[发明专利]一种电子束加工设备精密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领域，具体涉及一种电子束加工设备精密加速电源装置及控制方法。

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。

发明内容

本发明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。

本发明的有益效果是：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，本发明还可以做如下改进。