CN204906219U - 一种电子束加工设备精密加速电源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电子束加工设备精密加速电源装置，其装置包括进线滤波器、低压整流滤波单元、直流-直流变换单元、逆变单元、高压单元和调节器，所述进线滤波器的输入端与外部电网连接，所述进线滤波器的输出端、低压整流滤波单元、直流-直流变换单元、逆变单元和高压单元的输入端依次串联，所述高压单元的高压输出端输出高压电接至电子枪阴极，所述高压单元的信号端输出的高压反馈信号U送至调节器的第二输入端，所述调节器的第一输入端输入高压给定信号U*，所述调节器的输出端与所述直流-直流变换单元的信号端连接。相对现有技术，本实用新型利用同步Buck电路调压，解决轻载电流断续出现尖峰脉冲电压问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子束加工设备领域，具体涉及一种电子束加工设备精密加速电源装置。
背景技术
在精密电子束焊机、电子束打孔机、电子束快速成型机等电子束加工设备中，加速电源采用闭环控制方式，控制精度以平均值为衡量指标一般都能达到要求，但对以瞬时值为衡量指标的纹波的抑制闭环控制是无能为力的。加速电源都是经交流升压再整流滤波获得，纹波除了正常整流波形的纹波外，高压整流过程交流电感的作用使得直流输出波形产生凹陷，从而形成更大的纹波。加速电源工作电流一般较小，电感对正常纹波的滤波作用不大，高压电容器的电容值又较小(不能用电解电容)，所有这些因数对降低输出电压的纹波都不利。另外目前，电子束加工设备的加速电源多采用电力电子脉宽调制(PWM)变流技术实现功率调节，在PWM变流器中，电感滤波元件有电流连续与电流断续两种工作状态。在电子束加工设备中加速电源的负载由空载到满载变化，当负载较轻时,其PWM变流器工作于电流断续状态。电感电流处于断续状态，当功率管开启瞬间电感呈阻性，输出端就会出现尖峰脉冲电压(约等于输入电压)，此尖峰电压经变压器放大直接反映到加速电源输出端。高压滤波电路中电感和电容存在寄生参数，对尖峰脉冲电压抑制能力不强。电子束加工设备轻载运行状态希望加速电源输出电压更加平稳，而尖峰脉冲电压将直接影响到电子束的加工精度。为了提高加速电源的精度，须从电源的结构和控制方法上加以改进。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用同步Buck电路调压，解决轻载电流断续出现尖峰脉冲电压问题的电子束加工设备精密加速电源装置。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种电子束加工设备精密加速电源装置，包括进线滤波器、低压整流滤波单元、直流-直流变换单元、逆变单元、高压单元和调节器，所述进线滤波器的输入端与外部电网连接，所述进线滤波器的输出端、低压整流滤波单元、直流-直流变换单元、逆变单元和高压单元的输入端依次串接，所述高压单元的高压输出端输出高压电接至电子枪阴极，所述高压单元的信号端输出高压反馈信号U送至所述调节器的第二输入端，所述调节器的第一输入端输入高压给定信号U*，所述调节器的输出端与所述直流-直流变换单元的信号端连接；
所述进线滤波器，其用于接入交流电，消除高频电磁干扰信号在其输入端与输出端间的传递；
所述低压整流滤波单元，其用于将交流电变换成平直不可控直流电；
所述直流-直流变换单元，其用于将平直不可控直流电变成平直可控直流电；还用于将调节信号Uc转换成PWM信号的占空比，实现输出高压的稳定调节；
所述逆变单元，其用于将平直可控直流电逆变成可控中频矩形波交流电；
所述高压单元，其用于将可控中频矩形波交流电进行升压和整流滤波，并输出平直的直流高压电，同时对输出高压值信号进行线性采样，输出高压反馈信号U；
所述调节器，其用于将高压给定信号U*与高压反馈信号U的差值进行比例－积分(PI)运算，生成调节信号Uc。
本实用新型的有益效果是：采用电压闭环控制结构，电源由三相市电供电，采用AC→DC→DC→AC→AC→DC电流变换方式，DC→DC利用同步Buck电路实现，在电子束加工设备轻载运行状态时，能有效抑制尖峰脉冲电压，加速电源输出电压更加平稳，提高了加速电源的精度，提升电子束的加工精度；中间DC→AC逆变环节为中频逆变；由中频高压变压器实现电能的传递、升压和高压绝缘；调节器根据高压给定信号U*和电压反馈信号U的偏差信号△U(ΔU＝U*-U)进行比例－积分(PI)运算输出信号Uc去调节逆变直流-直流变换单元的输出电压的幅值，最终实现输出高压的稳定调节。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述直流-直流变换单元包括第一驱动脉冲发生器、开关功率管V1～V2和电感L1～L2，所述第一驱动脉冲发生器的信号输入端与所述调节器的信号输出端连接，所述第一驱动脉冲发生器的输出端分别与所述开关功率管V1和开关功率管V2的基极连接，所述开关功率管V1的集电极与所述低压整流滤波单元的正输出端连接，所述开关功率管V1的发射极分别与所述开关功率管V2的集电极和所述电感L1的第一端连接，所述电感L1的第二端作为所述直流-直流变换单元的正输出端，所述开关功率管V2的发射极分别与所述低压整流滤波单元的负输出端和所述电感L2的第一端连接，所述电感L2的第二端作为所述直流-直流变换单元的负输出端，所述直流-直流变换单元的两输出端分别接至所述逆变单元的直流两输入端。
采用上述进一步方案的有益效果是：直流-直流变换单元采用同步Buck电路结构，第一驱动脉冲发生器将调节器输出信号Uc转换成PWM信号的占空比，Uc越大，g1越宽，直流-直流变换单元的输出Ud2越大；开关功率管V1、开关功率管V2的驱动信号g1、g2为推挽互补关系，但转换过程设置2-3微秒的死区时间，避免开关功率管V1和开关功率管V2短时直通；同步Buck电路为强迫电流连续工作模式，避免了电感L1和电感L2电流断续时造成变换器输出端出现尖峰脉冲电压，加速电源输出电压更加平稳，提高了加速电源的精度，提升电子束的加工精度。
进一步，所述逆变单元包括A相逆变器、B相逆变器和第二驱动脉冲发生器，所述A相逆变器和所述B相逆变器均与所述第二驱动脉冲发生器连接。
所述A相逆变器包括开关功率管V3～V4和电容C1～C2，所述开关功率管V3的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端，所述开关功率管V3的发射极与所述开关功率管V4的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V4的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端，所述开关功率管V3和开关功率管V4的基极与所述第二驱动脉冲发生器连接，所述电容C1和电容C2串联连接，电容C1和电容C2串联支路的C1端与所述开关功率管V3的集电极相接，电容C1和电容C2串联支路的C2端与所述开关功率管V4的发射极相接，电容C1和电容C2串联支路的中间端作为第二输出端,第一输出端和第二输出端分别接至第一升压变压器一次绕组的两端。
所述B相逆变器包括开关功率管V5～V6和电容C3～C4，所述开关功率管V5的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端，所述开关功率管V5的发射极与所述开关功率管V6的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V6的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端，所述开关功率管V5和开关功率管V6的基极与所述第二驱动脉冲发生器连接，所述电容C3和电容C4串联连接，电容C3和电容C4串联支路的C3端与所述开关功率管V5的集电极相接，电容C3和电容C4串联支路的C4端与所述开关功率管V6的发射极相接，电容C3和电容C4串联支路的中间端作为第二输出端，第一输出端和第二输出端分别接至第二升压变压器一次绕组的两端。
采用上述进一步方案的有益效果是：所述A相逆变器与B相逆变器采用单相半桥逆变电路，且两相逆变器的电路结构与参数相同，电容C1～C4的电容值相同，电容C1和电容C2串联支路和电容C3和电容C4串联支路作为所述直流-直流变换单元的输出滤波电容以及分别作为开关功率管V3和开关管功率管V4和开关管功率管V5和开关管功率管V6的缓冲电容，同时分别作为所述A相逆变器与B相逆变器的直流输入均压电容及交流输出隔直电容。开关功率管V3和开关管功率管V4的驱动信号g3、g4为对称推挽互补关系，但转换过程设置2-3微秒的死区时间，避免开关功率管V3和开关功率管V4短时直通；开关功率管V5、V6的驱动信号g5、g6为对称推挽互补关系，但转换过程设置2-3微秒的死区时间，避免开关功率管V5和开关功率管V6短时直通，所述A相逆变器与B相逆变器驱动波形的相序相差90°，即所述A相逆变器与B相逆变器的输出为两相对称矩形电压波形，对应的两相高压并联整流波形脉动频率为直流-直流变换器PWM波的频率，且消除了凹陷，由于高压总整流波的脉动频率高，而脉动幅值低，选用较小的高压滤波电容值就能滤掉交流成分，满足纹波系数指标要求；高压滤波电容值小一方面系统惯性时间常数小，有利于提高控制系统调节速度，另一方面贮能小，高压放电产生的冲击自然小，有利于提高电源系统运行可靠性。
进一步，所述逆变单元包括电容C5、C相逆变器、D相逆变器和第三驱动脉冲发生器，所述C相逆变器和所述D相逆变器均与所述第三驱动脉冲发生器连接；
所述电容C5并接在所述直流-直流变换单元的输出两端；
所述C相逆变器包括开关功率管V7～V10，所述开关功率管V7的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端，所述开关功率管V7的发射极与所述开关功率管V9的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V9的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端，所述开关功率管V8的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端，所述开关功率管V8的发射极与所述开关功率管V10的集电极相接，并作为第二输出端，所述开关功率管V10的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端，所述开关功率管V7至开关功率管V10的基极与所述第三驱动脉冲发生器连接，所述第一输出端和第二输出端分别接至第一升压变压器一次绕组的两端。
所述D相逆变器包括开关功率管V11～V14，所述开关功率管V11的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端，所述开关功率管V11的发射极与所述开关功率管V13的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V13的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端，所述开关功率管V12的集电极接至所述直流-直流变换单元的正输出端，所述开关功率管V12的发射极与所述开关功率管V14的集电极相接，并作为第二输出端，所述开关功率管V14的发射极接至所述直流-直流变换单元的负输出端，所述开关功率管V11至开关功率管V14的基极与所述第三驱动脉冲发生器连接，所述第一输出端和第二输出端分别接至第二升压变压器一次绕组的两端。
采用上述进一步方案的有益效果是：所述C相逆变器与D相逆变器采用单相全桥逆变电路，所述电容C5作为所述直流-直流变换单元的输出滤波电容以及作为所述C相逆变器和D相逆变器每桥臂开关管(V7与V9，V8与V10，V11与V13，V12与V14)的缓冲电容，每桥臂开关管的驱动信号(g7与g9，g8与g10，g11与g13，g12与g14)各为对称推挽互补关系，但转换过程设置2-3微秒的死区时间，避免各逆变桥臂上下两管短时直通，所述C相逆变器与D相逆变器驱动波形的相序相差90°，即所述C相逆变器与D相逆变器的输出为两相对称矩形电压波形，对应的两相高压并联整流波形脉动频率为直流-直流变换单元的PWM频率，且消除了凹陷，由于高压总整流波的脉动频率高，而脉动幅值低，选用较小的高压滤波电容值就能滤掉交流成分，满足纹波系数指标要求；高压滤波电容值小一方面系统惯性时间常数小，有利于提高控制系统调节速度，另一方面贮能小，高压放电产生的冲击自然小，有利于提高电源系统运行可靠性。
进一步，所述高压单元包括第一升压变压器、第二升压变压器、第一高压整流桥、第二高压整流桥、高压滤波器、高压放电扼流器、高压分压器和束流取样电阻，所述第一升压变压器的输出端与所述第一高压整流桥的输入端连接，所述第二升压变压器的输出端所述第二高压整流桥的输入端连接所述第一高压整流桥和第二高压整流桥的输出端并联且与所述高压滤波器的输入端连接，高压总整流输出电压波形的脉动频率为直流-直流变换单元PWM波的频率，所述高压滤波器与所述高压放电扼流器串接，所述高压放电扼流器的高压输出端接至电子枪的阴极，所述高压放电扼流器的低压输出端与束流取样电阻的第一端连接，所述束流取样电阻的第二端接地，所述高压分压器并接在所述高压放电扼流器的高压输出端与大地之间；
所述第一升压变压器和第二升压变压器，均用于将中频矩形波交流电进行电能的传递、升压和高压绝缘，输出中频高压交流电；
所述第一高压整流桥和第二高压整流桥，均用于将中频高压交流电变换成脉动直流电；
所述高压滤波器，用于将脉动直流电变换为平滑的高压直流电；
所述高压放电扼流器，用于抑制高压直流电放电电流的上升速率，减缓高压放电所产生的电磁冲击强度，同时用于抑制第一和第二中频高压变压器一次与二次绕组间由寄生电容引起的干扰电流；
所述高压分压器，用于测量输出高压的电压值，输出正比于加速高压的电压信号U，作为高压反馈信号；
所述束流取样电阻，用于测量电子束流值，束流取样电阻两端输出正比于电子束流大小的电压取样信号，作为电子束流反馈信号供给设备其它控制系统用。
附图说明
图1为本实用新型一种电子束加工设备精密加速电源装置的电路原理图；
图2为直流-直流变换单元的电路原理图；
图3为第一驱动脉冲发生器产生的驱动波形图；
图4为逆变单元在实施例1中的电路原理图；
图5为逆变单元在实施例2中的电路原理图；
图6为第二驱动脉冲发生器和第三驱动脉冲发生器产生的驱动波形图；
图7为高压单元的电路原理图；
图8高压整流波形图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、进线滤波器，2、低压整流滤波单元；
3、直流-直流变换单元，3-1、第一驱动脉冲发生器；
4、逆变单元，4-1、第二驱动脉冲发生器，4-2、第三驱动脉冲发生器；
5、高压单元，5-1、第一升压变压器，5-2、第二升压变压器，5-3、第一高压整流桥，5-4、第二高压整流桥，5-5、高压滤波器，5-6、高压放电扼流器，5-7、高压分压器，5-8、束流取样电阻；
6、调节器；
Ua1、第一高压整流桥输出波形，Ua2、第二高压整流桥输出波形；Ua、第一高压整流桥和第二高压整流桥并联输出波形。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
实施例1：
如图1所示，一种电子束加工设备精密加速电源装置，包括进线滤波器1、低压整流滤波单元2、直流-直流变换单元3、逆变单元4、高压单元5和调节器6，所述进线滤波器1的输入端与外部电网连接，所述进线滤波器1的输出端、低压整流滤波单元2、直流-直流变换单元3、逆变单元4和高压单元5的输入端依次串联，所述高压单元5的高压输出端输出高压电接至电子枪阴极，所述高压单元5的信号端输出的高压反馈信号U送至调节器6的第二输入端，所述调节器6的第一输入端输入高压给定信号U*，所述调节器6的输出端与所述直流-直流变换单元3的信号端连接；
所述进线滤波器1，其用于接入交流电，消除高频电磁干扰信号在其输入端与输出端间的传递；
所述低压整流滤波单元2，其用于将交流电变换成平直不可控直流电；
所述直流-直流变换单元3，其用于将平直不可控直流电变成平直可控直流电；还用于将调节信号Uc转换成PWM信号的占空比，实现输出高压的稳定调节；
所述逆变单元4，其用于将平直可控直流电逆变成可控中频矩形波交流电；
所述高压单元5，其用于将可控中频矩形波交流电进行升压和整流滤波，并输出平直的直流高压电，同时对输出高压值信号进行线性采样，输出高压反馈信号U；
所述调节器6，其用于将高压给定信号U*与高压反馈信号U的差值进行比例－积分(PI)运算，生成调节信号Uc。
采用电压闭环控制结构，电源由三相市电供电，采用AC→DC→DC→AC→AC→DC电流变换方式，DC→DC利用同步Buck电路实现，在电子束加工设备轻载运行状态时，能有效抑制尖峰脉冲电压，加速电源输出电压更加平稳，提高了加速电源的精度，提升电子束的加工精度；中间DC→AC逆变环节为中频逆变；由中频高压变压器实现电能的传递、升压和高压绝缘；调节器根据高压给定信号U*和电压反馈信号U的偏差信号△U(ΔU＝U*-U)进行比例－积分(PI)运算输出信号Uc去调节逆变直流-直流变换单元的输出电压的幅值，最终实现输出高压的稳定调节。
优选的，如图2所示，所述直流-直流变换单元3包括第一驱动脉冲发生器3-1、开关功率管V1～V2和电感L1～L2，所述第一驱动脉冲发生器3-1的信号输入端与所述调节器6的信号输出端连接，所述第一驱动脉冲发生器3-1的输出端分别与所述开关功率管V1和开关功率管V2的基极连接，所述开关功率管V1的集电极与所述低压整流滤波单元2的正输出端连接，所述开关功率管V1的发射极分别与所述开关功率管V2的集电极和所述电感L1的第一端连接，所述电感L1的第二端作为所述直流-直流变换单元3的正输出端，所述开关功率管V2的发射极分别与所述低压整流滤波单元2的负输出端和所述电感L2的第一端连接，所述电感L2的第二端作为所述直流-直流变换单元3的负输出端，所述直流-直流变换单元3的两输出端分别接至所述逆变单元4的直流两输入端。
直流-直流变换单元3采用同步Buck电路结构，驱动信号如图3所示，第一驱动脉冲发生器3-1将调节器输出信号Uc转换成PWM信号的占空比，Uc越大，g1越宽，直流-直流变换单元3的输出Ud2越大；开关功率管V1和开关功率管V2的驱动信号g1、g2为推挽互补关系，但转换过程设置2-3微秒的死区时间，避免开关功率管V1和开关功率管V2短时直通；同步Buck电路为强迫电流连续工作模式，避免了电感L1和电感L2电流断续时造成变换器输出端出现尖峰脉冲电压，加速电源输出电压更加平稳，提高了加速电源的精度，提升电子束的加工精度。
优选的，如图4所示，所述逆变单元4包括A相逆变器、B相逆变器和第二驱动脉冲发生器4-1，所述A相逆变器和所述B相逆变器均与所述第二驱动脉冲发生器4-1连接。
所述A相逆变器包括开关功率管V3～V4和电容C1～C2，所述开关功率管V3的集电极接至所述直流-直流变换单元3的正输出端，所述开关功率管V3的发射极与所述开关功率管V4的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V4的发射极接至所述直流-直流变换单元3的负输出端，所述开关功率管V3和开关功率管V4的基极与所述第二驱动脉冲发生器4-1连接，所述电容C1和电容C2串联连接，电容C1和电容C2串联支路的C1端与所述开关功率管V3的集电极相接，电容C1和电容C2串联支路的C2端与所述开关功率管V4的发射极相接，电容C1和电容C2串联支路的中间端作为第二输出端，第一输出端和第二输出端分别接至第一升压变压器5-1一次绕组的两端。
所述B相逆变器包括开关功率管V5～V6和电容C3～C4，所述开关功率管V5的集电极接至所述直流-直流变换单元3的正输出端，所述开关功率管V5的发射极与所述开关功率管V6的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V6的发射极接至所述直流-直流变换单元3的负输出端，所述开关功率管V5和开关功率管V6的基极与所述第二驱动脉冲发生器4-1连接，所述电容C3和电容C4串联连接，电容C3和电容C4串联支路的C3端与所述开关功率管V5的集电极相接，电容C3和电容C4串联支路的C4端与所述开关功率管V6的发射极相接，电容C3和电容C4串联支路的中间端作为第二输出端，第一输出端和第二输出端分别接至第二升压变压器5-2一次绕组的两端。
所述A相逆变器与B相逆变器采用单相半桥逆变电路，且两相逆变器的电路结构与参数相同，电容C1～C4的电容值相同，电容C1和电容C2串联支路和电容C3和电容C4串联支路作为所述直流-直流变换单元3的输出滤波电容以及分别作为开关功率管V3、开关功率管V4和开关管功率管V5、开关功率管V6的缓冲电容，同时分别作为所述A相逆变器与B相逆变器的直流输入均压电容及交流输出隔直电容。A相逆变器与B相逆变器的驱动波形如图6所示，开关功率管V3、V4的驱动信号g3、g4为对称推挽互补关系，但转换过程设置2-3微秒的死区时间，避免开关功率管V3和开关功率管V4短时直通；开关功率管V5和开关功率管V6的驱动信号g5、g6为对称推挽互补关系，但转换过程设置2-3微秒的死区时间，避免开关功率管V5和开关功率管V6短时直通，所述A相逆变器与B相逆变器驱动波形的相序相差90°，即所述A相逆变器与B相逆变器的输出为两相对称矩形电压波形，对应的两相高压并联整流波形脉动频率为直流-直流变换单元3的PWM频率，且消除了凹陷，由于高压总整流波的脉动频率高，而脉动幅值低，选用较小的高压滤波电容值就能滤掉交流成分，满足纹波系数指标要求；高压滤波电容值小一方面系统惯性时间常数小，有利于提高控制系统调节速度，另一方面贮能小，高压放电产生的冲击自然小，有利于提高电源系统运行可靠性。
优选的，如图7所示，所述高压单元5包括第一升压变压器5-1、第二升压变压器5-2、第一高压整流桥5-3、第二高压整流桥5-4、高压滤波器5-5、高压放电扼流器5-6、高压分压器5-7和束流取样电阻5-8，所述第一升压变压器5-1的输出端与所述第一高压整流桥5-3的输入端连接，所述第二升压变压器5-2的输出端所述第二高压整流桥5-4的输入端连接所述第一高压整流桥5-3和第二高压整流桥5-4的输出端并联且与所述高压滤波器5-5的输入端连接，高压整流输出波形如图8所示，高压总整流输出电压波形的脉动频率为直流-直流变换单元3的PWM频率，所述高压滤波器5-5与所述高压放电扼流器5-6串接，所述高压放电扼流器5-6的高压输出端接至电子枪的阴极，所述高压放电扼流器5-6的低压输出端与束流取样电阻5-8的第一端连接，所述束流取样电阻5-8的第二端接地，所述高压分压器5-7并接在所述高压放电扼流器5-6的高压输出端与大地之间；
所述第一升压变压器5-1和第二升压变压器5-2，均用于将中频矩形波交流电进行电能的传递、升压和高压绝缘，输出中频高压交流电；
所述第一高压整流桥5-3和第二高压整流桥5-4，均用于将中频高压交流电变换成脉动直流电；
所述高压滤波器5-5，用于将脉动直流电变换为平滑的高压直流电；
所述高压放电扼流器5-6，用于抑制高压直流电放电电流的上升速率，减缓高压放电所产生的电磁冲击强度，同时用于抑制第一和第二中频高压变压器一次与二次绕组间由寄生电容引起的干扰电流；
所述高压分压器5-7，用于测量输出高压的电压值，输出正比于加速高压的电压信号U，作为高压反馈信号；
所述束流取样电阻5-8，用于测量电子束流值，束流取样电阻5-8两端输出正比于电子束流大小的电压取样信号，作为电子束流反馈信号供给设备其它控制系统用。
实施例2：
实施例2的结构与实施例1的结构基本相同，区别在于逆变单元4。
如图5所示，所述逆变单元4包括电容C5、C相逆变器、D相逆变器和第三驱动脉冲发生器4-2，所述C相逆变器和所述D相逆变器均与所述第三驱动脉冲发生器4-2连接；
所述电容C5并接在所述直流-直流变换单元3的输出两端；
所述C相逆变器包括开关功率管V7～V10，所述开关功率管V7的集电极接至所述直流-直流变换单元3的正输出端，所述开关功率管V7的发射极与所述开关功率管V9的集电极相接，并作为C相逆变器的第一输出端，所述开关功率管V9的发射极接至所述直流-直流变换单元3的负输出端，所述开关功率管V8的集电极接至所述直流-直流变换单元3的正输出端，所述开关功率管V8的发射极与所述开关功率管V10的集电极相接，并作为C相逆变器的第二输出端，所述开关功率管V10的发射极接至所述直流-直流变换单元3的负输出端，所述开关功率管V7至开关功率管V10的基极与所述第三驱动脉冲发生器4-2连接，所述C相逆变器的第一输出端和第二输出端分别接至第一升压变压器5-1一次绕组的两端。
所述D相逆变器包括开关功率管V11～V14，所述开关功率管V11的集电极接至所述直流-直流变换单元3的正输出端，所述开关功率管V11的发射极与所述开关功率管V13的集电极相接，并作为D相逆变器的第一输出端，所述开关功率管V13的发射极接至所述直流-直流变换单元3的负输出端，所述开关功率管V12的集电极接至所述直流-直流变换单元3的正输出端，所述开关功率管V12的发射极与所述开关功率管V14的集电极相接，并作为D相逆变器的第二输出端，所述开关功率管V14的发射极接至所述直流-直流变换单元3的负输出端，所述开关功率管V11至开关功率管V14的基极与所述第三驱动脉冲发生器4-2连接，所述D相逆变器的第一输出端和第二输出端分别接至第二升压变压器5-2一次绕组的两端。
所述C相逆变器与D相逆变器采用单相全桥逆变电路，所述电容C5作为所述直流-直流变换单元3的输出滤波电容以及作为所述C相逆变器与D相逆变器开关功率管每桥臂开关管(V7与V9，V8与V10，V11与V13，V12与V14)的缓冲电容，每桥臂开关管的驱动信号(g7与g9，g8与g10，g11与g13，g12与g14)各为对称推挽互补关系，但转换过程设置2-3微秒的死区时间，避免各逆变桥臂上下两管短时直通，所述C相逆变器与D相逆变器驱动波形的相序相差90°，如图6所示，即所述C相逆变器与D相逆变器的输出为两相对称矩形电压波形，对应的两相高压并联整流波形脉动频率为直流-直流变换单元3的PWM频率，且消除了凹陷，由于高压总整流波的脉动频率高，而脉动幅值低，选用较小的高压滤波电容值就能滤掉交流成分，满足纹波系数指标要求；高压滤波电容值小一方面系统惯性时间常数小，有利于提高控制系统调节速度，另一方面贮能小，高压放电产生的冲击自然小，有利于提高电源系统运行可靠性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电子束加工设备精密加速电源装置，包括进线滤波器(1)、低压整流滤波单元(2)、直流-直流变换单元(3)、逆变单元(4)、高压单元(5)和调节器(6)，所述进线滤波器(1)的输入端与外部电网连接，所述进线滤波器(1)的输出端、低压整流滤波单元(2)、直流-直流变换单元(3)、逆变单元(4)和高压单元(5)的输入端依次串联，所述高压单元(5)的高压输出端输出高压电接至电子枪阴极，所述高压单元(5)的信号端输出的高压反馈信号U送至调节器(6)的第二输入端，所述调节器(6)的第一输入端输入高压给定信号U*，所述调节器(6)的输出端与所述直流-直流变换单元(3)的信号端连接；
所述进线滤波器(1)，其用于接入交流电，消除高频电磁干扰信号在其输入端与输出端间的传递；
所述低压整流滤波单元(2)，其用于将交流电变换成平直不可控直流电；
所述直流-直流变换单元(3)，其用于将平直不可控直流电变成平直可控直流电；还用于将调节信号Uc转换成PWM信号的占空比，实现输出高压的稳定调节；
所述逆变单元(4)，其用于将平直可控直流电逆变成可控中频矩形波交流电；
所述高压单元(5)，其用于将可控中频矩形波交流电进行升压和整流滤波，并输出平直的直流高压电，同时对输出高压值信号进行线性采样，输出高压反馈信号U；
所述调节器(6)，其用于将高压给定信号U*与高压反馈信号U的差值进行比例－积分(PI)运算，生成调节信号Uc。
2.根据权利要求1所述一种电子束加工设备精密加速电源装置，其特征在于：所述直流-直流变换单元(3)包括第一驱动脉冲发生器(3-1)、开关功率管V1～V2和电感L1～L2，所述第一驱动脉冲发生器(3-1)的信号输入端与所述调节器(6)的信号输出端连接，所述第一驱动脉冲发生器(3-1)的输出端分别与所述开关功率管V1和开关功率管V2的基极连接，所述开关功率管V1的集电极与所述低压整流滤波单元(2)的正输出端连接，所述开关功率管V1的发射极分别与所述开关功率管V2的集电极和所述电感L1的第一端连接，所述电感L1的第二端作为所述直流-直流变换单元(3)的正输出端，所述开关功率管V2的发射极分别与所述低压整流滤波单元(2)的负输出端和所述电感L2的第一端连接，所述电感L2的第二端作为所述直流-直流变换单元(3)的负输出端，所述直流-直流变换单元(3)的两输出端分别接至所述逆变单元(4)的直流两输入端。
3.根据权利要求1所述一种电子束加工设备精密加速电源装置，其特征在于：所述逆变单元(4)包括A相逆变器、B相逆变器和第二驱动脉冲发生器(4-1)，所述A相逆变器和所述B相逆变器均与所述第二驱动脉冲发生器(4-1)连接。
4.根据权利要求3所述一种电子束加工设备精密加速电源装置，其特征在于：所述A相逆变器包括开关功率管V3～V4和电容C1～C2，所述开关功率管V3的集电极接至所述直流-直流变换单元(3)的正输出端，所述开关功率管V3的发射极与所述开关功率管V4的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V4的发射极接至所述直流-直流变换单元(3)的负输出端，所述开关功率管V3和开关功率管V4的基极与所述第二驱动脉冲发生器(4-1)连接，所述电容C1和电容C2串联连接，电容C1和电容C2串联支路的C1端与所述开关功率管V3的集电极相接，电容C1和电容C2串联支路的C2端与所述开关功率管V4的发射极相接，电容C1和电容C2串联支路的中间端作为第二输出端，第一输出端和第二输出端分别接至第一升压变压器(5-1)一次绕组的两端。
5.根据权利要求3所述一种电子束加工设备精密加速电源装置，其特征在于：所述B相逆变器包括开关功率管V5～V6和电容C3～C4，所述开关功率管V5的集电极接至所述直流-直流变换单元(3)的正输出端，所述开关功率管V5的发射极与所述开关功率管V6的集电极相接，并作其第一输出端，所述开关功率管V6的发射极接至所述直流-直流变换单元(3)的负输出端，所述开关功率管V5和开关功率管V6的基极与所述第二驱动脉冲发生器(4-1)连接，所述电容C3和电容C4串联连接，电容C3和电容C4串联支路的C3端与所述开关功率管V5的集电极相接，电容C3和电容C4串联支路的C4端与所述开关功率管V6的发射极相接，电容C3和电容C4串联支路的中间端作为其第二输出端，第一输出端和第二输出端分别接至第二升压变压器(5-2)一次绕组的两端。
6.根据权利要求1所述一种电子束加工设备精密加速电源装置，其特征在于：所述逆变单元(4)包括电容C5、C相逆变器、D相逆变器和第三驱动脉冲发生器(4-2)，所述C相逆变器和所述D相逆变器均与所述第三驱动脉冲发生器(4-2)连接，所述电容C5并接在所述直流-直流变换单元(3)的输出两端。
7.根据权利要求6所述一种电子束加工设备精密加速电源装置，其特征在于：所述C相逆变器包括开关功率管V7～V10，所述开关功率管V7的集电极接至所述直流-直流变换单元(3)的正输出端，所述开关功率管V7的发射极与所述开关功率管V9的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V9的发射极接至所述直流-直流变换单元(3)的负输出端，所述开关功率管V8的集电极接至所述直流-直流变换单元(3)的正输出端，所述开关功率管V8的发射极与所述开关功率管V10的集电极相接，并作为其第二输出端，所述开关功率管V10的发射极接至所述直流-直流变换单元(3)的负输出端，所述开关功率管V7至开关功率管V10的基极与所述第三驱动脉冲发生器(4-2)连接，所述第一输出端和第二输出端分别接至第一升压变压器(5-1)一次绕组的两端；
所述D相逆变器包括开关功率管V11～V14，所述开关功率管V11的集电极接至所述直流-直流变换单元(3)的正输出端，所述开关功率管V11的发射极与所述开关功率管V13的集电极相接，并作为第一输出端，所述开关功率管V13的发射极接至所述直流-直流变换单元(3)的负输出端，所述开关功率管V12的集电极接至所述直流-直流变换单元(3)的正输出端，所述开关功率管V12的发射极与所述开关功率管V14的集电极相接，并作为第二输出端，所述开关功率管V14的发射极接至所述直流-直流变换单元(3)的负输出端，所述开关功率管V11至开关功率管V14的基极与所述第三驱动脉冲发生器(4-2)连接，所述第一输出端和第二输出端分别接至第二升压变压器(5-2)一次绕组的两端。
8.根据权利要求1至7任一项所述一种电子束加工设备精密加速电源装置，其特征在于：所述高压单元(5)包括第一升压变压器(5-1)、第二升压变压器(5-2)、第一高压整流桥(5-3)、第二高压整流桥(5-4)、高压滤波器(5-5)、高压放电扼流器(5-6)、高压分压器(5-7)和束流取样电阻(5-8)，所述第一升压变压器(5-1)的输出端与所述第一高压整流桥(5-3)的输入端连接，所述第二升压变压器(5-2)的输出端所述第二高压整流桥(5-4)的输入端连接，所述第一高压整流桥(5-3)和第二高压整流桥(5-4)的输出端并联且与所述高压滤波器(5-5)的输入端连接，高压总整流输出电压波形的脉动频率为直流-直流变换单元(3)PWM波的频率，所述高压滤波器(5-5)与所述高压放电扼流器(5-6)串接，所述高压放电扼流器(5-6)的高压输出端接至电子枪的阴极，所述高压放电扼流器(5-6)的低压输出端与束流取样电阻(5-8)的第一端连接，所述束流取样电阻(5-8)的第二端接地，所述高压分压器(5-7)并接在所述高压放电扼流器(5-6)的高压输出端与大地之间；
所述第一升压变压器(5-1)和第二升压变压器(5-2)，均用于将中频矩形波交流电进行电能的传递、升压和高压绝缘，输出中频高压交流电；
所述第一高压整流桥(5-3)和第二高压整流桥(5-4)，均用于将中频高压交流电变换成脉动直流电；
所述高压滤波器(5-5)，用于将脉动直流电变换为平滑的高压直流电；
所述高压放电扼流器(5-6)，用于抑制高压直流电放电电流的上升速率，减缓高压放电所产生的电磁冲击强度，同时用于抑制第一和第二中频高压变压器一次与二次绕组间由寄生电容引起的干扰电流；
所述高压分压器(5-7)，用于测量输出高压的电压值，输出正比于加速高压的电压信号U，作为高压反馈信号；
所述束流取样电阻(5-8)，用于测量电子束流值，束流取样电阻5-8两端输出正比于电子束流大小的电压取样信号，作为电子束流反馈信号供给设备其它控制系统用。
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| CN105141169A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-12-09 | 桂林狮达机电技术工程有限公司 | 一种电子束加工设备精密加速电源装置及控制方法 |
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