CN201294653Y

CN201294653Y - 高压电源

Info

Publication number: CN201294653Y
Application number: CNU2008201412259U
Authority: CN
Inventors: 薛尚清; 林坤; 陈友平; 谢亮; 刘伟锋
Original assignee: Sichuan Nanguang Electric Co Ltd
Current assignee: Chengdu Rankuum Machinery Ltd.
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2018-11-07

Abstract

本实用新型为高压电源，解决已有电子枪高压电源不能连续可调和自动稳压的问题。三相交流电输入三相滤波器，三相滤波器与电压调整，自动灭弧装置连接，与升压变压器连接，升压变压器与高压A/D转换器连接，高压A/D转换器有高压输出端，高压A/D转换器与稳压取样信号处理器连接，稳压取样信号处理器与误差形成器和数字电流、高压显示器连接，误差形成器与电压调整、自动灭弧装置连接。

Description

高压电源

技术领域：

本实用新型与真空镀膜设备的电子枪用的直流高压电源有关。

背景技术：

在真空镀膜技术中，采用电子束蒸镀是当今主要镀膜方式之一。电子束蒸镀过程是：电子枪的灯丝由灯丝电源加热后发射出一定的自由电子，自由电子通过聚束极聚焦形成电子束，电子束在电子枪阳极(高压)电压提供的正电场作用下被加速而获得所需能量，具有足够能量的电子束在外电场作用下，按照一定规律作用(轰击)在被蒸镀的材料上，被蒸镀的材料的表面物质获得电子束给与的能量而“蒸发”后在真空中沉附在被镀材料的表面。镀膜的好坏与如何轰击蒸发材料关系很大，同时也影响真空系统、镀膜系统的稳定性，影响膜系均匀性。

高压电源就是专门用来为电子枪提供阳极电压、加速电子束运动、为电子束蒸镀提供所需能量的装置。

已有的高压电源采用变压器升压，可控硅调节输出电压，可控硅导通角靠KJ004触发控制。这种高压电源没有稳压功能，在正常工作时，可控硅全通，经过变压器升压整流滤波后输出高压。输出的高压受到电网电压波动和负载的影响，出现小范围波动。这种波动将直接影响电子束的基础光斑；同时当负载变化时，输出电流变化也将直接影响光斑的变化。

实用新型内容：

本实用新型的目的提供一种功能多样，电压连续可调，可自动稳压的高压电源。

本实用新型是这样实现的：

高压电源，三相交流电输入三相滤波器，三相滤波器与电压调整，自动灭弧装置和升压变压器连接，升压变压器与高压A/D转换器连接，高压A/D转换器有高压输出端，高压A/D转换器与稳压取样信号处理器连接，稳压取样信号处理器与误差形成器、数字电流显示器和数字高压显示器连接，误差形成器与电压调整、自动灭弧装置连接。

高压A/D转换器由整硫硅堆构成，三相滤波器的输出分别与升压变压器和电压调整自动灭弧装置的调整电路连接，升压变压器的输出与整流硅堆各并联的支路连接，整流硅堆的正极端经滤波电路与高压输出端连接，整流硅堆与高压电容6C1，电阻分压器和泄放电阻板并联，有输出端(11、12)作为电压信号输出端，机壳接地回路输出端(13)和输出端(12)构成电流信号输出端。

所述的稳压取样信号处理器有分压电路的输入与高压A/D转换器的电压信号输出端连接，输出与电压传感器V1连接，电压传感器V1的输出经电阻R6取样后再经滤波电路和可调电阻R19与电压显示器连接，电压传感器V1的输出经17号线直接与误差形成器连接，经晶体管Q1放大后与高压指示灯TS1连接，稳压取样信号处理器有电流传感器与高压A/D转换器的电流信号输出端连接，电流传感器的输出经滤波电路和可调电阻与数字电流显示器连接。

误差形成器有放大器U2A的输入接稳压取样信号处理器的电压传感器V1的输出，放大器U2A的输出接比较器的U3的反相输入端，参考信号滤波、调压后接放大器U2B的输入端，U2B的输出接比较器U3的同相输入端，比较器U3的输出经二阶滤波器接跟随器U2C的输入，跟随器的输出接电压调整，自动灭弧装置的启动稳压控制电路的输入端。

电压调整、自动灭弧装置由启动控制电路、触发电路、调整电路、取样电路、信号转换电路、第1、2灭弧控制电路、相序控制电路和触发驱动电路组成，所述的调整电路的三相变压器T7、电源变压器B8、电流互感器T9、T10、T11接三相滤波器，电流互感器T9、T10、T11接三组可控硅组，可控硅组的输出接升压变压器L10、L11、L12端点，可控硅的控制端与触发电路的输出连接于K1-K6和G1-G6端点，所述的触发电路为A、B、C三组，其触发器芯片IC1的输入与触发驱动电路的输出连接、与取样电路的输出连接，所述的取样电路有三相变压器T7的输出与相序控制电路连接于44、45、46、47端点，与信号转换电路连接于48、49、50、51端点，与电流互感器(T9、T10、T11)连接，电流互感器(T9、T10、T11)的输出与触发驱动电路连接于40、41、42、43端点，所述的相序控制电路将取样电路来的信号整流、稳压限幅后加于集成电路IC9组成的与非门电路输入端，与非门电路的输出经晶体管和可控硅与继电器K2连接，继电器K2的触点控制电源与第2灭弧控制电路和触发驱动电路供电电源的接通与断开，所述的信号转换电路与取样电路的输出连接，取样电路来的灭弧取样信号经三相整流电路后分别经可调电阻和电位器分别输出接第1、2灭弧控制电路，所述的第2灭弧形控制电路将信号转换电路来的信号经第一比较器IC6D接第1三极管V41的基极，三极管V41的集电极接集成块T555，集成块T555接第2三极管V23的基极，第2三极管V23的集电极接继电器K2，继电器K2的端点K2P与第二比较器IC6A的输入连接，第二比较器的输出与第1三极管V41的基极连接，继电器K2的触点K1P与第1三极管V41的集电极连接，所述的启动控制电路有积分放大器与第2灭弧控制电路的输出连接，与误差形成器的输出连接，积分放大器的输出与触发驱动电路连接。

本实用新型具有自动灭弧、过热、过流保护功能，电压连续可调，可实现自动稳压，电流和高压可数字显示，为电子枪的优质电源。

附图说明：

图1为本实用新型的框图。

图2为高压A/D转换器原理图。

图3为误差形成器原理图。

图4为稳压取样信号处理器原理图。

图5为电压调整、自动灭弧装置框图。

图6为取样电路原理图。

图7为信号转换电路原理图。

图8为调整电路原理图。

图9为第1灭弧控制电路原理图。

图10为触发电路原理图。

图11为第2灭弧控制电路原理图。

图12为启动控制电路原理图。

图13为相序控制电路原理图。

具体实施方式：

在图1中，外部三相交流电源(380V、50Hz)经1、2、3号线输入到本机经过三相滤波器输出和电源线25、26、27、28号线送入电压调整、自动灭弧装置，在此装置中经过装置内部的灭弧、稳压控制，三相交流电源以一定的导通角经29、30、31号线输出到升压变压器的4、5、6端，升压变压器按要求将输入电压转换为交流高压后，经8、9、10号线加到“高压A/D转换器，高压A/D转换器进行交直流转换后输出4-10kV的直流高压。

输出的直流高压通过11、12、23、24号线加到稳压取样信号处理器中经过处理后通过13、14号线加到数字电流显示器中显示高压电源的负载电流的大小。同时通过15、16号线加到数字高压显示器中以数字形式显示实际输出直流高压的大小。

输出直流高压的自动稳压是靠从稳压取样信号处理器得到的误差信号通过17、18号线输出到误差形成器形成稳压误差信号，误差信号经过19、20号线送入电压调整、自动灭弧装置，电压调整、自动灭弧装置按稳压误差信号的极性和大小调整输入交流信号通路中的可控硅的导通角，从而实现调整输出电压大小，以实现自动稳压。

输出直流高压的自动灭弧、过流保护、过热保护是靠电压调整、自动灭弧装置实现(见后分析)。

高压A/D转换器的任务是将高压变压器来的交流高压值(0～10kV)转换为直流高压后，在经滤波去掉纹波后输出。

高压A/D转换器的工作原理如图2所示。

图中由高压变压器来的交流高压(8、9、10号线)经整流硅堆整流后变为直流高压，再经电感6L1、6C1、6L2组成的滤波电路滤波去除直流高压中的纹波，最后通过限流电阻6R51、输出直流负高压。

为取出高压信号进行测量，本电路中采用电阻分压的办法，在电阻分压器上取出所需电压值(0～100V)(11、12、23、24号线)送往稳压信号取样电路。

为检测电源的负载电流在电源的正输出端和大地(负载接于负高压和大地之间)引出线(23、24号线)，用于接电流传感器测量负载电流。

为减小高压电容上残余电荷造成的不安全因素，电路中在滤波电容上并接一个适当的泄放电阻(阻值大小由设定的时间常数决定)。

稳压信号处理电路的任务是取出高压直流电压和高压负载电流的瞬时值。

稳压信号处理电路的原理图见图4所示。

稳压信号处理电路中的电压信号来自高压A/D转换电路的分压电路(11、12号线)，此信号经电阻R2，R3，二极管D5限幅后加到电压传感器V1(VSM025A)的输入端，传感器输出的电流信号经电阻R6取样后，转换为电压信号，此电压信号经电容C19，C2，电感L3滤波，再经电阻R19比例调整后经15、16号线输出给数字电压显示器显示对应高压输出的直流高压值。

同时，电压传感器输出的电压信号通过Q1放大后驱动高压指示灯DS1亮。

并且，电压传感器输出的电压信号通过17、18号线输出给稳压误差形成器做输入信号。

稳压误差信号处理电路中的电流信号来自高压A/D转换电路的23、24号线，经二极管D8，D9，D10(保护电流传感器)后加到电流传感器J输入端电流传感器输出的电流信号经电阻R7取样后，转换为电压信号，此电压信号经电容C16，C17电感L2滤波，再经电阻R17比例调整后经13、14号线输出给数字电流显示器显示对应高压负载回路的电流值。

数字电流电压显示器均是采用的XL5135V-2型3位半数字面板表显示。

XL5135V-2型3位半数字面板表要求输入+5V单电源供电，输入0～1.999V的直流电压信号，内部调零，内部开关设置小数点位置。

误差形成器是由稳压误差信号处理电路来实现的，它的任务是根据当前高压输出值找出要稳定高压到期望值所需的误差调整值。

稳压误差信号处理电路的原理图见图3所示。

图中，从稳压取样信号处理器来的采样信号(17/18号线)经二极管D2限幅和电阻R4，电容C7去耦后再经放大器U2A阻抗变换后加于比较器U3(LM311)的反相输入端；同时，+12V电源经过电阻R1，二极管D3，电容C11形成的参考信号REF通过电阻R2，R3，电容C12，C4滤波后，再经电位器RP1调节给定参考信号，此信号再经放大器U2B加到比较器U3(LM311)的同相输入端；比较器U3，电阻R11，R12，电容C15组成的电路将采样信号同参考信号比较后输出误差信号，误差信号再经电阻R5，R6，电容C10，C9，放大器U2D组成的二阶滤波器将误差信号转换为调节用的质量直流信号再经，放大器U2C跟随器输出，由19/20号线输出给电压调整、自动灭弧装置。

电压调整、自动灭弧装置是RK GYDY高压电源的核心单元，它的作用是实现高压电压的自动稳压、自动灭弧和实现过流、过热、缺相保护等等功能。

高压电源中电压调整、自动灭弧装置的原理框图如图5所示。

电压调整、自动灭弧装置包括取样电路、信号转换电路、相序控制电路、灭弧控制电路1、灭弧控制电路2、触发驱动电路、触发电路、调整电路和启动控制电路、稳压控制电路等。

调整电路的原理图如图8所示。

本调整电路的作用是通过控制可控硅的导通角来控制三相电源输入给三相变压器的输入电压大小，从而达到控制直流输出电压的大小(调整或关断)。

本电路的工作原理是：触发电路输出的三组控制信号K1～K6，G1～G6的控制下，串在三相电路中的三组可控硅以一定的导通角工作，由于可控硅的导通角的不同，结果从三相滤波器输入来的三相电源电压(25/26/27/28号线)经可控硅以后再输出给升压变压器的电压(29/30/31号线)发生变化，可控硅导通角越大，输出电压越高，反之越小。所以，调整可控硅的导通角亦即调整交流电压输出的大小。

取样电路如图6所示：

取样电路的作用主要是从输入电源电压中取出相序信号、灭弧取样信号和可控硅触发用同步信号等。

取样电路的工作原理是在输入电源电压25、26、27、28号线通过同步变压器T7取出相序取样信号44、45、46、47号线和可控硅触发同步信号48、49、50、51号线。

在输入电源电压25、26、27、28号线可控硅和29、0、31号线中间串入同步电流互感器，同步电流互感器输出与电路中的电流成比例的信号，此信号作为灭弧控制用的取样信号40、41、42、43号线。

同时取样电路还在输入电源中的任意一相上由变压器T8输出本机所需低压直流电源的交流电源信号。

相序控制电路原理如图13所示。

本电路的任务是判断输入三相输入电源A、B、C的接入顺序是否正确和是否缺相，若顺序不正确或者缺相，则相序指示灯不亮同时控制元高压输出(实际是控制稳压电路的供电电压使可控硅无输出)。

输入电源相序控制电路的控制原理是：由取样信号电路来的相序取样信号44、45、46、47号线经二极管V7，V8，V9，电阻R97，R99，R101整流变成直流信号后，再经稳压二极管V50，V51，V52，电阻R98，R100，R102稳压限幅后加于集成电路IC9A、B、C、D组成的与非门电路输入端，当输入电源电压顺序正确且三相不缺相时，与非门集成电路IC9的10脚输出为低电压，该低电压使三极管V53导通，从而使可控硅V56导通，可控硅控制继电器K2动作，继电器触点将+12V电源同K1P接通，为相关控制电路供电，相序指示灯亮表示输入电源的相序正确且不缺相；当输入电源电压顺序不正确或者三相缺相时，与非门集成电路IC9的10脚输出为高电压，三极管V53截止，可控硅V56截止，可控硅控制继电器K2不动作，继电器触点将+12V电源同继电器K1P断开，相关控制电路得不到供电电源，最后可控硅电路不工作无高压输出相序指示灯不亮。

信号转换电路的原理图如图7所示。

该电路的主要任务是将灭弧取样信号(交流)转换为一定幅度的直流信号。

该电路的工作原理是：由信号取样电路来的灭弧取样信号40、41、42、43号线经过二极管V32～V37组成的三相整流桥后变为直流信号，然后再经电位器RP12调整后输出给灭弧控制电路的252、53号线；同时经电位器RP14调整后输出给灭弧控制电路的153、54号线。

灭弧控制电路1和触发驱动电路的原理图如图9所示。

本电路的任务一个是将灭弧控制信号进行比例放大；另一个任务是将灭弧控制信号和稳压控制信号线或后进行放大后输出可控硅触发器要求的触发信号。

本电路的工作原理是由信号转换电路来的信号(54、55号线)经放大器IC6B和三级管V42放大形成灭弧控制信号(66、67号线)，此灭弧信号和由稳压电路来的稳压信号(68、69号线)合成后经放大器IC7D及外围电路形成可控硅触发器的触发信号Z2(70、71号线)输出给可控硅触发电路。

第2灭弧控制电路的原理图如图11所示。

第2灭弧控制电路的任务一个是在高压电源持续过载(拉弧)时切断高压输出，给出过流指示(过流指示灯亮)；另一个任务是若机内温度超过70℃时也要切断高压输出并给出过热指示(过热指示灯亮)。

第2灭弧控制电路的工作原理是：由信号转换电路来的信号(52、53号线)经过流转换器比较器IC6D同设定电流值比较，若此时信号超过设定值比较器IC6D输出一高电平(过流标志)，过流指示灯亮，同时使三极管V41导通并延时(由电阻R50、电容C25的时间常数决定)触发集成块IC1(555)，若在延时时间内.过流标志撤出，比较器IC6D输出为低，撤出对IC1的触发；若在延时时间内，过流标志一直存在，即较器IC6D输出保持位高，触发集成块IC1被触发，触发集成块IC1输出高电平，三极管V23导通，继电器K2动作，高电平从触点断开标号K1P+12V经触点K2P输出，有关控制电路断电使可控硅断开，高压无输出，实现过流保护。

另外，由机内温度开关检测的信号，当温度超过70℃时，开关闭合，(552、53号线)经过流转换器比较器IC6A同设定温度值比较.若此时信号超过设定值比较器IC6A输出一高电平(过热标志)，过热指示灯亮，同时使三极管V41导通并延时(由R50、C25的时间常数决定)触发集成块IC1(555)，若在延时时间内，过热标志撤出，即比较器IC4D输出为低，撤出对集成电路IC1的触发；若在延时间内，过热标志一直存在，即比较器IC4D输出保持位高，集成电路IC1被触发，集成电路IC1输出高电平，三极管V23导通，继电器K2动作，高电平从触点K1P(+12V)经触点K2P输出，有关控制电路断电使可控硅断开，高压无输出，实现过热保护。

触发电路如图10所示。

触发电路的任务就是将可控硅触发控制信号转换为可控硅的触发信号。

Claims

1、高压电源，其特征在于三相交流电输入三相滤波器，三相滤波器与电压调整，自动灭弧装置和升压变压器连接，升压变压器与高压A/D转换器连接，高压A/D转换器有高压输出端，高压A/D转换器与稳压取样信号处理器连接，稳压取样信号处理器与误差形成器、数字电流显示器和数字高压显示器连接，误差形成器与电压调整、自动灭弧装置连接。

2、根据权利要求1所述的高压电源，其特征在于高压A/D转换器由整流硅堆构成，三相滤波器的输出分别与升压变压器和电压调整自动灭弧装置的调整电路连接，升压变压器的输出与整流硅堆各并联的支路连接，整流硅堆的正极端经滤波电路与高压输出端连接，整流硅堆与高压电容6C1，电阻分压器和泄放电阻板并联，有输出端11、12作为电压信号输出端，机壳接地回路输出端13和输出端12构成电流信号输出端。

3、根据权利要求1或2所述的高压电源，其特征在于所述的稳压取样信号处理器有分压电路的输入与高压A/D转换器的电压信号输出端连接，输出与电压传感器V1连接，电压传感器V1的输出经电阻R6取样后再经滤波电路和可调电阻R19与电压显示器连接，电压传感器V1的输出经17号线直接与误差形成器连接，经晶体管Q1放大后与高压指示灯TS1连接，稳压取样信号处理器有电流传感器与高压A/D转换器的电流信号输出端连接，电流传感器的输出经滤波电路和可调电阻与数字电流显示器连接。

4、根据权利要求1所述的高压电源，其特征在于误差形成器有放大器U2A的输入接稳压取样信号处理器的电压传感器V1的输出，放大器U2A的输出接比较器的U3的反相输入端，参考信号滤波、调压后接放大器U2B的输入端，U2B的输出接比较器U3的同相输入端，比较器U3的输出经二阶滤波器接跟随器U2C的输入，跟随器的输出接电压调整，自动灭弧装置的启动稳压控制电路的输入端。

5、根据权利要求1所述的高压电源，其特征在于电压调整、自动灭弧装置由启动控制电路、触发电路、调整电路、取样电路、信号转换电路、第1、2灭弧控制电路、相序控制电路和触发驱动电路组成，所述的调整电路的三相变压器T7、电源变压器B8、电流互感器T9、T10、T11接三相滤波器，电流互感器T9、T10、T11接三组可控硅组，可控硅组的输出接升压变压器L10、L11、L12端点，可控硅的控制端与触发电路的输出连接于K1-K6和G1-G6端点，所述的触发电路为A、B、C三组，其触发器芯片IC1的输入与触发驱动电路的输出连接、与取样电路的输出连接，所述的取样电路有三相变压器T7的输出与相序控制电路连接于44、45、46、47端点，与信号转换电路连接于48、49、50、51端点，与电流互感器T9、T10、T11连接，电流互感器T9、T10、T11的输出与触发驱动电路连接于40、41、42、43端点，所述的相序控制电路将取样电路来的信号整流、稳压限幅后加于集成电路IC9组成的与非门电路输入端，与非门电路的输出经晶体管和可控硅与继电器K2连接，继电器K2的触点控制电源与第2灭弧控制电路和触发驱动电路供电电源的接通与断开，所述的信号转换电路与取样电路的输出连接，取样电路来的灭弧取样信号经三相整流电路后分别经可调电阻和电位器分别输出接第1、2灭弧控制电路，所述的第2灭弧形控制电路将信号转换电路来的信号经第一比较器IC6D接第1三极管V41的基极，三极管V41的集电极接集成块T555，集成块T555接第2三极管V23的基极，第2三极管V23的集电极接继电器K2，继电器K2的端点K2P与第二比较器IC6A的输入连接，第二比较器的输出与第1三极管V41的基极连接，继电器K2的触点K1P与第1三极管V41的集电极连接，所述的启动控制电路有积分放大器与第2灭弧控制电路的输出连接，与误差形成器的输出连接，积分放大器的输出与触发驱动电路连接。