[发明专利]一种电子束加速电源装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子束加工设备技术领域，特别涉及一种电子束加速电源装置及控制方法。

背景技术

电子束加工设备的应用越来越广泛，而电子束精密加工设备对其加速电源的要求越来越高，一方面对加速电压稳定度要求更高，另一方面对输出电压波形的峰峰值要求更小，如第四代光源用电子枪加速电源的加速电压达500kV、峰峰值小于0.05％。对于如此苛刻的要求，目前常规的高压电源是达不到的，瓶颈在于纹波指标的峰峰值，直流高压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，高压换流过程会产生尖峰脉冲电压，高压整流过程交流侧电感的作用又使得直流输出波形产生凹陷，从而形成更大的纹波。高压滤波电感和电容由于存在寄生参数，对消除尖峰和凹陷电压的能力大为降低。另外高压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，所有这些因数对降低输出电压的纹波都不利。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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能抑制高压整流常规纹波及凹陷电压、抑制尖峰脉冲电压、提高输出电压稳态精度和动态调节速度的电子束加速电源装置及控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电子束加速电源控制方法，采用双重闭环稳压控制方法，前级稳压系统采用了DC-DC变换器调压、三相矩形波逆变器逆变、多相矩形波高压交流电整流滤波、高压稳压元件输出端并联稳压、输出高压和稳压元件电流的取样信号综合反馈及低压供电直流前馈补偿抑制纹波，后级稳压系统采用了串联高压电子管调整、输出电压取样信号负反馈控制、取样元件和调节器恒温处理提高输出电压稳态精度和动态调节速度，包括如下步骤：

步骤1：低压整流滤波单元输入电网电源，并向DC-DC变换器输出平直的不可控直流电，电压检测器检测该平直的不可控直流电电压，并向DC-DC变换器输出该平直的不可控直流电电压值的信号u_g；

步骤2：DC-DC变换器分别接收电压检测器的电压检测信号u_g、给定信号发生器发出的前级高压U_a的给定信号光纤接收器发出的前级高压U_a的反馈信号u_a和流经前级高压电源压敏电阻Ry501电流I_y的反馈信号u_y，通过内部调节将低压整流滤波单元输出的不可控的直流电变成可控的直流电，向三相矩形波逆变器传输该可控的直流电；DC-DC变换器与故障综合器双向传输故障信号e_b；

步骤3：电流检测器检测DC-DC变换器向三相矩形波逆变器传输的可控直流电的电流值，向故障综合器输出该可控直流电的电流值的检测信号u_i；

步骤4：三相矩形波逆变器将直流电转变成三相矩形波交流电，并将三相矩形波交流电传输给高压油箱，三相矩形波逆变器与故障综合器双向传输故障信号e_i；

步骤5：高压油箱对三相矩形波交流电进行升压、整流、滤波和稳压得到前级高压电源，前级高压电源向后级高压调节器传输直流电，前级高压电源的前级高压U_a的取样信号u'_a和流经前级高压电源压敏电阻Ry501电流I_y的取样信号u'_y被转换成光信号，并通过光纤向光纤接收器发送光信号；

步骤6：后级电压调节器对前级高压电源进行电压调节，向电子枪输出恒定高压。精密电阻R601与精密电阻R602串联分压组成输出直流高压的取样电路，精密电阻R602上的电压信号u_e即为输出直流高压的取样信号，以运算放大器IC601为核心组成后级电压调节器，对输出电压给定信号取样信号u_e进行比较和PI运算，然后输出控制信号u_p，由u_p去调节高压油箱中高压电子管V501的导通状态。

所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：前级电压调节器接收给定信号和反馈信号u_a、u_y，进行给定与反馈比较运算得到偏差信号再经PID(比例积分微分)或PI(比例积分)或P(比例)运算输出控制信号送入电网波动抑制器；

步骤2.2：电网波动抑制器接收前级电压调节器的输出信号和电压检测器的输出信号u_g，进行比较和比例放大处理后向调节功率管驱动器输出控制信号u_c；