本发明专利技术公开了一种用于电子束精密调控的多级偏压电源，其中：束流反馈电路采集电子束流反馈值并将其发送给单片机控制电路，单片机控制电路根据电子束流给定值和电子束流反馈值计算电压设定值并将其发送给偏压调节低压电路，偏压调节低压电路连接偏压调节高压电路，偏压调节高压电路的正输出端连接电子枪阴极灯丝，偏压调节高压电路的负输出端连接电子枪栅极。所述偏压调节低压电路包括偏压粗调电源电路、偏压细调电源电路和束流封闭电源电路。本发明专利技术大大提高了束流封闭的可靠性；可以大大提高电子束流调节的动态响应速度；可以大大提高偏压电源和电子束流的调节精度，从而实现小束流和大束流输出的高精度控制。现小束流和大束流输出的高精度控制。现小束流和大束流输出的高精度控制。
【技术实现步骤摘要】
一种用于电子束精密调控的多级偏压电源
[0001]本专利技术属于电子束加工
，具体涉及一种用于电子束精密调控的多级偏压电源。
技术介绍
[0002]电子束加工技术采用高压静电场加速电子而获取高速电子束束流，当电子束流轰击工件时将其动能转化为热能，实现工件的加热、切割和焊接等。其中，电子束焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊缝深宽比大、焊接变形区小、能焊接难熔及异种金属等优点，在航空航天领域发挥着不可替代的作用，也在汽车工业、高速铁路、核能和电子工业等领域得到了广泛应用。
[0003]在热阴极三极电子枪中，电子束流的大小是通过调节栅极上施加的偏压来控制的，随着偏压大小的调节，电子束流的大小会相应变化，二者大致呈反比关系。现有技术中，栅极偏压电源大都采用单个逆变电源，通过调节功率开关管的脉冲宽度来调节偏压电源的输出电压，进而控制电子束流的大小，因此偏压的调节范围直接影响着电子束流的控制精度。图1是电子束栅极偏压U
p
与电子束流I
b
之间的关系图，其中U
pTH
是临界出束流点的栅极偏压值，在临界出束流点处电子束流I
b
基本为0，当电子束流为0(即完全封闭电子)时，由于逸散电子本身特性，仍有极少数电子逸出，此时为了完全封闭电子，需要远高于临界出束流点的偏压，比如某型电子枪临界出束流点的偏压是
‑
600V，那么为了完全封闭电子，实际不出束流时的偏压一般都不小于
‑
1500V，这里的小于是指偏压的绝对值之间的比较结果。因此，栅极偏压电源的输出电压有很大一部分用于完全封闭电子逸出，而剩下的电压才用于电子束流的控制，使得实际用于电子束流调节的偏压电压调节范围减小，导致电子束流调节精度不高，往往很难满足实际的加工需求。比如在小电子束焊接薄板时，现有的偏压调节范围很小，很难实现电子束流精准稳定输出，偏压调节不精细导致的波动容易引起电子束流波动，从而使得薄板焊接容易出现未焊透或者熔穿等缺陷；而在大电子束焊接时，同样存在偏压调节范围非常小，甚至接近于0，偏压调节不精细容易导致电子束流控制不精确和波动，从而引起大的飞溅和焊接质量不稳定。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术公开了一种用于电子束精密调控的多级偏压电源，实现偏压电源输出电压的动态调节，提高电子束束流调节精度，从而实现电子束流的高精度控制。
[0005]技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种用于电子束精密调控的多级偏压电源，包括偏压调节低压电路、偏压调节高压电路、束流反馈电路和单片机控制电路；
[0007]束流反馈电路的输出端连接单片机控制电路的输入端，束流反馈电路采集电子束流反馈值，并将电子束流反馈值发送给单片机控制电路；
[0008]单片机控制电路的输出端连接偏压调节低压电路的输入端，单片机控制电路根据电子束流给定值和电子束流反馈值计算电压设定值，并将电压设定值发送给偏压调节低压电路；
[0009]偏压调节低压电路的输出端连接偏压调节高压电路的输入端，偏压调节高压电路的正输出端连接电子枪阴极灯丝，偏压调节高压电路的负输出端连接电子枪栅极；
[0010]所述偏压调节低压电路包括偏压粗调电源电路、偏压细调电源电路和束流封闭电源电路，所述偏压粗调电源电路的输入端、偏压细调电源电路的输入端和束流封闭电源电路的输入端均连接单片机控制电路的输出端，偏压粗调电源电路的负输出端连接偏压细调电源电路的正输出端，偏压细调电源电路的负输出端连接束流封闭电源电路的正输出端，偏压粗调电源电路的正输出端和束流封闭电源电路的负输出端作为偏压调节低压电路的输出端；
[0011]所述偏压调节高压电路包括半桥逆变电路、高压隔离变压器和高压整流滤波电路，所述偏压调节低压电路的输出端连接至半桥逆变电路的输入端，半桥逆变电路的输出端连接至高压隔离变压器的输入端，高压隔离变压器的输出端连接至高压整流滤波电路的输入端，高压整流滤波电路的输出端作为偏压调节高压电路的输出端。
[0012]优选的，单片机控制电路根据电子束流给定值和电子束流反馈值计算的电压设定值包括偏压粗调电源电路的电压设定值、偏压细调电源电路的电压设定值和束流封闭电源电路的电压设定值；
[0013]当电子束流给定值为0或电子束流未启动输出时：
[0014]偏压粗调电源电路的电压设定值为偏压粗调电源电路的输出电压最大值，偏压细调电源电路的电压设定值为偏压细调电源电路的输出电压最大值，束流封闭电源电路的电压设定值为束流封闭电源电路的输出电压最大值；
[0015]当电子束流给定值大于0且使能电子束流输出时：
[0016]偏压粗调电源电路的电压设定值为95％U
pg
，偏压细调电源电路的电压设定值为5％U
pg
+ΔU
pg
，束流封闭电源电路的电压设定值为0，其中U
pg
为电子束流大小为电子束流给定值时对应的偏压调节低压电路的输出电压，ΔU
pg
为电子束流大小为电子束流给定值时对应的偏压调节低压电路的输出电压值与电子束流大小为电子束流反馈值时对应的偏压调节低压电路的输出电压值之间的差值。
[0017]优选的，所述偏压细调电源电路的输出电压最大值为偏压粗调电源电路的输出电压最大值的10％。
[0018]优选的，所述的偏压粗调电源电路、偏压细调电源电路、束流封闭电源电路具有相同的电路结构，均包括AC/DC逆变电源单元、输入滤波电容C1、功率开关管T1、续流二极管D1、滤波电感L1、输出滤波电容C2、电压采样电路、PI调节电路、PWM产生电路和隔离驱动电路，它们的位置关系是：
[0019]AC380V交流电输入至AC/DC逆变电源单元，AC/DC逆变电源单元的正输出端连接输入滤波电容C1第一端和功率开关管T1集电极，AC/DC逆变电源单元的负输出端连接输入滤波电容C1第二端、续流二极管D1正极和输出滤波电容C2第二端，功率开关管T1发射极连接续流二极管D1负极和滤波电感L1第一端，滤波电感L1第二端连接输出滤波电容C2第一端，输出滤波电容C2两端作为偏压粗调电源电路的输出端；
[0020]电压采样电路的输出端连接PI调节电路的输入端，电压采样电路对偏压粗调电源电路的输出端电压进行采样，并将采样电压发送给PI调节电路；
[0021]PI调节电路的输出端连接PWM产生电路，PI调节电路根据采样电压和电压设定值得到调节电压，并将调节电压发送给PWM产生电路；
[0022]PWM产生电路的输出端连接隔离驱动电路的输入端，PWM产生电路根据调节电压生成PWM波形，并将PWM波形发送给隔离驱动电路；
[0023]隔离驱动电路的输出端连接功率开关管T1的基极，隔离驱动电路根据PWM波形控制功率开关管T1导通和关断。
[0024]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著的有益效果：本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于电子束精密调控的多级偏压电源，其特征在于，包括偏压调节低压电路(602)、偏压调节高压电路(603)、束流反馈电路(604)和单片机控制电路(105)；束流反馈电路(604)的输出端连接单片机控制电路(105)的输入端，束流反馈电路(604)采集电子束流反馈值，并将电子束流反馈值发送给单片机控制电路(105)；单片机控制电路(105)的输出端连接偏压调节低压电路(602)的输入端，单片机控制电路(105)根据电子束流给定值和电子束流反馈值计算电压设定值，并将电压设定值发送给偏压调节低压电路(602)；偏压调节低压电路(602)的输出端连接偏压调节高压电路(603)的输入端，偏压调节高压电路(603)的正输出端连接电子枪阴极灯丝(113)，偏压调节高压电路(603)的负输出端连接电子枪栅极(112)；所述偏压调节低压电路(602)包括偏压粗调电源电路(102)、偏压细调电源电路(103)和束流封闭电源电路(104)，所述偏压粗调电源电路(102)的输入端、偏压细调电源电路(103)的输入端和束流封闭电源电路(104)的输入端均连接单片机控制电路(105)的输出端，偏压粗调电源电路(102)的负输出端连接偏压细调电源电路(103)的正输出端，偏压细调电源电路(103)的负输出端连接束流封闭电源电路(104)的正输出端，偏压粗调电源电路(102)的正输出端和束流封闭电源电路(104)的负输出端作为偏压调节低压电路(602)的输出端；所述偏压调节高压电路(603)包括半桥逆变电路(106)、高压隔离变压器(107)和高压整流滤波电路(108)，所述偏压调节低压电路(602)的输出端连接至半桥逆变电路(106)的输入端，半桥逆变电路(106)的输出端连接至高压隔离变压器(107)的输入端，高压隔离变压器(107)的输出端连接至高压整流滤波电路(108)的输入端，高压整流滤波电路(108)的输出端作为偏压调节高压电路(603)的输出端。2.根据权利要求1所述的一种用于电子束精密调控的多级偏压电源，其特征在于，单片机控制电路(105)根据电子束流给定值和电子束流反馈值计算的电压设定值包括偏压粗调电源电路(102)的电压设定值、偏压细调电源电路(103)的电压设定值和束流封闭电源电路(104)的电压设定值；当电子束流给定值为0或电子束流未启动输出时：偏压粗调电源电路(102)的电压设定值为偏压粗调电源电路(102)的输出电压最大值，偏压细调电源电路(103)的电压设定值为偏压细调电源电路(103)的输出电压最大值，束流封闭电源电路(104)的电压设定值为束流封闭电源电路(104)的输出电压最大值；当电子束流给定值大于0且使能...
【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，
申请(专利权)人：南京晟源企业管理合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：
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