一种电子束微细加工设备加速电源装置及控制方法_3

文档序号:9419882阅读:来源:国知局
述驱动脉冲发生器3-1连接,所述电容C3和电容C4串联连接,电容C3和电容C4串联支路的C3端与所述开关功率管V3的集电极相接,电容C3和电容C4串联支路的C4端与所述开关功率管V4的发射极相接,电容C3和电容C4串联支路的中间端与所述电容C6的第一端相接,所述电容C6的第二端与电感L2的第二端相接,电感L2与电容C6组成输出低通滤波器,所述电容C6的两端作为最终输出端,接至第二升压变压器4-2 —次绕组的两端;
[0061]如图3所示,所述驱动脉冲发生器3-1产生逆变单元3中开关功率管Vl?V4驱动控制信号,包括A、B两逆变器的相序控制和输出电压幅值控制;所述驱动脉冲发生器3-1根据调节器5输出的控制信号Uc产生的脉宽调制(PffM)脉冲去控制A相逆变器和B相逆变器输出交流方波的幅值;A相逆变器和B相逆变器的中频逆变相序和高频脉宽调制波相序受同一时钟(cp)控制,A相逆变器和B相逆变器逆输出的中频逆变方波相位差为90°,相序呈对称分布;A相逆变器和B相逆变器的开关功率管Vl?V4的驱动信号均为高频PffM信号,开关功率管Vl和开关功率管V2的驱动信号gl、g2为推挽互补关系,但转换过程设置2-3微秒的死区时间,避免开关功率管Vl和开关功率管V2两管短时直通,开关功率管V3和开关功率管V4的驱动信号g3、g4为推挽互补关系,但转换过程设置2-3微秒的死区时间,避免开关功率管V3和开关功率管V4两管短时直通;A、B两逆变器输出为双极性PffM电压波形,分别经电感L1、电容C5以及电感L2、电容C6低通滤波后变成中频矩形波电压输出,高频PWM信号的频率为中频逆变频率的2 (2n+l)倍(η为大于I的整数),Α、B两组高频PffM驱动波形相位亦相差90°,两组逆变单元输出波形严格对称,高频脉宽调制波的占空比正比于调节器的输出信号Uc ;
[0062]所述A相逆变器与B相逆变器采用单相半桥逆变电路,且两相逆变器的电路结构与参数相同,电容Cl?C4的电容值相同,电容C1、C2串联支路和电容C3、C4串联支路作为所述低压整流桥的输出滤波电容以及分别作为开关功率管V1、开关功率管V2的桥臂和开关功率管V3、开关功率管V4的桥臂的缓冲电容,同时分别作为所述A相逆变器与B相逆变器的直流输入均压电容及交流输出隔直电容。所述A相逆变器与B相逆变器的输出为两相对称矩形电压波形,对应的两相高压并联整流波形脉动频率为4(2n+l)倍于中频频率,且消除了凹陷及尖峰电压;由于高压总整流波的脉动频率高,而脉动幅值低,选用较小的高压滤波电容值就能滤掉交流成分,满足纹波系数指标要求;高压滤波电容值小一方面系统惯性时间常数小,有利于提高控制系统调节速度,另一方面贮能小,高压放电产生的冲击自然小,有利于提高电源系统运行可靠性。
[0063]优选的,如图4所示,所述高压单元4包括第一升压变压器4-1、第二升压变压器4-2、第一高压整流桥4-3、第二高压整流桥4-4、高压滤波器4-5、高压放电扼流器4_6、高压分压器4-7和束流取样电阻4-8,所述第一升压变压器4-1的输出端与所述第一高压整流桥4-3的输入端连接,所述第二升压变压器4-2的输出端所述第二高压整流桥4-4的输入端连接,所述第一高压整流桥4-3和第二高压整流桥4-4的输出端均与所述高压滤波器4-5的输入端连接,所述高压滤波器4-5的输出高压端和低压端分别与所述高压放电扼流器4-6和束流取样电阻4-8的第一端连接,所述高压放电扼流器4-6的输出端接至电子枪的阴极,所述束流取样电阻4-8的第二端接地,所述高压分压器4-7并接在所述高压放电扼流器4-6输出端与大地之间;
[0064]所述第一升压变压器4-1和第二升压变压器4-2,均用于将中频矩形波交流电进行升压、传递和高压绝缘,输出中频高压交流电;
[0065]如图5所示,所述第一高压整流桥4-3和第二高压整流桥4-4,均用于将中频高压交流电变换成脉动高压直流电,第一高压整流桥4-3和第二高压整流桥4-4并联输出;
[0066]所述高压滤波器4-5,用于将脉动高压直流电变换为平滑的高压直流电;
[0067]所述高压放电扼流器4-6,用于当发生高压放电时,将抑制高压直流电放电电流的上升速率,减缓高压放电所产生的电磁冲击强度;
[0068]所述高压分压器4-7,用于测量输出高压的电压值,输出正比于加速高压的电压信号U,作为高压反馈信号;
[0069]所述束流取样电阻4-8,用于测量电子束流值,其两端输出正比于电子束流大小的电压取样信号,作为电子束流反馈信号供给设备其它控制系统用。
[0070]如图6所示,一种电子束微细加工设备加速电源装置的控制方法,包括以下步骤:
[0071]步骤S1.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;
[0072]步骤S2.将交流电变换成平直的不可控直流电;
[0073]步骤S3.将平直的不可控直流电逆变成中频矩形波交流电;
[0074]步骤S4.将中频矩形波交流电进行升压和整流滤波,并输出直流高压,同时对输出高压值进行线性采样,输出高压反馈信号U ;
[0075]步骤S5.将压给定信号If和高压反馈信号U的差值进行比例一积分(PI)运算,生成调节信号Uc ;
[0076]步骤S6.将调节信号Uc转换成PffM信号的占空比,调整中频矩形波交流电的幅值,稳定高压输出。
[0077]电源由三相市电供电,采用AC — DC — AC — AC — DC电流变换方式,中间DC — AC
逆变环节为中频逆变,在逆变过程同时实现高频脉宽调制调压功能;中频高压变压器实现电能的传递、升压和高压绝缘;根据高压给定信号U*和电压反馈信号U的偏差信号Λ U进行比例一积分(PI)运算输出信号Uc去调节输出波形的大小,最终实现输出高压的稳定调
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[0078]优选的,所述步骤S4具体包括以下步骤:
[0079]步骤S41.将中频矩形波交流电进行电能传递、升压和高压绝缘,输出中频矩形波高压交流电;
[0080]步骤S42.将中频矩形波高压交流电变换成脉动直流电;
[0081]步骤S43.将脉动直流电滤波变换为平滑的高压直流电;
[0082]步骤S44.当发生高压放电时,将抑制高压直流电放电电流的上升速率,减缓高压放电所产生的电磁冲击强度;
[0083]步骤S45.测量高压输出电压值,输出正比于加速高压的高压信号U ;同时测量电子束流值,输出正比于电子束流大小的电压取样信号。
[0084]以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电子束微细加工设备加速电源装置,包括进线滤波器(I)、低压整流桥(2)、逆变单元(3)、高压单元(4)和调节器(5),所述进线滤波器⑴的输入端与外部电网连接,所述进线滤波器(I)的输出端、低压整流桥(2)、逆变单元(3)和高压单元(4)的输入端依次串联,所述高压单元(4)的高压输出端输出高压电,所述高压单元(4)的信号端输出的高压反馈信号U送至所述调节器(5)的
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