[发明专利]高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子束加工设备领域，具体涉及一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置及其控制方法。

背景技术

冷阴极气体放电电子束加工设备已经广泛应用于电子束冶炼、EB-PVD等工业领域。冷阴极气体放电电子束加工设备技术的核心技术之一是冷阴极气体放电电子枪。冷阴极气体放电电子枪的阴极寿命是常规热阴极电子枪阴极寿命的几倍甚至几十倍，冷阴极电子枪对真空度要求不严格，真空度在10Pa～10^-2Pa均可正常工作。由于受到气体放电物理特性的限制，冷阴极气体放电电子枪的工作电压都比较低，一般都小于40kV。而常用热阴极电子枪的最大工作电压可以达到-150kV，甚至更高。电子枪工作电压高，表明电子速度快，动能大，电子束穿透能力强。

目前，冷阴极气体放电电子枪的工作电压都比较低，一般都小于40kV。相对于高压热阴极电子束流系统，电子速度慢，动能较小，电子束穿透能力不强，很难适应于焊接等加工技术。

发明内容

本发明提供了一种高电压冷阴极气体放电电子枪的电源装置，用以获得一种阴极寿命长，电子运动速度高的电子束流发生技术，该装置包括：高压电源、高压采样电路、电离电源、电离电压采样电路、电压控制与调节电路、束流采样电阻R1和束流控制与调节电路；其中，

高压电源输出的正端与束流采样电阻R1的第一端连接，高压电源输出的负端与电离电源的正端和高压气体放电电子枪放电阳极连接；高压电源的控制信号输入端，与电压控制与调节电路的第一输出端连接，高压电源的控制信号输入端用于接收电压控制与调节电路输出的高压调节信号U_hvff；

高压采样电路并联在高压电源输出的正端和负端之间；

电离电源输出的负端与高压气体放电电子枪冷阴极连接；电离电源的控制信号输入端，与电压控制与调节电路的第二输出端连接，用于接收电压控制与调节电路输出的电离电压调节信号U_dvff；

电离电压采样电路并联在电离电源输出的负端和高压电源输出的正端之间；

电压控制与调节电路的第一输入端，与高压采样电路连接，用于接收高压采样电路输出的高压反馈信号U_hvf；电压控制与调节电路的第二输入端，与高压给定电路连接，用于接收高压给定电路输出的高压给定信号U_hvg；电压控制与调节电路的第三输入端，与电离电压采样电路连接，用于接收电离电压采样电路输出的电离电压反馈信号U_dvf；电压控制与调节电路的第四输入端，与电离电源给定电路连接，用于接收电离电源给定电路输出的电离电压给定信号U_dvg；

电压控制与调节电路用于通过将高压反馈信号U_hvf和高压给定信号U_hvg进行比较、调节得到的高压调节信号U_hvff输入给高压电源，来控制高压电源输出稳定高压提供给高压气体放电电子枪；

电压控制与调节电路进一步用于通过将电离电压反馈信号U_dvf和电离电压给定信号U_dvg进行比较、调节得到的电离电压调节信号U_dvff输入给电离电压电源，来控制电离电压电源输出稳定电离电压，施加到高压气体放电电子枪的冷阴极和放电阳极使电子枪放电腔室内的混合气体电离；

束流采样电阻R1的第二端接地；束流控制与调节电路的第一输入端，与束流采样电阻R1连接，用于接收束流采样电阻R1采样到的电子束流反馈信号I_bf；束流控制与调节电路的第二输入端，与电子束流给定电路连接，用于接收电子束流给定电路的电子束流给定信号I_bg；束流控制与调节电路的输出端与气体流量控制器的输入端连接，用于输出混合气流量调节信号U_gas给气体流量控制器；

束流控制与调节电路用于通过将电子束流反馈信号I_bf和电子束流给定信号I_bg进行比较、调节得到的混合气流量调节信号U_gas输入给气体流量控制器，来控制气体流量控制器以获得稳定的电子束流输出。

在一个实施例中，高压电源包括：高压电源低压功率调节电路和高压电源高压升压整流电路；其中，