路输出的负端与电离电源的正端和高压气体放电电子枪放电阳极连接；
高压电源高压升压整流电路输出的正端为高压电源输出的正端；高压电源高压升压整流电路输出的负端为高压电源输出的负端。
在一个实施例中，
高压电源低压功率调节电路包括：高压电源三相桥整流滤波电路、高压电源第一级逆变电路、高压电源低压隔离变压器TR0、高压电源第二级整流滤波电路和高压电源第二级逆变电路；高压电源高压升压整流电路包括：高压电源升压变压器TR1和高压电源倍压整流电路；其中，
高压电源三相桥整流滤波电路，与380V工频交流电连接，用于将380V工频交流电的第一交流电转变成第一级直流电；第一级直流电输入到高压电源第一级逆变电路，经过高压电源第一级逆变电路的逆变，原、副边变比1：1的高压电源低压隔离变压器TR0耦合产生的第二级交流电作为高压电源第二级整流滤波电路的输入，经过高压电源第二级整流滤波电路整流滤波后，产生的第二级直流电作为高压电源第二级逆变电路的输入电压，经过高压电源第二级逆变电路的逆变、高压电源升压变压器TR1的升压，将第二级直流电变换成第三级交流电，第三级交流电为高压交流电，经过高压电源倍压整流电路变成高压电作为第三级直流电稳定输出。
在一个实施例中，高压采样电路包括串联在一起的高压电阻R2和高压电阻R3，并联在高压电源倍压整流电路输出的正端和负端之间；高压电阻R2和高压电阻R3包括串并联在一起的多只高压电阻。
在一个实施例中，电压控制与调节电路包括高压控制与调节电路；
高压控制与调节电路包括：高压电源电压PID调整电路、高压电源PWM调整电路、高压电源第一级逆变电路驱动电路和高压电源第二级逆变电路驱动电路；其中，
高压电源电压PID调整电路的第一输入端，与高压采样电路的输出端连接，用于接收高压反馈信号Uhvf；高压电源电压PID调整电路的第二输入端，与高压给定电路的输出端连接，用于接收高压给定信号Uhvg；高压电源电压PID调整电路用于将高压反馈信号Uhvf和高压给定信号Uhvg进行比较、调节得到高压调节信号Uhvff；
高压电源PWM调整电路的控制信号输入端与高压电源电压PID调整电路的输出端连接，用于接收高压调节信号Uhvff；
高压电源第一级逆变电路驱动电路的驱动信号输入端，与高压电源PWM调整电路的第一组驱动信号输出端连接，用于接收高压电源PWM调整电路输出的第一组互补的脉宽可调的PWM信号；高压电源第一级逆变电路驱动电路的输出端，与高压电源第一级逆变电路的功率开关器件的栅极连接，用于调整高压电源第一级逆变电路中功率开关器件的开关时间，从而使高压电源第二级整流滤波电路输出的第二级直流电得到调整；
高压电源第二级逆变电路的驱动电路的驱动信号输入端，与高压电源PWM调整电路的第二组驱动信号输出端连接，用于接收高压电源PWM调整电路输出的第二组互补的脉宽可调的PWM信号；高压电源第二级逆变电路驱动电路的输出端，与高压电源第二级逆变电路中功率开关器件的栅极连接，高压电源第二级逆变电路和高压电源升压变压器TR1将第二级直流转换成高压交流电，经过高压电源倍压整流电路升压后获得稳定高压直流电输出。
在一个实施例中，电离电源包括：电离电源功率调节电路和电离电源高压隔离整流滤波电路；其中，
电离电源功率调节电路的控制信号输入端与电压控制与调节电路的第二输出端连接，用于接收电压控制与调节电路输出的电离电压调节信号Udvff；电离电源高压隔离整流滤波电路输出的正端与高压电源输出的负端连接，电离电源高压隔离整流滤波电路输出的负端连接高压气体放电电子枪冷阴极；
电离电源高压隔离整流滤波电路输出的正端为电离电源输出的正端；电离电源高压隔离整流滤波电路输出的负端为电离电源输出的负端。
在一个实施例中，电离电源功率调节电路包括：电离电源三相桥整流滤波电路、电离电源第一级逆变电路、电离电源低压隔离变压器TR2、电离电源第二级整流滤波电路和电离电源第二级逆变电路；电离电源高压隔离整流滤波电路包括：电离电源高压隔离变压器TR3和电离电源整流滤波电路；其中，
电离电源三相桥整流滤波电路，与380V工频交流电连接，用于将380V工频交流电的第一交流电转变成第一级直流电；第一级直流电输入到电离电源第一级逆变电路，经过电离电源第一级逆变电路的逆变，原、副边变比1：1的电离电源低压隔离变压器TR2耦合产生的第二级交流电作为电离电源第二级整流滤波电路的输入，经过电离电源第二级整流滤波电路整流滤波后，产生的第二级直流电作为电离电源第二级逆变电路的输入电压，经过电离电源第二级逆变电路的逆变，由电离电源高压隔离变压器TR3耦合后，将第二级直流电变换成第三级交流电，经过电离电源整流滤波电路后变成第三级直流电。
在一个实施例中，电离电压采样电路包括串联在一起的高压电阻R4和高压电阻R5，并联在电离电源整流滤波电路输出的负端和高压电源倍压整流电路输出的正端之间；高压电阻R4和高压电阻R5包括串并联在一起的多只高压电阻。
在一个实施例中，电压控制与调节电路包括电离电压控制与调节电路；
电离电压控制与调节电路包括：电离电源电压PID调整电路、电离电源PWM调整电路、电离电源第一级逆变电路驱动电路和电离电源第二级逆变电路的驱动电路；其中，
电离电源电压PID调整电路的第一输入端，与电离电压采样电路的输出端连接，用于接收实际电离电压反馈信号Udvf1；电离电源电压PID调整电路的第二输入端与电离电压给定电路连接，用于接收电离电压给定信号Udvg；电离电源电压PID调整电路用于将实际电离电压反馈信号Udvf1和电离电压给定信号Udvg进行比较、调节得到电离电压调节信号Udvff；
电离电源PWM调整电路的控制信号输入端，与电离电源电压PID调整电路的输出端连接，用于接收电离电压调节信号Udvff；
电离电源第一级逆变电路驱动电路的驱动信号输入端，与电离电源PWM调整电路的第一组驱动信号输出端连接，用于接收电离电源PWM调整电路输出的第一组互补的脉宽可调的PWM信号；电离电源第一级逆变电路驱动电路的输出端，与电离电源第一级逆变电路的功率开关器件的栅极连接，用于调整电离电源第一级逆变电路的功率开关器件的开关时间，从而使电离电源第二级整流滤波电路输出的第二级直流电得到调整；
电离电源第二级逆变电路的驱动电路的驱动信号输入端，与电离电源PWM调整电路的第二组驱动信号输出端连接，用于接收电离电源PWM调整电路输出的第二组互补的脉宽可调的PWM信号；电离电源第二级逆变电路驱动电路的输出端，与电离电源第二级逆变电路中功率开关器件的栅极连接；电离电源第二级逆变电路、电离电源高压隔离变压器TR3将第二级直流电转换成交流电，经过电离电源整流滤波电路后获得稳定的电离电压直流输出。
本发明还提供了上述高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置的控制方法，用以获得一种阴极寿命长，电子运动速度高的电子束流发生技术，该方法包括：
高压采样电路采集到的高压信号经过处理后得到的高压反馈信号Uhvf和高压给定电路输出的高压给定信号Uhvg输入到电压控制与调节电路中，通过电压控制与调节电路的比较、调节，得到的高压调节信号Uhvff输入给高压电源来控制高压电源输出稳定高压提供给高压气体放电电子枪；
电离电压采样电路采集到的电离电压信号经过处理后得到的电离电压反馈信号Udvf和电离电压给定电路输出的电离电压给定信号Udvg输入到电压控制与调节电路中，通过电压控制与调节电路的比较、调节，得到的电离电压调节信号Udvff输入给电离电压电源来控制电离电压电源输出稳定电离电压，施加到高压气体放电电子枪的冷阴极和放电阳极使电子枪放电腔室内的混合气体电离；
电子束流产生后，束流采样电阻R1对束流进行采样，采样到的电子束流反馈信号Ibf和电子束流给定信号Ibg输入到束流控制与调节电路中，经过束流控制与调节电路的比较、调节，产生混合气流量调节信号Ugas输入给气体流量控制器，来控制气体流量控制器以获得稳定的电子束流输出。
本发明提供了一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置及其控制方法，该电源装置包括：高压电源、高压采样电路、电离电源、电离电压采样电路、电压控制与调节电路、束流采样电阻和束流控制与调节电路。其中，高压采样电路对高压电源进行采样得到的高压反馈信号与高压给定信号输入电压控制与调节电路，经过调节得到的高压调节信号控制高压电源输出稳定高压。电离电压采样电路对电离电源进行采样得到的电离电压反馈信号与电离电压给定信号输入电压控制与调节电路，经过调节得到的电离电压调节信号控制电离电源输出稳定电离电压使气体放电电子枪的放电腔室内的混合气体电离。电子束流产生后，束流采样电阻R1对电子束流进行采样，得到的束流采样信号经过处理成的电子束流反馈信号与电子束流给定信号输入到束流控制与调节电路，经过调节后产生混合气流量调节信号控制混合气体流量，以获得稳定的电子束流输出。本发明技术方案既保证了冷阴极气体放电电子枪的阴极寿命长等优点，又可以长期在高压的状态下稳定工作，使得电子束穿透能力强，可以提高冷阴极气体放电电子枪的工作电压，获得长寿命新型电子束源。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施中高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置的结构示意图；
图2是本发明另一实施中高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置电路示意图；
图3是本发明实施中高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置的控制方法流程示意图。
主要配件符号说明：
10～高压电源；
1～高压电源低压功率调节电路；
101～高压电源高压升压整流电路；
11～连接高压电源低压功率调节电路与高压升压整流电路的导线A；
12～连接高压电源低压功率调节电路与高压升压整流电路的导线B；
13～连接高压电源输出负端与电离电源正端的导线；
14～连接高压电源输出负端与高电压气体放电电子枪放电阳极的高压导线A；
20～电离电源；
2～电离电源功率调节电路；
201～电离电源高压隔离整流滤波电路；
21～连接电离电源功率调节电路与高压隔离整流滤波电路的导线C；
22～连接电离电源功率调节电路与高压隔离整流滤波电路的导线D；
23～连接电离电源输出负端与高电压气体放电电子枪冷阴极的高压导线B；
3～电压控制与调节电路；
31～高压采样电路；
32～电离电压采样电路；
4～高压气体放电电子枪冷阴极；
5～高压气体放电电子枪的壳体；
51～气体导管；
52～绝缘气隔；
6～高压气体放电电子枪放电阳极；
7～高压气体放电电子枪的阳极；
R1～束流采样电阻；
8～束流控制与调节电路；
81～气体流量控制器；
Uhvf～高压反馈信号；
Udvf～电离电压反馈信号；
Uhvg～高压给定信号；
Udvg～电离电压给定信号；
Uhvff～高压调节信号；
Udvff～电离电压调节信号；
Ibf～电子束流反馈信号；
Ibg～电子束流给定信号；
Ugas～混合气流量调节信号；
100～高压电源三相桥整流滤波电路；
101～高压电源高压升压整流电路；
102～高压电源第一级逆变电路；
103～高压电源第二级整流滤波电路；
104～高压电源第二级逆变电路；
105～高压电源倍压整流电路；
106～高压电源PWM调整电路；
107～高压电源第一级逆变电路驱动电路；
108～高压电源第二级逆变电路驱动电路；
200～电离电源三相桥整流滤波电路；
201～电离电源高压隔离整流滤波电路；
202～电离电源第一级逆变电路；
203～电离电源第二级整流滤波电路；
204～电离电源第二级逆变电路；
205～电离电源整流滤波电路；
206～电离电源PWM调整电路；
207～电离电源第一级逆变电路驱动电路；
208～电离电源第二级逆变电路驱动电路；
301～高压电源电压PID调整电路；
302～电离电源电压PID调整电路；
320～反馈电离电压的运算电路；
TR0～高压电源低压隔离变压器；
TR1～高压电源升压变压器；
TR2～电离电源低压隔离变压器；
TR3～电离电源高压隔离变压器；
U1～第一运算放大器；
U2～第二运算放大器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1是本发明实施中高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置的结构示意图。本发明实施例提供了一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置，用以获得一种阴极寿命长，电子运动速度高的电子束流发生技术，如图1所示，该电源装置包括：高压电源10、高压采样电路31、电离电源20、电离电压采样电路32、电压控制与调节电路3、束流采样电阻R1和束流控制与调节电路8；其中，
高压电源10输出的正端与束流采样电阻R1的第一端连接，高压电源10输出的负端与电离电源20的正端和高压气体放电电子枪放电阳极6连接；高压电源10的控制信号输入端与电压控制与调节电路3的第一输出端连接，高压电源10的控制信号输入端用于接收电压控制与调节电路3输出的高压调节信号Uhvff；
高压采样电路31并联在高压电源10输出的正端和负端之间；
电离电源20输出的负端与高压气体放电电子枪冷阴极4连接；电离电源20的控制信号输入端与电压控制与调节电路3的第二输出端连接，电离电源20的控制信号输入端用于接收电压控制与调节电路3输出的电离电压调节信号Udvff；
电离电压采样电路32并联在电离电源20输出的负端和高压电源10输出的正端之间；
电压控制与调节电路3的第一输入端与高压采样电路31连接，电压控制与调节电路3的第一输入端用于接收高压采样电路31输出的高压反馈信号Uhvf；电压控制与调节电路3的第二输入端与高压给定电路连接，电压控制与调节电路3的第二输入端用于接收高压给定电路输出的高压给定信号Uhvg；高压给定信号Uhvg由PLC控制系统或模拟电位调节电路产生；电压控制与调节电路3的第三输入端与电离电压采样电路32连接，电压控制与调节电路3的第三输入端用于接收电离电压采样电路32输出的电离电压反馈信号Udvf；电压控制与调节电路3的第四输入端与电离电源给定电路连接，电压控制与调节电路3的第四输入端用于接收电离电源给定电路输出的电离电压给定信号Udvg；电离电压给定信号Udvg由PLC控制系统或模拟电位调节电路产生。
电压控制与调节电路3用于通过将高压反馈信号Uhvf和高压给定信号Uhvg进行比较、调节得到的高压调节信号Uhvff输入给高压电源10，来控制高压电源10输出稳定高压提供给高压气体放电电子枪；
电压控制与调节电路3进一步用于通过将电离电压反馈信号Udvf和电离电压给定信号Udvg进行比较、调节得到的电离电压调节信号Udvff输入给电离电压电源20，来控制电离电压电源20输出稳定电离电压，施加到高压气体放电电子枪的冷阴极4和放电阳极6使电子枪放电腔室内的混合气体电离；
束流采样电阻R1的第二端接地；束流控制与调节电路8的第一输入端与束流采样电阻R1连接，束流控制与调节电路8的第一输入端用于接收束流采样电阻R1采样到的电子束流反馈信号Ibf；束流控制与调节电路8的第二输入端与电子束流给定电路连接，束流控制与调节电路8的第二输入端用于接收电子束流给定电路的电子束流给定信号Ibg；束流控制与调节电路8的输出端与气体流量控制器81的输入端连接，用于输出混合气流量调节信号Ugas给气体流量控制器81；
束流控制与调节电路8用于通过将电子束流反馈信号Ibf和电子束流给定信号Ibg进行比较、调节得到的混合气流量调节信号Ugas输入给气体流量控制器81，来控制气体流量控制器81以获得稳定的电子束流输出。上述电子束流给定信号Ibg由PLC控制系统或模拟电位调节电路产生。
本发明实施例中冷阴极气体放电电子枪的电源装置中，高压采样电路31对高压电源10进行采样、处理后得到的高压反馈信号Uhvf与高压给定信号Uhvg输入电压控制与调节电路3，经过调节得到的高压调节信号Uhvff控制高压电源10输出稳定高压提供给高压气体放电电子枪。电离电压采样电路32对电离电源20进行采样、处理后得到的电离电压反馈信号Udvf与电离电压给定信号Udvg输入电压控制与调节电路3，经过调节得到的电离电压调节信号Udvff控制电离电源20输出稳定电离电压施加到高压气体放电电子枪的冷阴极和放电阳极，使电子枪放电腔室内的混合气体电离。电子束流产生后，束流采样电阻R1对电子束流进行采样，得到的束流采样信号经过处理成的电子束流反馈信号Ibf与电子束流给定信号Ibg输入到束流控制与调节电路8，经过调节后产生混合气流量调节信号Ugas控制电子束流稳定输出。本发明技术方案既保证了冷阴极气体放电电子枪的阴极寿命长等优点，又可以长期在高压的状态下稳定工作，使电子束穿透能力得到了增强。
上述本发明实施例，具体工作过程如下：
首先，高压采样电路31对高压电源10进行采样、处理后得到的高压反馈信号Uhvf与高压给定信号Uhvg输入电压控制与调节电路3，经过调节得到高压调节信号Uhvff。高压电源低压功率调节电路1根据电压控制与调节电路3给出的高压调节信号Uhvff调节输出电压，经过高压电源高压升压整流电路101升压后得到高压输出；启动气体流量控制器81，向电子枪放电腔室内充入氢、氧混合气体(图1中位于高压气体放电电子枪的壳体5内的箭头即为气体流量控制器81向电子枪放电腔室内充入氢、氧混合气体的方向)。
然后，电离电压采样电路32对电离电源20进行采样、处理后得到的电离电压反馈信号Udvf与电离电压给定信号Udvg输入电压控制与调节电路3，经过调节得到电离电压调节信号Udvff。电离电源功率调节电路2根据电压控制与调节电路3给出的电压调节信号Udvff调节输出电离电压，经过电离电源的高压隔离整流滤波电路201整流滤波后，输出稳定的电离电压施加到高压气体放电电子枪的冷阴极4与放电阳极6。当上述电离电压使上述混合气体电离，使冷阴极4与放电阳极6组成的放电腔室内充满等离子体，等离子体中的正离子向冷阴极4运动，轰击冷阴极4表面，产生二次电子，所述二次电子与等离子体中的电子在电离电压形成的电场作用下，向放电阳极6运动，当所述电子通过放电阳极6的中心孔，进入放电阳极6与阳极7之间的高压电场区，被高压电场加速后，再经过阳极7的静电汇聚，电磁聚焦系统聚焦后形成电子束流。
最后，电子束流产生后，通过与地相接的束流采样电阻R1对电子束流进行采样，得到的束流采样信号经过处理成的电子束流反馈信号Ibf与电子束流给定信号Ibg输入到束流控制与调节电路8，经过束流控制与调节电路8调节后产生混合气流量调节信号Ugas调节气体流量控制器81输出的混合气流量，使电子束流输出稳定。
上述技术方案可以提高冷阴极电子枪工作电压，获得长寿命新型电子束源。
在一个实施例中，如图1所示，高压电源10包括：高压电源低压功率调节电路1和高压电源高压升压整流电路101；其中，
高压电源低压功率调节电路1的控制信号输入端与电压控制与调节电路3的第一输出端连接，高压电源低压功率调节电路1的控制信号输入端用于接收电压控制与调节电路3输出的高压调节信号Uhvff；高压电源高压升压整流电路101输出的正端，与束流采样电阻R1的第一端连接；高压电源高压升压整流电路101输出的负端与电离电源20的正端和高压气体放电电子枪放电阳极6连接；
高压电源高压升压整流电路101输出的正端为高压电源10输出的正端；高压电源高压升压整流电路101输出的负端为高压电源10输出的负端。
图2是本发明另一实施中冷阴极气体放电电子枪的电源装置电路示意图，如图2所示，高压电源低压功率调节电路1包括：高压电源三相桥整流滤波电路100、高压电源第一级逆变电路102、高压电源低压隔离变压器TR0、高压电源第二级整流滤波电路103和高压电源第二级逆变电路104；高压电源高压升压整流电路101包括：高压电源升压变压器TR1和高压电源倍压整流电路105；其中，
高压电源三相桥整流滤波电路100与380V工频交流电连接，高压电源三相桥整流滤波电路100用于将380V工频交流电的第一交流电转变成第一级直流电；第一级直流电输入到高压电源第一级逆变电路102，经过高压电源第一级逆变电路102的逆变，原、副边变比1：1的高压电源低压隔离变压器TR0耦合产生的第二级交流电作为高压电源第二级整流滤波电路103的输入，经过高压电源第二级整流滤波电路103整流滤波后，产生的第二级直流电作为高压电源第二级逆变电路104的输入电压，经过高压电源第二级逆变电路104的逆变、高压电源升压变压器TR1的升压，将第二级直流电变换成第三级交流电，第三级交流电为高压交流电，经过高压电源倍压整流电路105变成高压电作为第三级直流电稳定输出。
具体工作时，如图2所示，本发明的电源装置的高压电源的电压从输入端到输出端的变换过程为AC-DC-AC-DC-AC-DC(AC＝Alternating Current(交流)，DC＝DirectCurrent(直流))，380V工频交流电作为第一级交流电经过高压电源三相桥整流滤波电路100后，变成第一级直流电，所述第一级直流电输入到高压电源第一级逆变电路102，经过高压电源第一级逆变电路102逆变，原、副边变比1：1的高压电源低压隔离变压器TR0耦合产生的第二级交流电作为高压电源第二级整流滤波电路103的输入，经过高压电源第二级整流滤波电路103整流滤波后，产生的第二级直流电，所述第二级直流电作为高压电源第二级逆变电路104的输入电压，经过高压电源第二级逆变电路104逆变、高压电源升压变压器TR1升压，将所述第二级直流电变换成第三级交流电，所述第三级交流电为高压交流电，经过高压电源倍压整流电路105后变成第三级直流电，所述第三级直流电为高压电。所述高压电的调节范围为-50kV～-150kV，这样就实现了既保证了冷阴极气体放电电子枪的阴极寿命长等优点，又可以长期在高压的状态下稳定工作，使电子束穿透能力得到了增强。其中，高压电源第一级逆变电路102用于调整第二级直流电压，高压电源第二级逆变电路104处于满脉宽工作状态，仅用于逆变，将可以调节的第二级直流电压变换成交流电，经高压电源高压升压整流电路101获得可以调节的高压输出。
由上述可知，本发明电源装置的高压电源采用了AC-DC-AC-DC-AC-DC的双逆变的拓扑电路，使得输出高压微波很小，电压波动范围可以控制在±0.5％以内。
在一个实施例中，如图2所示，高压采样电路31包括串联在一起的高压电阻R2和高压电阻R3，并联在高压电源倍压整流电路105输出的正端和负端之间；高压电阻R2和高压电阻R3包括串并联在一起的多只高压电阻。
在一个实施例中，电压控制与调节电路3包括高压控制与调节电路；
如图2所示，高压控制与调节电路包括：高压电源电压PID调整电路301、高压电源PWM调整电路106、高压电源第一级逆变电路驱动电路107和高压电源第二级逆变电路驱动电路108；其中，
高压电源电压PID调整电路301的第一输入端与高压采样电路31的输出端连接，高压电源电压PID调整电路301的第一输入端用于接收高压反馈信号Uhvf；高压电源电压PID调整电路301的第二输入端与高压给定电路的输出端连接，高压电源电压PID调整电路301的第二输入端用于接收高压给定信号Uhvg；高压电源电压PID调整电路301用于将高压反馈信号Uhvf和高压给定信号Uhvg进行比较、调节得到高压调节信号Uhvff；
高压电源PWM调整电路106的控制信号输入端与高压电源电压PID调整电路301的输出端连接，用于接收高压调节信号Uhvff；
高压电源第一级逆变电路驱动电路107的驱动信号输入端与高压电源PWM调整电路106的第一组驱动信号输出端连接，高压电源第一级逆变电路驱动电路107的驱动信号输入端用于接收高压电源PWM调整电路106输出的第一组互补的脉宽可调的PWM信号；高压电源第一级逆变电路驱动电路107的输出端与高压电源第一级逆变电路102的功率开关器件的栅极连接，高压电源第一级逆变电路驱动电路107的输出端用于调整高压电源第一级逆变电路102中功率开关器件的开关时间，从而使高压电源第二级整流滤波电路103输出的第二级直流电得到调整；
高压电源第二级逆变电路的驱动电路108的驱动信号输入端与高压电源PWM调整电路106的第二组驱动信号输出端连接，高压电源第二级逆变电路的驱动电路108的驱动信号输入端用于接收高压电源PWM调整电路106输出的第二组互补的脉宽可调的PWM信号；高压电源第二级逆变电路驱动电路108的输出端与高压电源第二级逆变电路104中功率开关器件的栅极连接，高压电源第二级逆变电路104和高压电源升压变压器TR1将第二级直流转换成高压交流电，经过高压电源倍压整流电路105升压后获得稳定高压直流电输出。
具体实施时，如图2所示，本发明实施例中高压采样电路31可以包括串联组成的高压电阻R2和高压电阻R3，并联在高压电源的输出端。所述高压电阻R2和高压电阻R3是由多只高压电阻串并联形成的。从R3两端采样得到的电压信号经由第一运算放大器U1、R6、R7、R8组成的差动放大器采样后得到高压反馈信号Uhvf，所述高压反馈信号Uhvf与高压给定信号Uhvg输入到高压电源电压PID调整电路301，经过高压电源电压PID调整电路301的调节后的高压调节信号Uhvff输入到高压电源PWM调整电路106中，所述高压电源PWM调整电路106调整PWM脉宽，将一组互补的脉宽可调的PWM信号经由高压电源第一级逆变电路驱动电路107输入到高压电源第一级逆变电路102的功率开关器件的栅极，调整高压电源第一级逆变电路102中功率开关器件的导通时间，从而使高压电源第二级整流滤波电路103输出的第二级直流电得到调整。高压电源PWM调整电路106输出的另一组互补的脉宽可调的PWM信号，经由高压电源第二级逆变电路驱动电路108，输入到高压电源第二级逆变电路104中功率开关器件的栅极，高压电源第二级逆变电路104、高压电源的升压变压器TR1将所述第二级直流电转换成高压交流电，经过高压电源倍压整流电路105升压后获得稳定的高压直流输出。
在一个实施例中，如图2所示，电离电源包括：电离电源功率调节电路2和电离电源高压隔离整流滤波电路201；其中，
电离电源20功率调节电路2的控制信号输入端与电压控制与调节电路3的第二输出端连接，电离电源20功率调节电路2的控制信号输入端用于接收电压控制与调节电路3输出的电离电压调节信号Udvff；电离电源高压隔离整流滤波电路201输出的正端与高压电源10输出的负端连接，电离电源高压隔离整流滤波电路201输出的负端连接高压气体放电电子枪冷阴极4；
电离电源高压隔离整流滤波电路201输出的正端为电离电源20输出的正端；电离电源高压隔离整流滤波电路201输出的负端为电离电源20输出的负端。
在一个实施例中，电离电源功率调节电路2包括：电离电源三相桥整流滤波电路200、电离电源第一级逆变电路202、电离电源低压隔离变压器TR2、电离电源第二级整流滤波电路203和电离电源第二级逆变电路204；电离电源高压隔离整流滤波电路201包括：电离电源高压隔离变压器TR3和电离电源整流滤波电路205；其中，
电离电源三相桥整流滤波电路200与380V工频交流电连接，电离电源三相桥整流滤波电路200用于将380V工频交流电的第一交流电转变成第一级直流电；第一级直流电输入到电离电源第一级逆变电路202，经过电离电源第一级逆变电路202的逆变，原、副边变比1：1的电离电源低压隔离变压器TR2耦合产生的第二级交流电作为电离电源第二级整流滤波电路203的输入，经过电离电源第二级整流滤波电路203整流滤波后，产生的第二级直流电作为电离电源第二级逆变电路204的输入电压，经过电离电源第二级逆变电路204的逆变，由电离电源高压隔离变压器TR3耦合后，将第二级直流电变换成第三级交流电，经过电离电源整流滤波电路205后变成第三级直流电。
具体工作时，如图2所示，本发明的电源装置的电离电源电压从输入到输出的变换过程为AC-DC-AC-DC-AC-DC(AC＝Alternating Current(交流)，DC＝Direct Current(直流))，380V工频交流电作为第一级交流电经过电离电源三相桥整流滤波电路200后变成第一级直流电，所述第一级直流电输入到电离电源第一级逆变电路202，经过电离电源第一级逆变电路202逆变，原、副边变比1：1的电离电源低压隔离变压器TR2耦合产生的第二级交流电作为电离电源第二级整流滤波电路203的输入，经过电离电源第二级整流滤波电路203整流滤波后，产生的第二级直流电，所述第二级直流电作为电离电源第二级逆变电路204的输入电压，经过电离电源第二级逆变电路204逆变，由电离电源高压隔离变压器TR3耦合后，将所述第二级直流电变换成第三级交流电，经过电离电源整流滤波电路205后变成第三级直流电。所述直流电调节范围为0～-10000V，这样就可以保证长期在高电离电压的状态下稳定工作。其中，电离电源第一级逆变电路202用于调整第二级直流电压，电离电源第二级逆变电路204处于满脉宽工作状态，仅用于逆变，将可以调节的第二级直流电压变换成交流电，经电离电源高压隔离整流滤波电路201获得可以调节的电离电压输出。
由上述可知，本发明电源装置的电离电源采用了AC-DC-AC-DC-AC-DC的双逆变的拓扑电路，使得输出电压微波很小，电压波动范围可控制在±0.5％以内。
在一个实施例中，电离电压采样电路32包括串联在一起的高压电阻R4和高压电阻R5，并联在电离电源整流滤波电路205输出的负端和高压电源倍压整流电路105输出的正端之间；高压电阻R4和高压电阻R5包括串并联在一起的多只高压电阻。
在一个实施例中，如图2所示，电离电压控制与调节电路包括：电离电源电压PID调整电路302、电离电源PWM调整电路206、电离电源第一级逆变电路驱动电路207和电离电源第二级逆变电路的驱动电路208；其中，
电离电源电压PID调整电路302的第一输入端与电离电压采样电路32的输出端连接，电离电源电压PID调整电路302的第一输入端用于接收实际电离电压反馈信号Udvf1；电离电源电压PID调整电路302的第二输入端与电离电压给定电路连接，电离电源电压PID调整电路302的第二输入端用于接收电离电压给定信号Udvg；电离电源电压PID调整电路302用于将实际电离电压反馈信号Udvf1和电离电压给定信号Udvg进行比较、调节得到电离电压调节信号Udvff；
电离电源PWM调整电路206的控制信号输入端与电离电源电压PID调整电路302的输出端连接，用于接收电离电压调节信号Udvff；
电离电源第一级逆变电路驱动电路207的驱动信号输入端与电离电源PWM调整电路206的第一组驱动信号输出端连接，电离电源第一级逆变电路驱动电路207的驱动信号输入端用于接收电离电源PWM调整电路206输出的第一组互补的脉宽可调的PWM信号；电离电源第一级逆变电路驱动电路207的输出端与电离电源第一级逆变电路202的功率开关器件的栅极连接，电离电源第一级逆变电路驱动电路207的输出PWM用于调整电离电源第一级逆变电路202的功率开关器件的开关时间，从而使电离电源第二级整流滤波电路203输出的第二级直流电得到调整；
电离电源第二级逆变电路的驱动电路208的驱动信号输入端与电离电源PWM调整电路206的第二组驱动信号输出端连接，电离电源第二级逆变电路的驱动电路208的驱动信号输入端用于接收电离电源PWM调整电路206输出的第二组互补的脉宽可调的PWM信号；电离电源第二级逆变电路驱动电路208的输出端与电离电源第二级逆变电路204中功率开关器件的栅极连接；电离电源第二级逆变电路204、电离电源高压隔离变压器TR3将第二级直流电转换成交流电，经过电离电源整流滤波电路205后获得稳定的电离电压直流输出。
如图2所示，具体实施时，本发明实施例中电离电压采样电路32可以包括串联组成的高压电阻R4和高压电阻R5，并联在高压电源的正端与电离电源的负端。所述R4、R5是由多只高压电阻串并联形成的。从R5两端采样得到的电压信号经由第二运算放大器U2、R9、R10、R11、组成的差动放大器采样后得到电离电压反馈信号Udvf。所述电离电压反馈信号Udvf与高压反馈信号Uhvf输入到反馈电离电压的运算电路320中，求出差值并进行放大(由于在进行电路连接时，方便连接，将电离电压采样电路32并联在电离电源20输出的负端和高压电源10输出的正端，那么在进行计算时就要将高压电源的采样值减去)，获得实际的电离电压反馈信号Udvf1。所述电离电压反馈信号Udvf1与电离电压给定信号Udvg输入到电离电源电压PID调整电路302，经过电离电源电压PID调整电路302的调节后，得到的电离电压调节信号Udvff输入到电离电源PWM调整电路206中。所述电离电源PWM调整电路206调整PWM脉宽，将一组互补的脉宽可调的PWM信号经由电离电源第一级逆变电路驱动电路207输入到电离电源第一级逆变电路202的功率开关器件的栅极，调整电离电源第一级逆变电路202功率开关器件的导通时间，从而使电离电源第二级整流滤波电路203输出的第二级直流电得到调整。电离电源PWM调整电路206输出另一组互补的脉宽可调的PWM信号，经由电离电源第二级逆变电路驱动电路208，输入到电离电源第二级逆变电路204中功率开关器件的栅极，电离电源第二级逆变电路204、电离电源高压隔离变压器TR3将所述第二级直流电转换成交流电，经过电离电源的整流滤波电路205后获得稳定的电离电压直流输出。
上述实施例电压PID调整电路301和电离电源电压PID调整电路302中，PID的含义：P-比例(proportion)、I-积分(integration)、D-微分(differentiation)，PID调节电路(比例-积分-微分)是一个在工业控制应用中的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。另外，上述实施例高压电源PWM调整电路106和电离电源PWM调整电路206中，PWM的含义：脉宽调变(Pulse-Width Modulation)，脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
高压采样电路31与电离电压采样电路32采用相同比例和阻值。这样的设计是为了在各采样计算时，方便实施例中计算得到高压调节信号Uhvff、电离电压调节信号Udvff等。
图3是本发明实施中高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置的控制方法流程示意图，如图3所示，本发明实施例还提供了一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置的控制方法，以获得一种阴极寿命长，电子运动速度高的电子束流发生技术，该控制方法包括如下步骤：
步骤1：高压采样电路31采集到的高压信号经过处理后得到的高压反馈信号Uhvf和高压给定电路输出的高压给定信号Uhvg输入到电压控制与调节电路3中，通过电压控制与调节电路3的比较、调节，得到的高压调节信号Uhvff输入给高压电源10来控制高压电源10输出稳定高压提供给高压气体放电电子枪；
步骤2：电离电压采样电路32采集到的电离电压信号经过处理后得到的电离电压反馈信号Udvf和电离电压给定电路输出的电离电压给定信号Udvg输入到电压控制与调节电路3中，通过电压控制与调节电路3的比较、调节，得到的电离电压调节信号Udvff输入给电离电压电源20来控制电离电压电源20输出稳定电离电压，施加到高压气体放电电子枪的冷阴极4和放电阳极6使电子枪放电腔室内的混合气体电离；
步骤3：电子束流产生后，束流采样电阻R1对束流进行采样，采样到的电子束流反馈信号Ibf和电子束流给定信号Ibg输入到束流控制与调节电路8中，经过束流控制与调节电路8的比较、调节，产生混合气流量调节信号Ugas输入给气体流量控制器81，来控制气体流量控制器81以获得稳定的电子束流输出。
与高压热阴极三极电子枪配套电源相比，本发明实施例的高压冷阴极气体放电电子枪配套的电源装置的控制方法简洁，电子束流调节方便，本发明技术方案将高压采样电路、电离电压采样电路和束流采样电阻的采样信号作为反馈量，与给定值进行比较，闭环控制高压电源、电离电源和气体流量控制器，使高压电源、电离电源和电子束流输出稳定。本发明实施例提供的技术方案，可以提高冷阴极气体放电电子枪的工作电压，获得长寿命新型电子束源,电子束穿透能力强。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置，其特征在于，包括：高压电源(10)、高压采样电路(31)、电离电源(20)、电离电压采样电路(32)、电压控制与调节电路(3)、束流采样电阻R1和束流控制与调节电路(8)；其中，
所述高压电源(10)输出的正端与所述束流采样电阻R1的第一端连接，所述高压电源(10)输出的负端与所述电离电源(20)的正端和高压气体放电电子枪放电阳极(6)连接；所述高压电源(10)的控制信号输入端，与所述电压控制与调节电路(3)的第一输出端连接，所述高压电源(10)的控制信号输入端用于接收所述电压控制与调节电路(3)输出的高压调节信号Uhvff；
所述高压采样电路(31)并联在所述高压电源(10)输出的正端和负端之间；
所述电离电源(20)输出的负端与高压气体放电电子枪冷阴极(4)连接；所述电离电源(20)的控制信号输入端，与所述电压控制与调节电路(3)的第二输出端连接，用于接收所述电压控制与调节电路(3)输出的电离电压调节信号Udvff；
所述电离电压采样电路(32)并联在所述电离电源(20)输出的负端和所述高压电源(10)输出的正端之间；
所述电压控制与调节电路(3)的第一输入端，与所述高压采样电路(31)连接，用于接收所述高压采样电路(31)输出的高压反馈信号Uhvf；所述电压控制与调节电路(3)的第二输入端，与高压给定电路连接，用于接收所述高压给定电路输出的高压给定信号Uhvg；所述电压控制与调节电路(3)的第三输入端，与所述电离电压采样电路(32)连接，用于接收所述电离电压采样电路(32)输出的电离电压反馈信号Udvf；所述电压控制与调节电路(3)的第四输入端，与电离电源给定电路连接，用于接收所述电离电源给定电路输出的电离电压给定信号Udvg；
所述电压控制与调节电路(3)用于通过将所述高压反馈信号Uhvf和高压给定信号Uhvg进行比较、调节得到的高压调节信号Uhvff输入给所述高压电源(10)，来控制所述高压电源(10)输出稳定高压提供给高压气体放电电子枪；
所述电压控制与调节电路(3)进一步用于通过将所述电离电压反馈信号Udvf和所述电离电压给定信号Udvg进行比较、调节得到的电离电压调节信号Udvff输入给所述电离电压电源(20)，来控制所述电离电压电源(20)输出稳定电离电压，施加到高压气体放电电子枪的冷阴极(4)和放电阳极(6)使电子枪放电腔室内的混合气体电离；
所述束流采样电阻R1的第二端接地；所述束流控制与调节电路(8)的第一输入端，与所述束流采样电阻R1连接，用于接收所述束流采样电阻R1采样到的电子束流反馈信号Ibf；所述束流控制与调节电路(8)的第二输入端，与电子束流给定电路连接，用于接收所述电子束流给定电路的电子束流给定信号Ibg；所述束流控制与调节电路(8)的输出端，与气体流量控制器(81)的输入端连接，用于输出混合气流量调节信号Ugas给所述气体流量控制器(81)；
所述束流控制与调节电路(8)用于通过将所述电子束流反馈信号Ibf和电子束流给定信号Ibg进行比较、调节得到的混合气流量调节信号Ugas输入给所述气体流量控制器(81)，来控制气体流量控制器(81)以获得稳定的电子束流输出。
2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述高压电源(10)包括：高压电源低压功率调节电路(1)和高压电源高压升压整流电路(101)；其中，
所述高压电源低压功率调节电路(1)的控制信号输入端，与所述电压控制与调节电路(3)的第一输出端连接，用于接收所述电压控制与调节电路(3)输出的高压调节信号Uhvff；所述高压电源高压升压整流电路(101)输出的正端，与所述束流采样电阻R1的第一端连接；所述高压电源高压升压整流电路(101)输出的负端与所述电离电源(20)的正端和高压气体放电电子枪放电阳极(6)连接；
所述高压电源高压升压整流电路(101)输出的正端为所述高压电源(10)输出的正端；所述高压电源高压升压整流电路(101)输出的负端为所述高压电源(10)输出的负端。
3.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，
所述高压电源低压功率调节电路(1)包括：高压电源三相桥整流滤波电路(100)、高压电源第一级逆变电路(102)、高压电源低压隔离变压器TR0、高压电源第二级整流滤波电路(103)和高压电源第二级逆变电路(104)；所述高压电源高压升压整流电路(101)包括：高压电源升压变压器TR1和高压电源倍压整流电路(105)；其中，
所述高压电源三相桥整流滤波电路(100)，与380V工频交流电连接，用于将380V工频交流电的第一交流电转变成第一级直流电；所述第一级直流电输入到所述高压电源第一级逆变电路(102)，经过所述高压电源第一级逆变电路(102)的逆变，原、副边变比1：1的高压电源低压隔离变压器TR0耦合产生的第二级交流电作为所述高压电源第二级整流滤波电路(103)的输入，经过所述高压电源第二级整流滤波电路(103)整流滤波后，产生的第二级直流电作为所述高压电源第二级逆变电路(104)的输入电压，经过所述高压电源第二级逆变电路(104)的逆变、所述高压电源升压变压器TR1的升压，将所述第二级直流电变换成第三级交流电，所述第三级交流电为高压交流电，经过所述高压电源倍压整流电路(105)变成高压电作为第三级直流电稳定输出。
4.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
所述高压采样电路(31)包括串联在一起的高压电阻R2和高压电阻R3，并联在所述高压电源倍压整流电路(105)输出的正端和负端之间；所述高压电阻R2和高压电阻R3包括串并联在一起的多只高压电阻。
5.如权利要求4所述的电源装置，其特征在于，所述电压控制与调节电路(3)包括高压控制与调节电路；
所述高压控制与调节电路包括：高压电源电压PID调整电路(301)、高压电源PWM调整电路(106)、高压电源第一级逆变电路驱动电路(107)和高压电源第二级逆变电路驱动电路(108)；其中，
所述高压电源电压PID调整电路(301)的第一输入端，与所述高压采样电路(31)的输出端连接，用于接收高压反馈信号Uhvf；所述高压电源电压PID调整电路(301)的第二输入端，与所述高压给定电路的输出端连接，用于接收高压给定信号Uhvg；所述高压电源电压PID调整电路(301)用于将所述高压反馈信号Uhvf和高压给定信号Uhvg进行比较、调节得到高压调节信号Uhvff；
所述高压电源PWM调整电路(106)的控制信号输入端，与所述高压电源电压PID调整电路(301)的输出端连接，用于接收所述高压调节信号Uhvff；
所述高压电源第一级逆变电路驱动电路(107)的驱动信号输入端，与所述高压电源PWM调整电路(106)的第一组驱动信号输出端连接，用于接收所述高压电源PWM调整电路(106)输出的第一组互补的脉宽可调的PWM信号；所述高压电源第一级逆变电路驱动电路(107)的输出端，与所述高压电源第一级逆变电路(102)的功率开关器件的栅极连接，用于调整所述高压电源第一级逆变电路(102)中功率开关器件的开关时间，从而使所述高压电源第二级整流滤波电路(103)输出的第二级直流电得到调整；
所述高压电源第二级逆变电路的驱动电路(108)的驱动信号输入端，与所述高压电源PWM调整电路(106)的第二组驱动信号输出端连接，用于接收所述高压电源PWM调整电路(106)输出的第二组互补的脉宽可调的PWM信号；所述高压电源第二级逆变电路驱动电路(108)的输出端，与所述高压电源第二级逆变电路(104)中功率开关器件的栅极连接，所述高压电源第二级逆变电路(104)和高压电源升压变压器TR1将所述第二级直流转换成高压交流电，经过所述高压电源倍压整流电路(105)升压后获得稳定高压直流电输出。
6.如权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述电离电源包括：电离电源功率调节电路(2)和电离电源高压隔离整流滤波电路(201)；其中，
所述电离电源(20)功率调节电路(2)的控制信号输入端，与所述电压控制与调节电路(3)的第二输出端连接，用于接收所述电压控制与调节电路(3)输出的电离电压调节信号Udvff；所述电离电源高压隔离整流滤波电路(201)输出的正端与所述高压电源(10)输出的负端连接，所述电离电源高压隔离整流滤波电路(201)输出的负端连接高压气体放电电子枪冷阴极(4)；
所述电离电源高压隔离整流滤波电路(201)输出的正端为所述电离电源(20)输出的正端；所述电离电源高压隔离整流滤波电路(201)输出的负端为所述电离电源(20)输出的负端。
7.如权利要求6所述的电源装置，其特征在于，
所述电离电源功率调节电路(2)包括：电离电源三相桥整流滤波电路(200)、电离电源第一级逆变电路(202)、电离电源低压隔离变压器TR2、电离电源第二级整流滤波电路(203)和电离电源第二级逆变电路(204)；所述电离电源高压隔离整流滤波电路(201)包括：电离电源高压隔离变压器TR3和电离电源整流滤波电路(205)；其中，
所述电离电源三相桥整流滤波电路(200)，与380V工频交流电连接，用于将380V工频交流电的第一交流电转变成第一级直流电；所述第一级直流电输入到所述电离电源第一级逆变电路(202)，经过所述电离电源第一级逆变电路(202)的逆变，原、副边变比1：1的所述电离电源低压隔离变压器TR2耦合产生的第二级交流电作为所述电离电源第二级整流滤波电路(203)的输入，经过所述电离电源第二级整流滤波电路(203)整流滤波后，产生的第二级直流电作为所述电离电源第二级逆变电路(204)的输入电压，经过所述电离电源第二级逆变电路(204)的逆变，由所述电离电源高压隔离变压器TR3耦合后，将所述第二级直流电变换成第三级交流电，经过所述电离电源整流滤波电路(205)后变成第三级直流电。
8.如权利要求7所述的电源装置，其特征在于，
所述电离电压采样电路(32)包括串联在一起的高压电阻R4和高压电阻R5，并联在所述电离电源整流滤波电路(205)输出的负端和所述高压电源倍压整流电路(105)输出的正端之间；所述高压电阻R4和高压电阻R5包括串并联在一起的多只高压电阻。
9.如权利要求8所述的电源装置，其特征在于，所述电压控制与调节电路(3)包括电离电压控制与调节电路；
所述电离电压控制与调节电路包括：电离电源电压PID调整电路(302)、电离电源PWM调整电路(206)、电离电源第一级逆变电路驱动电路(207)和电离电源第二级逆变电路的驱动电路(208)；其中，
所述电离电源电压PID调整电路(302)的第一输入端，与所述电离电压采样电路(32)的输出端连接，用于接收实际电离电压反馈信号Udvf1；所述电离电源电压PID调整电路(302)的第二输入端，与电离电压给定电路连接，用于接收电离电压给定信号Udvg；所述电离电源电压PID调整电路(302)用于将所述实际电离电压反馈信号Udvf1和所述电离电压给定信号Udvg进行比较、调节得到电离电压调节信号Udvff；
所述电离电源PWM调整电路(206)的控制信号输入端，与所述电离电源电压PID调整电路(302)的输出端连接，用于接收所述电离电压调节信号Udvff；
所述电离电源第一级逆变电路驱动电路(207)的驱动信号输入端，与所述电离电源PWM调整电路(206)的第一组驱动信号输出端连接，用于接收所述电离电源PWM调整电路(206)输出的第一组互补的脉宽可调的PWM信号；所述电离电源第一级逆变电路驱动电路(207)的输出端，与所述电离电源第一级逆变电路(202)的功率开关器件的栅极连接，用于调整所述电离电源第一级逆变电路(202)的功率开关器件的开关时间，从而使所述电离电源第二级整流滤波电路(203)输出的第二级直流电得到调整；
所述电离电源第二级逆变电路的驱动电路(208)的驱动信号输入端，与所述电离电源PWM调整电路(206)的第二组驱动信号输出端连接，用于接收所述电离电源PWM调整电路(206)输出的第二组互补的脉宽可调的PWM信号；所述电离电源第二级逆变电路驱动电路(208)的输出端，与所述电离电源第二级逆变电路(204)中功率开关器件的栅极连接；所述电离电源第二级逆变电路(204)、所述电离电源高压隔离变压器TR3将所述第二级直流电转换成交流电，经过所述电离电源整流滤波电路(205)后获得稳定的电离电压直流输出。
10.如权利要求1至9任一权利要求所述的高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置的控制方法，其特征在于，包括：
所述高压采样电路(31)采集到的高压信号经过处理后得到的高压反馈信号Uhvf和高压给定电路输出的高压给定信号Uhvg输入到所述电压控制与调节电路(3)中，通过所述电压控制与调节电路(3)的比较、调节，得到的高压调节信号Uhvff输入给所述高压电源(10)来控制所述高压电源(10)输出稳定高压提供给高压气体放电电子枪；
所述电离电压采样电路(32)采集到的电离电压信号经过处理后得到的电离电压反馈信号Udvf和电离电压给定电路输出的电离电压给定信号Udvg输入到所述电压控制与调节电路(3)中，通过所述电压控制与调节电路(3)的比较、调节，得到的电离电压调节信号Udvff输入给所述电离电压电源(20)来控制所述电离电压电源(20)输出稳定电离电压，施加到高压气体放电电子枪的冷阴极(4)和放电阳极(6)使电子枪放电腔室内的混合气体电离；
电子束流产生后，所述束流采样电阻R1对束流进行采样，采样到的电子束流反馈信号Ibf和电子束流给定信号Ibg输入到所述束流控制与调节电路(8)中，经过所述束流控制与调节电路(8)的比较、调节，产生混合气流量调节信号Ugas输入给气体流量控制器(81)，来控制气体流量控制器(81)以获得稳定的电子束流输出。
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