專利名稱：一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于真空電子束焊機的電源，更確切地說，是指一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置
背景技術：
電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極通過直接或間接加熱發(fā)射電子，這些電子在高壓電場的加速下，通過電磁場的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動能轉(zhuǎn)化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實現(xiàn)對工件的焊接。1990年9月第一版出版的《真空電子束焊接設備及工藝》一書，在第二章真空電子束焊機中公開了真空電子束焊機的各部分結構。其中電子束焊接電源包括陽極高壓主電源(又稱高壓電源)、陰極加熱電源、以及束流控制用高壓電源系統(tǒng)(主要包括柵極偏壓電源)，束流控制用高壓電源系統(tǒng)用于控制電子束流的大小和穩(wěn)定性。為使電子束聚焦處于最佳狀態(tài)下，要調(diào)整的電子束焊接主要工藝參數(shù)是加速電壓、電子束流、焊接速度、電子槍工作距離和焦點位置等，在所有工藝參數(shù)中電子束流與高壓加速電壓一起決定電子束的功率。在電子束焊接中，由于高壓加速電壓基本不變，增加電子束電流，熔深和熔寬都會增加，所以為滿足不同的焊接工藝需要，需要經(jīng)常連續(xù)控制和調(diào)整電子束流，為了實現(xiàn)對電子束流的控制和快速調(diào)節(jié)，必須設計束流控制用高壓電源系統(tǒng)來保證電子束流的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定。最初的電子束焊機其電子束流的大小調(diào)節(jié)是依靠陰極加熱電流的大小來保證，加熱電流大時電子束流大，反之亦然。這種調(diào)節(jié)方式精度低，較難適應電子束焊接的工藝需要。隨著近代電子束制造技術的快速發(fā)展，人們研究用柵極偏壓電源來控制電子束流的大小。它的原理是在陰極和聚束極(又稱柵極)之間加一柵極偏壓電源， 用調(diào)節(jié)柵偏電壓的大小來調(diào)節(jié)電子束流的大小，如圖1所示。對于電子束焊接厚度大的工件，為了增加焊接的深寬比，一般增大電子束流，而隨著電子束流增大，焊接熔池上方的金屬蒸氣會大量增加，這會干擾和阻斷電子束對工件的焊接通道，難以獲得高質(zhì)量的大深寬比的焊縫，從而影響焊縫的品質(zhì)；同時對于需要進行電子束焊接的薄壁工件，焊接薄壁零件面積大，要求變形小，常規(guī)連續(xù)束流電子束焊接也難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述缺陷，本發(fā)明提供了一種適用于脈沖電子束焊接偏壓電源裝置。該裝置將柵極偏壓調(diào)制成偏壓基值大小、偏壓脈沖幅值、偏壓脈沖占空比和偏壓脈沖頻率均可調(diào)節(jié)的脈沖偏壓，通過與高壓電源和陰極加熱電源共同作用產(chǎn)生脈沖束流。該裝置由前級低壓電路和后級高壓電路組成，后級高壓電路放在盛滿變壓器油的密封油箱內(nèi)，通過控制前級低壓電路實現(xiàn)偏壓脈沖頻率O 3kHz、幅值0 2000V和占空比0 100%連續(xù)調(diào)節(jié)，對應實現(xiàn)脈沖束流頻率0 3kHz、幅值0 200mA和占空比0 100%連續(xù)調(diào)節(jié)。
當偏壓基值產(chǎn)生模塊和偏壓脈沖產(chǎn)生模塊均工作時，該偏壓電源裝置能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖偏壓；當偏壓基值產(chǎn)生模塊工作，而偏壓脈沖產(chǎn)生模塊不工作時，該偏壓電源裝置能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)直流偏壓。本發(fā)明是一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，該偏壓電源裝置包括偏壓基值產(chǎn)生模塊、偏壓脈沖產(chǎn)生模塊、電壓閉環(huán)電路、PWM電路和驅(qū)動電路；所述的偏壓基值產(chǎn)生模塊包括有第一整流濾波電路(101)、第一斬波降壓電路 (102)、第一半橋逆變電路(103)、第一高頻升壓變壓器(104)和第二整流濾波電路(105)；所述的偏壓脈沖產(chǎn)生模塊包括有第三整流濾波電路001)、第二斬波降壓電路 002)、第二半橋逆變電路003)、第二高頻升壓變壓器(204)和第四整流濾波電路O05)；所述的電壓閉環(huán)電路包括有第一電壓閉環(huán)電路(111)和第二電壓閉環(huán)電路 (211)；所述的P麗電路包括有第一 P麗電路(112)、第二 P麗電路(107)、第三P麗電路 (212)、第四 PWM 電路(207)；所述的驅(qū)動電路包括有第一驅(qū)動電路(11 、第二驅(qū)動電路(21 、第三驅(qū)動電路 (109)、第四驅(qū)動電路(108)、第五驅(qū)動電路(209)和第六驅(qū)動電路O08)；第一整流濾波電路(101)用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出 MOV直流電壓信號Ultll,并輸出給第一斬波降壓電路(102)；第一斬波降壓電路(102)用于對接收的MOV直流電壓信號U101進行直流電壓調(diào)節(jié)至工作電壓信號Ac12,并輸出給第一半橋逆變電路(103)；第一半橋逆變電路(10 對接收的工作電壓信號Rci2轉(zhuǎn)換成第一交流方波電壓 Ultl3輸出給第一高頻升壓變壓器(104)的原邊；第一高頻升壓變壓器(104)用于對第一交流方波電壓^l3進行升壓處理，并將升壓后的第二交流方波電壓^l4輸出給第二整流濾波電路(105)；第二整流濾波電路(105)依據(jù)60kV 150kV高壓電源輸出的_60kV _150kV電壓對第二交流方波電壓U104進行整流濾波處理，輸出0 2000V的直流電壓信號U105 ；第一電壓傳感器(110)用于采集第一斬波降壓電路(102)的輸出工作電壓信號 Ultl2,并將該工作電壓信號Ultl2作為電壓閉環(huán)反饋作用到第一電壓閉環(huán)電路(111)；第一電壓閉環(huán)電路(111)對給定電壓信號、和工作電壓信號Ac12進行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出恒定電壓信號U111給第一 PWM電路(112)；第一 PWM電路(112)把恒定電壓信號U111轉(zhuǎn)換成PWM方波P1作用到第一驅(qū)動電路 (113)的輸入端；第一驅(qū)動電路(11 將PWM方波P1弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一斬波降壓電路(102)開關管Tri的柵極；第一電流傳感器(106)用于采集第一高頻升壓變壓器(104)的原邊回路電流If1, 并將該回路電流If1作為過流保護信號作用到第二 PWM電路(107)；第二 PWM電路(107)第一方面用于產(chǎn)生PWM方波P3和PWM方波P4 ；第二方面將 PWM方波P3作用在第三驅(qū)動電路(109)的輸入端；第三方面將PWM方波P4作用在第四驅(qū)動電路(108)的輸入端；第三驅(qū)動電路(109)將PWM方波P3弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一半橋逆變電路(10 上開關管Iri的柵極；第四驅(qū)動電路(108)將PWM方波P4弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一半橋逆變電路(10 下開關管Trt的柵極；第三整流濾波電路(201)用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出 MOV直流電壓信號U2Q1，并輸出給第二斬波降壓電路Q02)；第二斬波降壓電路(202)用于對接收的MOV直流電壓信號U201進行直流電壓調(diào)節(jié)至工作電壓信號U2tl2,并輸出給第二半橋逆變電路Q03)；第二半橋逆變電路(20 對接收的工作電壓信號U202轉(zhuǎn)換成第三交流方波電壓 U2tl3輸出給第二高頻升壓變壓器O04)的原邊；第二高頻升壓變壓器(204)用于對第三交流方波電壓U203進行升壓處理，并將升壓后的第四交流方波電壓^l4輸出給第二整流濾波電路O05)；第四整流濾波電路(20 依據(jù)0 2000V的直流電壓信號^15對第四交流方波電壓^14進行整流濾波處理，輸出幅值為O 2000V、頻率為0 3kHz和占空比為0 100% 的直流方波電壓信號U2tl5,該直流方波電壓信號U205作用到電子槍柵極上；第二電壓傳感器(210)用于采集第二斬波降壓電路O02)的輸出工作電壓信號 U2tl2,并將該工作電壓信號U2tl2作為電壓閉環(huán)反饋作用到第二電壓閉環(huán)電路Oil)；第二電壓閉環(huán)電路011)對給定電壓信號L和工作電壓信號U2tl2進行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出恒定電壓信號U211給第三PWM電路012)；第三PWM電路(212)把恒定電壓信號轉(zhuǎn)換成PWM方波P2作用到第二驅(qū)動電路 (213)的輸入端；第二驅(qū)動電路013)把PWM方波P2弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二斬波降壓電路O02)開關管T,2的柵極；第二電流傳感器(206)用于采集第二高頻升壓變壓器Ο04)的原邊的回路電流 If2，并將該回路電流If2作為過流保護信號作用到第四PWM電路Q07)；第四PWM電路(207)第一方面用于產(chǎn)生PWM方波P5和PWM方波P6 ；第二方面將 PWM方波Ρ5作用在第五驅(qū)動電路(209)的輸入端；第三方面將PWM方波P6作用在第六驅(qū)動電路Q08)的輸入端；第五驅(qū)動電路(209)將PWM方波P5弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二半橋逆變電路(20 上開關管Trf的柵極；第六驅(qū)動電路(208)將PWM方波P6弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二半橋逆變電路(20 下開關管Trf的柵極。本發(fā)明一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置的優(yōu)點在于①偏壓基值產(chǎn)生模塊和偏壓脈沖產(chǎn)生模塊采用斬波降壓和半橋逆變串聯(lián)的電路構成，有利于偏壓脈沖基值和偏壓脈沖峰值調(diào)節(jié)和脈沖波形的精準控制；并且該裝置通過控制前級低壓電路的方式實現(xiàn)后級高壓最終偏壓脈沖輸出，此控制方式簡捷、安全和可靠。②偏壓基值產(chǎn)生模塊和偏壓脈沖產(chǎn)生模塊中的前級低壓電路部分均有過流保護功能，當回路中的電流超過保護電流時，偏壓基值產(chǎn)生電路和偏壓脈沖產(chǎn)生電路切斷輸出， 并通過同步電路保證在整個周期內(nèi)切斷。③采用本發(fā)明偏壓電源裝置進行脈沖電子束焊接，在同樣平均功率下，脈沖電子束焊的峰值功率比常規(guī)連續(xù)束流電子束焊接高得多，從而可有效地增加熔深，改善焊縫質(zhì)量，特別對于薄壁零件焊接，脈沖電子束焊接起到降低熱輸入和防止被焊工件過熱，減少焊接變形的效果。 ④采用本發(fā)明偏壓電源裝置，既能實現(xiàn)脈沖偏壓，又能實現(xiàn)常規(guī)直流偏壓，即在同一臺設備上實現(xiàn)脈沖電子束焊接和常規(guī)連續(xù)束流電子束焊接自由切換，滿足不同焊接工藝的需求。


圖1是常規(guī)電子束焊接電源的結構框圖。
圖2是本發(fā)明一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置的功能結構框圖
圖3是本發(fā)明偏壓基值產(chǎn)生電路和偏壓脈沖產(chǎn)生電路原理圖。
圖4A是本發(fā)明第一 PWM電路原理圖。
圖4B是本發(fā)明第二 PWM電路原理圖。
圖5A是本發(fā)明第三PWM電路原理圖。
圖5B是本發(fā)明第四PWM電路原理圖。
圖6A是本發(fā)明第一驅(qū)動電路原理圖。
圖6B是本發(fā)明第二驅(qū)動電路原理圖。
圖6C是本發(fā)明第三驅(qū)動電路原理圖。
圖6D是本發(fā)明第四驅(qū)動電路原理圖。
圖6E是本發(fā)明第五驅(qū)動電路原理圖。
圖6F是本發(fā)明第六驅(qū)動電路原理圖。
圖7是本發(fā)明輸出偏壓電壓與電子束流關系示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。本發(fā)明是一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，該偏壓電源裝置包括偏壓基值產(chǎn)生模塊、偏壓脈沖產(chǎn)生模塊、電壓閉環(huán)電路、PWM(脈沖寬度調(diào)制)電路和驅(qū)動電路。偏壓基值產(chǎn)生模塊包括有第一整流濾波電路101、第一斬波降壓電路102、第一半橋逆變電路103、第一高頻升壓變壓器104和第二整流濾波電路105。偏壓脈沖產(chǎn)生模塊包括有第三整流濾波電路201、第二斬波降壓電路202、第二半橋逆變電路203、第二高頻升壓變壓器204和第四整流濾波電路205。電壓閉環(huán)電路包括有第一電壓閉環(huán)電路111和第二電壓閉環(huán)電路211。PWM(脈沖寬度調(diào)制)電路包括有第一 PWM電路112、第二 PWM電路107、第三PWM 電路212、第四PWM電路207。驅(qū)動電路包括有第一驅(qū)動電路113、第二驅(qū)動電路213、第三驅(qū)動電路109、第四驅(qū)動電路108、第五驅(qū)動電路209和第六驅(qū)動電路208。參見圖2所示，下面將以每個電路輸入輸出信號的流程進行詳細說明其實現(xiàn)的功能。(一 )第一整流濾波電路101
第一整流濾波電路101用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出MOV 直流電壓信號仏…并輸出給第一斬波降壓電路102。( 二)第一斬波降壓電路102第一斬波降壓電路102用于對接收的MOV直流電壓信號U101進行直流電壓調(diào)節(jié)至工作電壓信號Ultl2,并輸出給第一半橋逆變電路103。(三)第一半橋逆變電路103第一半橋逆變電路103對接收的工作電壓信號Rci2轉(zhuǎn)換成交流方波電壓信號 Ultl3(簡稱為第一交流方波電壓U1J輸出給第一高頻升壓變壓器104的原邊。(四)第一高頻升壓變壓器104第一高頻升壓變壓器104用于對第一交流方波電壓U103進行升壓處理，并將升壓后的交流方波電壓信號^l4 (簡稱為第二交流方波電壓Ultl4)輸出給第二整流濾波電路105。(五)第二整流濾波電路105第二整流濾波電路105依據(jù)60kV 150kV高壓電源輸出的_60kV _150kV電壓對第二交流方波電壓U104進行整流濾波處理，輸出0 2000V的直流電壓信號U105。所述直流電壓信號U105的偏壓脈沖基值記為Ubo(六)第一電壓傳感器110第一電壓傳感器110用于采集第一斬波降壓電路102的輸出工作電壓信號Ultl2,并將該工作電壓信號UiciJt為電壓閉環(huán)反饋作用到第一電壓閉環(huán)電路111。(七)第一電壓閉環(huán)電路111第一電壓閉環(huán)電路111對給定電壓信號Ugl和工作電壓信號U102進行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出恒定電壓信號U111給第一 PWM電路112。(八)第一 PWM 電路 112第一 PWM電路112把恒定電壓信號U111轉(zhuǎn)換成PWM方波P1作用到第一驅(qū)動電路 113的輸入端。(九)第一驅(qū)動電路113第一驅(qū)動電路113將PWM方波P1弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一斬波降壓電路102開關管Tri的柵極。(十)第一電流傳感器106第一電流傳感器106用于采集第一高頻升壓變壓器104的原邊回路電流If1,并將該回路電流If1作為過流保護信號作用到第二 PWM電路107。( ^^一 )第二 PWM 電路 107第二 PWM電路107第一方面用于產(chǎn)生PWM方波P3和PWM方波P4 ；第二方面將PWM 方波P3作用在第三驅(qū)動電路109的輸入端；第三方面將PWM方波P4作用在第四驅(qū)動電路 108的輸入端。(十二)第三驅(qū)動電路109第三驅(qū)動電路109將PWM方波P3弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一半橋逆變電路103上開關管Iri的柵極。(十三)第四驅(qū)動電路108第四驅(qū)動電路108將PWM方波P4弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一半橋逆變電路103下開關管Trt的柵極。在本發(fā)明中，第一整流濾波電路101、第一斬波降壓電路102、第一半橋逆變電路 103、第一高頻升壓變壓器104和第二整流濾波電路105構成偏壓基值產(chǎn)生模塊。該偏壓基值產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生直流電壓，并作為偏壓脈沖的基值。(十四)第三整流濾波電路201第三整流濾波電路201用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出MOV 直流電壓信號U201，并輸出給第二斬波降壓電路202。(十五)第二斬波降壓電路202第二斬波降壓電路202用于對接收的MOV直流電壓信號U201進行直流電壓調(diào)節(jié)至工作電壓信號U202，并輸出給第二半橋逆變電路203。(十六)第二半橋逆變電路203第二半橋逆變電路203對接收的工作電壓信號U202轉(zhuǎn)換成交流方波電壓信號 U2tl3(簡稱為第三交流方波電壓U2J輸出給第二高頻升壓變壓器204的原邊。(十七)第二高頻升壓變壓器204第二高頻升壓變壓器204用于對第三交流方波電壓U203進行升壓處理，并將升壓后的交流方波電壓信號隊04 (簡稱為第四交流方波電壓U204)輸出給第二整流濾波電路205。(十八)第四整流濾波電路205第四整流濾波電路205依據(jù)0 2000V的直流電壓信號U105對第四交流方波電壓 U204進行整流濾波處理，輸出幅值為0 2000V、頻率為0 3kHz和占空比為0 100%的直流方波電壓信號U2tl5,該直流方波電壓信號U205作用到電子槍柵極上。所述直流電壓信號U105的偏壓脈沖基值記為Ubo所述直流方波電壓信號U205的偏壓脈沖峰值記為UP。(十九)第二電壓傳感器210第二電壓傳感器210用于采集第二斬波降壓電路202的輸出工作電壓信號U2tl2，并將該工作電壓信號U2tl2作為電壓閉環(huán)反饋作用到第二電壓閉環(huán)電路211。( 二十)第二電壓閉環(huán)電路211第二電壓閉環(huán)電路211對給定電壓信號Ug2和工作電壓信號U202進行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出恒定電壓信號U211給第三PWM電路212。(二^^一)第三 PWM 電路 212第三PWM電路212把恒定電壓信號U211轉(zhuǎn)換成PWM方波P2作用到第二驅(qū)動電路 213的輸入端。(二十二)第二驅(qū)動電路213第二驅(qū)動電路213把PWM方波P2弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二斬波降壓電路202開關管T,2的柵極。( 二十三)第二電流傳感器206第二電流傳感器206用于采集第二高頻升壓變壓器204的原邊的回路電流If2,并將該回路電流If2作為過流保護信號作用到第四PWM電路207。(二十四)第四PWM電路207第四PWM電路207第一方面用于產(chǎn)生PWM方波P5和PWM方波P6 ；第二方面將PWM方波P5作用在第五驅(qū)動電路209的輸入端；第三方面將PWM方波P6作用在第六驅(qū)動電路 208的輸入端。( 二十五)第五驅(qū)動電路209第五驅(qū)動電路209將PWM方波P5弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二半橋逆變電路203上開關管Trf的柵極。 ( 二十六)第六驅(qū)動電路208第六驅(qū)動電路208將PWM方波P6弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二半橋逆變電路203下開關管Trf的柵極。在本發(fā)明中，通過分別控制偏壓基值產(chǎn)生模塊和偏壓脈沖產(chǎn)生模塊的斬波降壓電路調(diào)節(jié)偏壓脈沖基值和偏壓脈沖峰值；通過控制偏壓脈沖產(chǎn)生模塊的半橋逆變電路實現(xiàn)幅值、頻率和占空比可調(diào)的偏壓脈沖；偏壓脈沖產(chǎn)生方式為偏壓脈沖產(chǎn)生模塊通過控制半橋逆變電路開關管Trf和開關管Trfi的關斷頻率實現(xiàn)最終脈沖輸出，即控制圖5B中第四PWM 電路的PWM發(fā)生器U2芯片SG2525的外部信號輸入端(第10腳)的關斷頻率實現(xiàn)SG2525 的PWM輸出端(第11腳和第14腳)關斷頻率。當SG2525的PWM輸出端關斷時，開關管 Tr5和開關管Trf的全部關斷，此時偏壓脈沖產(chǎn)生電路輸出為零；當SG2525的PWM輸出端正常時，開關管1；5和開關管Trf的交替開通，此時偏壓脈沖產(chǎn)生電路輸出為固定值，通過圖5B 中脈沖調(diào)節(jié)電路輸出的脈沖控制SG2525的外部信號輸入端的關斷頻率實現(xiàn)最終的偏壓脈沖輸出。該控制方式相比在斬波降壓電路實現(xiàn)脈沖輸出或其他方式實現(xiàn)脈沖輸出，波形畸變小，控制精度高和能夠?qū)崿F(xiàn)更高的頻率(3kHz)，若在斬波降壓電路實現(xiàn)脈沖輸出最高頻頻在200Hz左右。當偏壓基值產(chǎn)生模塊和偏壓脈沖產(chǎn)生模塊均工作時，該偏壓電源裝置能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖偏壓，即能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖電子束焊接。偏壓基值產(chǎn)生模塊控制偏壓脈沖基值，偏壓脈沖產(chǎn)生電路分別控制偏壓脈沖峰值、偏壓脈沖頻率和偏壓脈沖占空比。當偏壓基值產(chǎn)生模塊工作，而偏壓脈沖產(chǎn)生模塊不工作時，偏壓基值產(chǎn)生模塊輸出負極信號經(jīng)過電阻IV流經(jīng)整流橋 的二極管到達電子槍柵極，此時偏壓電源裝置能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)直流偏壓，即能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)連續(xù)束流電子束焊接。在本發(fā)明中，參見圖3所示的偏壓基值產(chǎn)生模塊，首先將380V工頻交流電進行三相全波整流濾波后，得到大約MOV左右的直流，包括整流橋A、濾波電感L1和濾波電容C1, 然后經(jīng)過斬波降壓模塊將得到的直流電進行調(diào)節(jié)，包括功率開關管Tri、功率二極管D1、濾波電感L2和濾波電容C3,最后經(jīng)過半橋逆變模塊把直流逆變成交流電接到高頻升壓變壓器T1 原邊，包括功率開關管Tri和功率開關管Trt，電容C5和電容C6。后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T1、整流橋化、濾波電容C9、限流電阻R1組成，高頻升壓變壓器T1首先將原邊的電壓升壓，然后經(jīng)過整流橋4和濾波電容C9將交流變成直流。偏壓基值產(chǎn)生模塊輸出電壓正極通過限流電阻隊串聯(lián)到高壓電源的負極。在本發(fā)明中，參見圖3所示的偏壓脈沖產(chǎn)生模塊，該模塊的輸入直接并聯(lián)到整流橋B1輸出端，然后經(jīng)過濾波電容C2濾波成直流，直流經(jīng)過斬波降壓模塊進行調(diào)節(jié)，包括功率開關管Trf、功率二極管D2、濾波電感L3和濾波電容C4,最后經(jīng)過半橋逆變模塊把直流逆變成交流電接到高頻升壓變壓器T2原邊，包括功率開關管Trf和功率開關管Trfi,電容C7和電容 C8。后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T2、整流橋 、濾波電容Cltl、限流電阻&組成，高頻升壓變壓器T2首先將原邊的電壓升壓，然后經(jīng)過整流橋&和濾波電容Cltl將交流變成直流。偏壓脈沖產(chǎn)生電路輸出電壓正極通過限流電阻&串聯(lián)到偏壓基值產(chǎn)生電路輸出電壓的負極，偏壓脈沖產(chǎn)生電路輸出電壓負極串聯(lián)到電子槍的柵極。在本發(fā)明中，偏壓基值產(chǎn)生模塊和偏壓脈沖產(chǎn)生模塊中的PWM電路采用PWM專用芯片SG2525，雙極性集成運放電路選取TL084芯片。第一 PWM電路如圖4A所示，是為偏壓基值產(chǎn)生電路斬波降壓部分開關管Tri產(chǎn)生 PWM方波，各端子連接關系如下偏壓基值產(chǎn)生電路斬波降壓部分輸出C3兩端連接電壓傳感器，電壓采樣信號Ufl 連接電阻R17和電阻R19，電阻R17輸出端接在運放芯片U;3B的第6腳，運放芯片U3B的第6 腳與第7腳之間串聯(lián)有電阻&2，電阻R25接在運放芯片TOB的第5腳和信號地之間；電阻R19 輸出端接在運放芯片U;3B的第9腳，運放芯片TOB的第9腳與第8腳之間串聯(lián)有電容C7,電阻R21接在運放芯片U3B的第10腳和信號地之間；偏壓基值產(chǎn)生電路幅值輸出電壓給定信號Ugl連接電阻R18和電阻1 2(|，電阻R18的輸出端接在運放芯片U3B的第6腳，電阻的輸出端接在運放芯片TOB的第9腳；運放芯片TOB的第7腳連接電阻R23，運放芯片TOB的第8腳連接電阻R24，電阻Ii23 和電阻I^24的輸出端連接在一起，共同接在運放芯片U3A的第12腳上；芯片運放芯片U3A的第13腳連接第14腳，第14腳與二極管D1的陰極連接，二極管D1的陽極與PWM發(fā)生器U4 的第9腳連接，運放芯片U3A的第14腳的輸出為輸出恒壓控制調(diào)節(jié)信號；偏壓基值產(chǎn)生電路斬波降壓部分PWM發(fā)生器U4的第9腳與電容C8相連，電容C8 的另一端與信號地相連；PWM發(fā)生器U4的第2腳與電阻Rltl相連，第1腳與電阻Rn、電阻R12 和電容C9相連，電阻R11和電阻Rltl的另一端連接在一起，共同接到信號電源+5V，電阻R12和電容C9的另一端共同接到信號地；PWM發(fā)生器U4的第12腳接信號地，第3腳接電阻隊3，電阻R13的另一端接信號地；PWM發(fā)生器U4的第13腳和第15腳連接在一起，共同接到信號電源+15V和電容C13，電容C13的另一端接信號地；PWM發(fā)生器U4的第5腳接電容C12，第7腳接電阻R15后接電容C12，第6腳接電阻R16，第8腳接電容C14，電容C12、電容C14和電阻R16的另一端連接在一起，共同接信號地；PWM發(fā)生器U4的第16腳接電容C11,第4腳接電容Cltl， 電容Cltl和電容C11的另一端共同接信號地；PWM發(fā)生器U4的第11腳接二極管D2的陽極， PWM發(fā)生器U4的第14腳接二極管D3的陽極，二極管&和二極管D3的陰極接在一起和電阻 R14相連，輸出信號P1接到第一驅(qū)動電路的電阻Rl-I的一端，電阻R14的另一端接信號地。第一驅(qū)動電路如圖6A所示，電阻Rl-I的另一端接光電隔離芯片的U 13的第2腳， 光電隔離芯片的U 13的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 13第5腳接驅(qū)動地GND 1，光電隔離芯片的U 13的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 13的第7腳和光電隔離芯片的U 13的第8腳連接在一起，共同接驅(qū)動電源+5V1，同時驅(qū)動電源+5V1還連接有電阻R2-1和R3-1，電阻R2-1的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-1的另一端與三極管Ql的集電極和驅(qū)動芯片U14的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發(fā)射極與驅(qū)動地GNDl 相連；驅(qū)動芯片U14的第6腳與驅(qū)動電源+15V1和電容C 1-1相連，電容C 1_1的另一端與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U 14的第3腳與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U 14的第5腳與電阻R5-1相連，驅(qū)動芯片U 14的第7腳與電阻R4-1相連；電阻R5-1和電阻R4-1的另一端連在一起，共同與功率開關管Trl的柵極G相連。
第二 PWM電路如圖4B所示，是為偏壓基值產(chǎn)生電路半橋逆變部分開關管Iri和開關管Trt產(chǎn)生PWM方波，各端子連接關系如下偏壓基值產(chǎn)生電路半橋逆變部分高頻變壓器T1原邊電流傳感器采樣信號Ifl連接電阻1 52、電阻I^53和電容C5tl，電阻Ii52和電容C5tl另一端接地，電阻Ii53另一端與電容C51和運放芯片U 12的2腳相連，電容C51另一端接地，電阻Ii51和電阻R55串聯(lián)接到運放芯片U 12 的3腳，R55的另一腳接+5V，R51的另一腳接地。運放芯片U12的1腳、電阻R54和電容C51連接到一點共同連接到與非門芯片U13的1腳，電阻R54的另一腳接+5V，電容C52的另一腳接地，與非門芯片U13的14腳和電容Cra共同接到+5V，電容C53的另一腳接地，與非門芯片U 13的9腳接到PWM發(fā)生器U5的10腳，當電流傳感器采樣信號Ifl超出保護值時，運放芯片 U12的2腳電位大于3腳電位，運放芯片U 12的1腳輸出為低，與非門芯片U 13的9腳輸出為高，對應PWM發(fā)生器U5的10腳為高，因此PWM發(fā)生器U5關斷輸出，電流保護起作用。 PWM發(fā)生器U5的第2腳與電阻R25相連，第1腳與電阻R26、電阻R27和電容C15相連，電阻R25 和電阻I^26的另一端連接在一起，共同接到信號電源+5V，電阻Ii27和電容C15的另一端共同接到信號地；PWM發(fā)生器U5的第12腳接信號地，第3腳接電阻R3tl，電阻R3tl的另一端接信號地；PWM發(fā)生器U5的第13腳和第15腳連接在一起，共同接到信號電源+15V和電容C21， 電容C21的另一端接信號地；PWM發(fā)生器U5的第5腳接電容C2tl，第7腳接電阻R28后接電容 C2tl,第6腳接電阻I^29，第8腳接電容C19，電容C19、電容C2tl和電阻R29的另一端連接在一起， 共同接信號地；PWM發(fā)生器U5的第16腳接電容C17，第4腳接電容C16，電容C16和C17的另一端共同接信號地；PWM發(fā)生器U5的第11腳輸出信號P3，第14腳輸出信號P4，輸出信號P3 和輸出信號P4分別接到第三驅(qū)動電路的電阻R1-3和第四驅(qū)動電路的電阻R1-4的一端。第三驅(qū)動電路如圖6C所示，電阻R1-3的另一端接光電隔離芯片的U 17的第2腳， 光電隔離芯片的U 17的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 17第5腳接驅(qū)動地GND 1，光電隔離芯片的U 17的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 17的第7腳和光電隔離芯片的U 17的第8腳連接在一起，共同接驅(qū)動電源+5V1，同時驅(qū)動電源+5V1還連接有電阻R2-3和R3-3，電阻R2-3的另一端與三極管Q 1的基極相連，電阻R3-3的另一端與三極管Ql的集電極和驅(qū)動芯片U18的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發(fā)射極與驅(qū)動地 GNDl相連；驅(qū)動芯片U18的第6腳與驅(qū)動電源+15V1和電容C 1-3相連，電容C 1-3的另一端與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U 18的第3腳與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U 18的第5腳與電阻R5-3相連，驅(qū)動芯片U18的第7腳與電阻R4-3相連；電阻R5-3和電阻R4-3 的另一端連在一起，共同與功率開關管Tr3的柵極G相連。第四驅(qū)動電路如圖6D所示，電阻R1-4的另一端接光電隔離芯片的U 19的第2腳， 光電隔離芯片的U 19的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 19第5腳接驅(qū)動地GND 1，光電隔離芯片的U 19的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 19的第7腳和光電隔離芯片的U 19的第8腳連接在一起，共同接驅(qū)動電源+5V1，同時驅(qū)動電源+5V1還連接有電阻R2-4和R3-4，電阻R2-4的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-4的另一端與三極管Ql的集電極和驅(qū)動芯片U20的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發(fā)射極與驅(qū)動地GNDl 相連；驅(qū)動芯片U20的第6腳與驅(qū)動電源+15V1和電容C 1-1相連，電容C 1_1的另一端與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U20的第3腳與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U20的第5腳與電阻R5-4相連，驅(qū)動芯片U20的第7腳與電阻R4-4相連；電阻R5-1和電阻R4-4的另一端
13連在一起，共同與功率開關管Tr4的柵極G相連。第三PWM電路如圖5A所示，是為偏壓基值產(chǎn)生電路斬波降壓部分開關管1；2產(chǎn)生 PWM方波，各端子連接關系如下偏壓脈沖產(chǎn)生電路斬波降壓部分輸出C4兩端連接電壓傳感器，電壓采樣信號Uf2 連接電阻&和電阻R33，電阻R31輸出端接在運放芯片U6B的第6腳，運放芯片TOB的第6 腳與第7腳之間串聯(lián)有電阻民6，電阻R44接在運放芯片U6B的第5腳和信號地之間；電阻Ii33 輸出端接在運放芯片U6C的第9腳，運放芯片U6C的第9腳與第8腳之間串聯(lián)有電容C3tl， 電阻R35接在運放芯片U6C的第10腳和信號地之間；偏壓脈沖產(chǎn)生電路幅值輸出電壓給定信號Ug2連接電阻Ii33和電阻R32，電阻Ii32的輸出端接在運放芯片U6B的第6腳，電阻R34的輸出端接在運放芯片U6C的第9腳；運放芯片U6B的第7腳連接電阻R37，運放芯片U6C的第8腳連接電阻R38，電阻R37 和電阻R38的輸出端連接在一起，共同接在運放芯片U6A的第12腳上；芯片運放芯片U6A的第13腳連接第14腳，第14腳與二極管D4的陰極連接，二極管D4的陽極與PWM發(fā)生器U7 的第9腳連接，運放芯片U6A的第14腳的輸出為輸出恒壓控制調(diào)節(jié)信號；PWM發(fā)生器U7的第9腳與電容C23相連，C23的另一端與信號地相連；PWM發(fā)生器U7 的第2腳與電阻R39相連，PWM發(fā)生器U7的第1腳與電阻R4(1、電阻R46和電容C24相連，電阻 R39和電阻R4tl的另一端連接在一起，共同接到信號電源+5V，電阻R12和電容C9的另一端共同接到信號地；PWM發(fā)生器U7的第12腳接信號地，PWM發(fā)生器U7的第3腳接電阻R45，電阻 R45的另一端接信號地；PWM發(fā)生器U7的第13腳和PWM發(fā)生器U7的第15腳連接在一起，共同接到信號電源+15V和電容C29，電容C29的另一端接信號地；PWM發(fā)生器U7的第5腳接電容C28，PWM發(fā)生器U7的第7腳接電阻R42后接電容C28，PWM發(fā)生器U7的第6腳接電阻R43， PWM發(fā)生器U7的第8腳接電容C27，電容C27、電容C28和電阻R43的另一端連接在一起，共同接信號地；PWM發(fā)生器U7的第16腳接電容C26，第4腳接電容C25，電容C25和電容C26的另一端共同接信號地；PWM發(fā)生器U7的第11腳接二極管D5的陽極，PWM發(fā)生器U7的第14腳接二極管D6的陽極，二極管D5和二極管D6的陰極接在一起和電阻R41相連，輸出信號P2接到第二驅(qū)動電路的電阻R1-2的一端，電阻R41的另一端接信號地。第二驅(qū)動電路如圖6B所示，電阻R1-2的另一端接光電隔離芯片的U 15的第2腳， 光電隔離芯片的U 15的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 15第5腳接驅(qū)動地GND 1，光電隔離芯片的U 15的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 15的第7腳和光電隔離芯片的U 15的第8腳連接在一起，共同接驅(qū)動電源+5V1，同時驅(qū)動電源+5V1還連接有電阻R2-2和R3-2，電阻R2-2的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-2的另一端與三極管Ql的集電極和驅(qū)動芯片U15的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發(fā)射極與驅(qū)動地GNDl 相連；驅(qū)動芯片U16的第6腳與驅(qū)動電源+15V1和電容C 1-2相連，電容C 1_2的另一端與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U 16的第3腳與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U 16的第5腳與電阻R5-2相連，驅(qū)動芯片U16的第7腳與電阻R4-2相連；電阻R5-2和電阻R4-2的另一端連在一起，共同與功率開關管Tr2的柵極G相連。第四PWM電路如圖5B所示，是為偏壓基值產(chǎn)生電路半橋逆變部分開關管Trf和開關管Trf產(chǎn)生PWM方波，其中的脈沖調(diào)節(jié)電路跟PWM生成器共同控制偏壓脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生脈沖偏壓。各端子連接關系如下
脈沖調(diào)節(jié)電路的連接關系為運放芯片Ul的第3腳連接電阻&和電阻R7，電阻R7 另一端接地，電阻&另一端接信號電源+5V，運放芯片U 1的第2腳連接DSP產(chǎn)生的PWM脈沖輸入信號PWM-I，運放芯片U 1的第1腳通過電阻R4連接到信號電源+5V，并把運放芯片 Ul的第1腳通過由觸發(fā)器U8和觸發(fā)器U9組成的同步電路連接到與非門芯片U2，與非門芯片U2的第9腳連接到PWM發(fā)生器U2的第10腳。通過控制信號PWM-I的頻率和占空比實現(xiàn)不同頻率和占空比脈沖偏壓輸出，其工作過程為當DSP產(chǎn)生的脈沖PWM-I輸出為低(零) 時，運放芯片U 1的第2腳電位低于運放芯片Ul的第3腳電位，運放芯片Ul的第1腳電位為高，運放芯片Ul的第1腳通過同步電路連接到與非門芯片Ull的第1腳，因此與非門芯片 U 11的第9腳電位為低(零)，從而PWM發(fā)生器U2的第10腳電位為零，此時PWM發(fā)生器正常輸出；當DSP產(chǎn)生的脈沖PWM-I輸出為高(+5V)時，運放芯片Ul的第2腳電位高于運放芯片Ul的第3腳電位，運放芯片U 1的第1腳電位為低(零)，運放芯片U 1的第1腳通過同步電路連接到與非門芯片Ull的第1腳，因此與非門芯片Ull的第9腳電位為高(+5V)， 從而PWM發(fā)生器U2的第10腳電位為高，此時PffM發(fā)生器關斷輸出。觸發(fā)器U8和觸發(fā)器U9組成的同步電路的作用是保證在整個周期切換。觸發(fā)器U8 和觸發(fā)器U9組成的同步電路連接關系為運放芯片Ul的第1腳連接到觸發(fā)器U8A的第5 腳和觸發(fā)器U9B的第5腳，觸發(fā)器U8A的第1腳連接二極管D8的陰極，觸發(fā)器U8A的第2腳空置，觸發(fā)器U8A的第3腳與觸發(fā)器U8B的第9腳、觸發(fā)器U8B的第12腳和電容C45連接， 電容C45另一端接地，觸發(fā)器U8A的第4腳和觸發(fā)器U8A的第7腳接地，觸發(fā)器U8A的第6 腳與觸發(fā)器U9A的第5腳、觸發(fā)器WA的第2腳連接，觸發(fā)器U9A的第15腳連接到信號電源+5V。觸發(fā)器U8B的第8腳和觸發(fā)器U8B的第10腳接地，觸發(fā)器U8B的第13腳與觸發(fā)器U9B的第11腳和電容C44連接，電容C44另一端接地。觸發(fā)器WA的第1腳與觸發(fā)器U9B 的第8腳連接，觸發(fā)器WA的第3腳與二極管D7的陽極、電容C4(l、電阻R6tl、二極管D8的陽極和與非門芯片Ull連接，電容C4tl的另一端接地，電阻R6tl的另一端接信號電源+5V。觸發(fā)器 U9A的第4腳、觸發(fā)器WA的第6腳和觸發(fā)器WA的第7腳共同接地，觸發(fā)器WA的第14腳接信號電源+5V。觸發(fā)器U9B的第12腳空置，觸發(fā)器U9B的第13腳接二極管D7的陰極，觸發(fā)器U9B的第10腳接地。偏壓脈沖產(chǎn)生電路半橋逆變部分高頻變壓器T2原邊電流傳感器采樣信號If2連接電阻R46、電阻R49和電容C46，電阻R46和電容C46另一端接地，電阻R46另一端與電容C47和運放芯片U 10的第2腳相連，電容C47另一端接地，電阻R47和電阻R48串聯(lián)接到運放芯片UlO 的第3腳，R47的另一腳接信號電源+5V，電阻R48的另一腳接地。運放芯片U 10的第1腳、 電阻R5tl和電容C48連接到一點共同連接到與非門芯片Ull的第2腳，電阻R5tl的另一腳接信號電源+5V，電容C48的另一腳接地，與非門芯片Ull的第14腳和電容C41共同接到信號電源+5V，電容C41的另一腳接地，與非門芯片U 11的第9腳接到PWM發(fā)生器U2的第10腳， 當電流傳感器采樣信號If2超出保護值時，運放芯片UlO的第2腳電位大于運放芯片UlO的第3腳電位，運放芯片UlO的第1腳的電位輸出為低，與非門芯片Ull的第9腳的電位輸出為高，對應PWM發(fā)生器U2的第10腳的電位為高，因此PWM發(fā)生器U5關斷輸出，電流保護起作用。PWM發(fā)生器U2的第2腳與電阻隊相連，PWM發(fā)生器U2第1腳與電阻R2、電阻R3和電容C2相連，電阻隊和電阻&的另一端連接在一起，共同接到信號電源+5V，電阻R3和電容C2的另一端共同接到信號地。PWM發(fā)生器U2的第12腳接信號地，PWM發(fā)生器U2的第3腳接電阻R4,電阻R4的另一端接信號地。PWM發(fā)生器U2的第13腳和PWM發(fā)生器U2第15腳連接在一起，共同接到信號電源+15V和電容C6，電容C6的另一端接信號地。PWM發(fā)生器U2 的第5腳接電容C6,第7腳接電阻Rtl后接電容C6，PWM發(fā)生器U2的第6腳接電阻R5, PWM發(fā)生器U2的第8腳接電容C5,電容C6、電容C5和電阻&的另一端連接在一起，共同接信號地； PWM發(fā)生器U2的第16腳接電容C4，PWM發(fā)生器U2的第4腳接電容C3,電容C3和電容C4的另一端共同接信號地；PWM發(fā)生器U2的第11輸出信號P5,第14輸出信號P6,輸出信號P5和輸出信號P6分別接到接到第五驅(qū)動電路的電阻R1-5和第六驅(qū)動電路的電阻R1-6的一端。第五驅(qū)動電路如圖6E所示，電阻R1-5的另一端接光電隔離芯片的U21的第2腳， 光電隔離芯片的U21的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U21第5腳接驅(qū)動地GND 1，光電隔離芯片的U21的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U21的第7腳和光電隔離芯片的U21的第8腳連接在一起，共同接驅(qū)動電源+5V1，同時驅(qū)動電源+5V1還連接有電阻 R2-5和R3-5，電阻R2-5的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-5的另一端與三極管Ql 的集電極和驅(qū)動芯片U22的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發(fā)射極與驅(qū)動地GNDl相連； 驅(qū)動芯片U22的第6腳與驅(qū)動電源+15V1和電容C 1-5相連，電容C 1_5的另一端與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U22的第3腳與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U22的第5腳與電阻 R5-5相連，驅(qū)動芯片U22的第7腳與電阻R4-5相連；電阻R5-5和電阻R4-5的另一端連在一起，共同與功率開關管Tr5的柵極G相連。第六驅(qū)動電路如圖6F所示，電阻R1-4的另一端接光電隔離芯片的U 19的第2腳， 光電隔離芯片的U 19的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 19第5腳接驅(qū)動地GND 1，光電隔離芯片的U 19的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 19的第7腳和光電隔離芯片的U 19的第8腳連接在一起，共同接驅(qū)動電源+5V1，同時驅(qū)動電源+5V1還連接有電阻R2-4和R3-4，電阻R2-4的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-4的另一端與三極管Ql的集電極和驅(qū)動芯片U20的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發(fā)射極與驅(qū)動地GNDl 相連；驅(qū)動芯片U20的第6腳與驅(qū)動電源+15V1和電容C 1-1相連，電容C 1_1的另一端與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U20的第3腳與驅(qū)動地GND 1相連，驅(qū)動芯片U20的第5腳與電阻R5-4相連，驅(qū)動芯片U20的第7腳與電阻R4-4相連；電阻R5-1和電阻R4-4的另一端連在一起，共同與功率開關管Tr4的柵極G相連。脈沖偏壓與脈沖束流關系示意圖如圖7所示，圖7(a)為偏壓基值電壓，由偏壓基值產(chǎn)生電路控制，大小在0 2000V之間調(diào)節(jié)；圖7(b)為偏壓脈沖電壓，由偏壓脈沖產(chǎn)生電路控制，脈沖幅值在0 2000V之間調(diào)節(jié)，脈沖頻率在0 3kHz之間調(diào)節(jié)，脈沖占空比在 0 100%之間調(diào)節(jié)；圖7(c)為脈沖偏壓輸出電壓，由偏壓基值產(chǎn)生電路和偏壓脈沖產(chǎn)生電路共同控制，偏壓脈沖基值隊在0 2000V之間調(diào)節(jié)，偏壓脈沖峰值Up幅值在0 2000V 之間調(diào)節(jié)，脈沖頻率在0 3kHz之間調(diào)節(jié)，脈沖占空比tp/T X 100 %在0 100 %之間調(diào)節(jié)， T表示一個脈沖周期，tp表示在一個脈沖周期T內(nèi)的脈沖持續(xù)時間；圖7 (d)為脈沖束流，由脈沖束流基值Ib和脈沖束流峰值Ip組成，其中脈沖束流基值Λ大小由脈沖偏壓峰值Up幅值控制，脈沖束流峰值Ip由脈沖偏壓基值Ub大小控制，脈沖束流頻率和占空比分別由脈沖偏壓頻率和占空比控制。本發(fā)明設計的一種脈沖電子束焊接偏壓電源裝置，包括脈沖偏壓基值產(chǎn)生電路和脈沖偏壓峰值產(chǎn)生電路，脈沖偏壓基值產(chǎn)生電路和脈沖偏壓峰值產(chǎn)生電路均有前級低壓電路和后級高壓電路組成，通過控制前級低壓電路實現(xiàn)脈沖偏壓。脈沖偏壓基值產(chǎn)生電路前級低壓電路主要有整流模塊，包括整流橋B1、濾波電感 L1和濾波電容C1 ；斬波降壓模塊，包括功率開關管Tri、功率二極管D1、濾波電感L2和濾波電容C3 ；半橋逆變模塊，包括功率開關管Iri和Trt，電容C5和C6,后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T1、整流橋化、濾波電容C9、限流電阻R1組成；脈沖偏壓峰值產(chǎn)生電路前級低壓電路主要有整流模塊，濾波電容C1并聯(lián)到整流橋 B1后面；斬波降壓模塊，包括功率開關管Trf、功率二極管D2、濾波電感L3和濾波電容C4 ；半橋逆變模塊，包括功率開關管Trf和Trf，電容C7和C8，后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器 T2、整流橋B3、濾波電容Cltl、限流電阻&組成，其中限流電阻&串聯(lián)到脈沖偏壓基值產(chǎn)生電路的負極，脈沖偏壓峰值產(chǎn)生電路負極串聯(lián)到電子槍柵極。采用本發(fā)明脈沖電子束焊接偏壓電源裝置，可以根據(jù)不同焊件的需求，自由選擇常規(guī)連續(xù)束流焊接和脈沖電子束焊接。采用本發(fā)明脈沖電子束焊接偏壓電源裝置進行脈沖電子束焊接，在同樣平均功率下，脈沖電子束焊接的峰值功率比常規(guī)連續(xù)束流電子束焊接高得多，使得電子束流穿孔效應更明顯，從而增加熔深和改善焊縫質(zhì)量。在實際焊接中，對于大厚度焊件(厚度大于 100mm)，相比常規(guī)連續(xù)束流電子束焊接，脈沖電子束焊接可有效地增加熔深30 % 50 % ；同時對于薄壁零件(厚度小于Imm)焊接，脈沖電子束焊接起到降低熱輸入和防止被焊工件過熱，減少焊接變形的效果。
權利要求
1. 一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于該偏壓電源裝置包括偏壓基值產(chǎn)生模塊、偏壓脈沖產(chǎn)生模塊、電壓閉環(huán)電路、PWM電路和驅(qū)動電路；所述的偏壓基值產(chǎn)生模塊包括有第一整流濾波電路(101)、第一斬波降壓電路(102)、 第一半橋逆變電路(103)、第一高頻升壓變壓器(104)和第二整流濾波電路(105)；所述的偏壓脈沖產(chǎn)生模塊包括有第三整流濾波電路001)、第二斬波降壓電路002)、 第二半橋逆變電路003)、第二高頻升壓變壓器(204)和第四整流濾波電路O05)； 所述的電壓閉環(huán)電路包括有第一電壓閉環(huán)電路(111)和第二電壓閉環(huán)電路011)； 所述的PWM電路包括有第一 PWM電路(112)、第二PWM電路(107)、第三PWM電路012)、 第四PWM電路Q07)；所述的驅(qū)動電路包括有第一驅(qū)動電路(113)、第二驅(qū)動電路013)、第三驅(qū)動電路 (109)、第四驅(qū)動電路(108)、第五驅(qū)動電路(209)和第六驅(qū)動電路O08)；第一整流濾波電路(101)用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出MOV 直流電壓信號仏…并輸出給第一斬波降壓電路(102)；第一斬波降壓電路(10 用于對接收的MOV直流電壓信號^ll進行直流電壓調(diào)節(jié)至工作電壓信號^l2，并輸出給第一半橋逆變電路(103)；第一半橋逆變電路(10 對接收的工作電壓信號Ultl2轉(zhuǎn)換成第一交流方波電壓Rci3輸出給第一高頻升壓變壓器(104)的原邊；第一高頻升壓變壓器(104)用于對第一交流方波電壓Ultl3進行升壓處理，并將升壓后的第二交流方波電壓Ao4輸出給第二整流濾波電路(105)；第二整流濾波電路(10 依據(jù)60kV 150kV高壓電源輸出的_60kV _150kV電壓對第二交流方波電壓U104進行整流濾波處理，輸出0 2000V的直流電壓信號U105 ；第一電壓傳感器(110)用于采集第一斬波降壓電路(102)的輸出工作電壓信號Ultl2，并將該工作電壓信號UiciJt為電壓閉環(huán)反饋作用到第一電壓閉環(huán)電路(111)；第一電壓閉環(huán)電路(111)對給定電壓信號~和工作電壓信號Rci2進行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出恒定電壓信號U111給第一 PWM電路(112)；第一 PWM電路(112)把恒定電壓信號U111轉(zhuǎn)換成PWM方波P1作用到第一驅(qū)動電路(113) 的輸入端；第一驅(qū)動電路(11 將PWM方波P1弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一斬波降壓電路(10 開關管Tri的柵極；第一電流傳感器(106)用于采集第一高頻升壓變壓器(104)的原邊回路電流If1，并將該回路電流If1作為過流保護信號作用到第二 PWM電路(107)；第二 PWM電路(107)第一方面用于產(chǎn)生PWM方波PjP PWM方波P4 ；第二方面將PWM方波P3作用在第三驅(qū)動電路(109)的輸入端；第三方面將PWM方波P4作用在第四驅(qū)動電路 (108)的輸入端；第三驅(qū)動電路(109)將PWM方波P3弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一半橋逆變電路(103)上開關管Iri的柵極；第四驅(qū)動電路(108)將PWM方波P4弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第一半橋逆變電路(103)下開關管Trt的柵極；第三整流濾波電路(201)用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出MOV直流電壓信號隊…輸出給第二斬波降壓電路O02)；第二斬波降壓電路(20 用于對接收的MOV直流電壓信號U201進行直流電壓調(diào)節(jié)至工作電壓信號U2tl2,并輸出給第二半橋逆變電路Q03)；第二半橋逆變電路(20 對接收的工作電壓信號U2tl2轉(zhuǎn)換成第三交流方波電壓^tl3輸出給第二高頻升壓變壓器O04)的原邊；第二高頻升壓變壓器(204)用于對第三交流方波電壓U2tl3進行升壓處理，并將升壓后的第四交流方波電壓隊04輸出給第二整流濾波電路O05)；第四整流濾波電路(20 依據(jù)0 2000V的直流電壓信號Ultl5對第四交流方波電壓U2tl4 進行整流濾波處理，輸出幅值為0 2000V、頻率為0 3kHz和占空比為0 100%的直流方波電壓信號U2tl5,該直流方波電壓信號U205作用到電子槍柵極上；第二電壓傳感器(210)用于采集第二斬波降壓電路(202)的輸出工作電壓信號U2tl2，并將該工作電壓信號U2tl2作為電壓閉環(huán)反饋作用到第二電壓閉環(huán)電路011)；第二電壓閉環(huán)電路011)對給定電壓信號 和工作電壓信號U2tl2進行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出恒定電壓信號U211給第三PWM電路012)；第三PWM電路(212)把恒定電壓信號U211轉(zhuǎn)換成PWM方波P2作用到第二驅(qū)動電路(213) 的輸入端；第二驅(qū)動電路(21 把PWM方波P2弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二斬波降壓電路O02)開關管T,2的柵極；第二電流傳感器(206)用于采集第二高頻升壓變壓器(204)的原邊的回路電流If2，并將該回路電流If2作為過流保護信號作用到第四PWM電路Q07)；第四PWM電路(207)第一方面用于產(chǎn)生PWM方波P5和PWM方波P6 ；第二方面將PWM方波P5作用在第五驅(qū)動電路Ο09)的輸入端；第三方面將PWM方波P6作用在第六驅(qū)動電路 (208)的輸入端；第五驅(qū)動電路(209)將PWM方波P5弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二半橋逆變電路(20 上開關管Trf的柵極；第六驅(qū)動電路(208)將PWM方波P6弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅(qū)動第二半橋逆變電路(20 下開關管Trf的柵極。
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于當偏壓基值產(chǎn)生模塊和偏壓脈沖產(chǎn)生模塊均工作時，該偏壓電源裝置能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖偏壓，即能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖電子束焊接；偏壓基值產(chǎn)生模塊控制偏壓脈沖基值，偏壓脈沖產(chǎn)生電路分別控制偏壓脈沖峰值、偏壓脈沖頻率和偏壓脈沖占空比。
3.根據(jù)權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于當偏壓基值產(chǎn)生模塊工作，而偏壓脈沖產(chǎn)生模塊不工作時，偏壓基值產(chǎn)生模塊輸出負極信號經(jīng)過電阻IV流經(jīng)整流橋 的二極管到達電子槍柵極，此時偏壓電源裝置能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)直流偏壓，即能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)連續(xù)束流電子束焊接。
4.根據(jù)權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于通過分別控制偏壓基值產(chǎn)生模塊和偏壓脈沖產(chǎn)生模塊的斬波降壓電路調(diào)節(jié)偏壓脈沖基值和偏壓脈沖峰值；通過控制偏壓脈沖產(chǎn)生模塊的半橋逆變電路實現(xiàn)幅值、頻率和占空比可調(diào)的偏壓脈沖。
5.根據(jù)權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于脈沖偏壓基值產(chǎn)生電路前級低壓電路主要有整流模塊，包括整流橋B1、濾波電感L1和濾波電容 C1 ；斬波降壓模塊，包括功率開關管Tri、功率二極管D1、濾波電感L2和濾波電容C3 ；半橋逆變模塊，包括功率開關管Iri和功率開關管Trt，電容C5和電容C6,后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T1、整流橋4、濾波電容C9、限流電阻R1組成；脈沖偏壓峰值產(chǎn)生電路前級低壓電路主要有整流模塊，濾波電容C1并聯(lián)到整流橋B1后面；斬波降壓模塊，包括功率開關管Trf、功率二極管D2、濾波電感L3和濾波電容C4 ；半橋逆變模塊，包括功率開關管Trf和功率開關管Trf，電容C7和電容C8，后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T2、整流橋B3、濾波電容C1(l、限流電阻&組成，其中限流電阻&串聯(lián)到脈沖偏壓基值產(chǎn)生電路的負極，脈沖偏壓峰值產(chǎn)生電路負極串聯(lián)到電子槍柵極。
6.根據(jù)權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于脈沖偏壓基值產(chǎn)生電路電壓可以在0 2000V之間任意調(diào)節(jié)，脈沖偏壓峰值產(chǎn)生電路電壓幅值可以在0 2000V之間任意調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于脈沖偏壓頻率0 2kHz連續(xù)可調(diào)，脈沖偏壓占空比0 100%連續(xù)可調(diào)。
8.根據(jù)權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于既能實現(xiàn)脈沖偏壓，又能實現(xiàn)常規(guī)直流偏壓，即在同一臺設備上實現(xiàn)脈沖電子束焊接和常規(guī)連續(xù)束流電子束焊接自由切換，滿足不同焊接工藝的需求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，該偏壓電源裝置包括偏壓基值產(chǎn)生模塊、偏壓脈沖產(chǎn)生模塊、電壓閉環(huán)電路、PWM電路和驅(qū)動電路。偏壓基值產(chǎn)生模塊的輸出正極串聯(lián)到60kV～150kV高壓電源的輸出負極，偏壓基值產(chǎn)生模塊輸出負極和偏壓脈沖產(chǎn)生電路輸出正極串聯(lián)，偏壓脈沖產(chǎn)生電路輸出負極串聯(lián)到電子槍的柵極，該裝置與高壓電源和陰極加熱電源共同作用產(chǎn)生幅值、占空比和頻率均可調(diào)節(jié)的脈沖束流。
文檔編號H02M9/06GK102357730SQ201110272609
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2011年9月15日
發(fā)明者徐國寧, 齊鉑金 申請人:北京航空航天大學