一种电子束高精度高频偏转扫描装置的制作方法

文档序号:12361561阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:它包括:工控机、串行通讯电路、数字信号处理即DSP控制电路、高速高精度D/A转换电路Ⅰ、高速高精度D/A转换电路Ⅱ、信号隔离电路Ⅰ、信号隔离电路Ⅱ、外环比例-积分-微分即PID调节电路Ⅰ、外环PID调节电路Ⅱ、功率放大器PA93-Ⅰ、功率放大器PA93-Ⅱ、X轴和Y轴方向的偏转扫描线圈、电流传感器Ⅰ、电流传感器Ⅱ和±160V直流电压源;它们之间的位置连接关系是:工控机通过串行通讯电路连接至DSP控制电路,实现偏转扫描数据的传输;DSP控制电路将接收到的数字信号进行处理后,发送给高速高精度D/A转换电路Ⅰ和高速高精度D/A转换电路Ⅱ转换成两路模拟电压信号输出,然后高速高精度D/A转换电路Ⅰ再经过信号隔离电路Ⅰ后传输至外环PID调节电路Ⅰ,作为X轴方向偏转扫描线圈的扫描电流波形输入给定IXg;外环PID调节电路Ⅰ的输出作为内环PA93-Ⅰ高压大电流功率放大器的电压给定UXg,PA93功率放大器的输出再连接至X轴方向偏转扫描线圈,驱动X轴向偏转扫描线圈按照给定扫描波形进行偏转扫描,电流传感器Ⅰ串联在线圈回路中,将线圈中的电流反馈至外环PID调节电路Ⅰ,实现X轴方向线圈驱动电流的闭环调节;同时,高速高精度D/A转换电路Ⅱ再经过信号隔离电路Ⅱ后传输至外环PID调节电路Ⅱ,作为Y轴方向偏转扫描线圈的扫描电流波形输入给定IYg;外环PID调节电路Ⅱ的输出作为内环PA93-Ⅱ高压大电流功率放大器的电压给定UYg,PA93功率放大器的输出再连接至Y轴方向偏转扫描线圈,驱动Y轴方向偏转扫描线圈按照给定扫描波形进行偏转扫描,电流传感器Ⅱ串联在线圈回路中,将线圈中的电流反馈至外环PID调节电路Ⅱ,实现Y轴方向线圈驱动电流的闭环调节;

所述的工控机包括工控机和工业显示器;该工控机通过视频电缆与工业显示器相连;

所述的串行通讯电路采用的是工控机上485串行总线即RS-485接口,通过该串行接口将工控机的偏转扫描数据传输至DSP控制电路;

所述的DSP控制电路主要功能是接收工控机传输的偏转扫描数据,然后进行数据处理,转换成对应的偏转扫描线圈驱动电流值,并传输至高速高精度D/A转换电路;

所述的高速高精度D/A转换电路将其转换为±5V电压信号输出,作为偏转扫描线圈扫描波形的电流给定,其输出电压分辨率为150μV;

所述的信号隔离电路,能实现DSP控制电路与功率放大电路之间电隔离,提高DSP控制电路的抗干扰能力;

所述的外环PID调节电路是由采用运放、比例放大电阻、积分电容和微分电容组成,它用来调节偏转扫描线圈上的驱动电流,其输出连接至功率放大器,作为功率放大器的电压给定输入;

所述的功率放大器包括APEX公司的功率放大器PA93、反馈电阻RF、输入电阻RIN和限流电阻RCL;该PA93是高电压、大电流功率放大器,能实现输出高电压的快速变换,并且输出电流最大达8A;它们之间的位置连接关系是:输出电压UXYf通过反馈电阻RF连接至PA93的反相输入端,同时电压给定信号Ug通过输入电阻RIN连接反相输入端,二者通过功率放大器PA93进行误差运算后,其输出连接至偏转扫描线圈,驱动线圈内的电流按照扫描波形变化;

所述的偏转扫描线圈包括X轴方向和Y轴方向的线圈;X轴方向偏转扫描线圈由一对形状和匝数相同、共轴平行的空心矩形线圈x1和x2串联而成,并且线圈x1和x2的间距约等于矩形边长的一半,用来调节X轴方向上的电子束偏转量;同样,Y轴方向偏转扫描线圈也是由一对形状和匝数相同、共轴平行的空心矩形线圈y1和y2串联而成,并且线圈y1和y2的间距等于矩形边长的一半,用来调节Y轴方向上的电子束偏转量;

所述的X轴方向偏转扫描线圈和Y轴方向偏转扫描线圈安装在电子枪中;在电子枪中,阴极灯丝受热激发产生大量自由电子,在栅极和阳极的作用下形成电子束,该电子束再经聚焦线圈聚焦,然后通过由X轴方向偏转扫描线圈和Y轴方向偏转扫描线圈组成的偏转扫描线圈实现电子束的偏转扫描;消像散线圈由两组线圈绕制而成,主要用来控制偏转后的像散,提高电子束束斑形状和品质;

所述的电流传感器,用来采集偏转扫描线圈中的电流信号并传输至外环PID调节电路,用来调节偏转扫描线圈中的驱动电流;

所述的±160V直流电源包括+160V直流电源和-160V直流电源,+160V直流电源的输出负端与-160V直流电源的输出正端连接,作为功率放大器PA93的输入地即GND,+160V直流电源的输出正端连接至功率放大器PA93的正电源输入端+VCC,-160V直流电源的输出负端连接至功率放大器PA93的负电源输入端-VCC;

所述的+160V直流电源和-160V直流电源具有相同的电路结构,包括整流滤波电路、半桥逆变电路、高频变压器、二次整流滤波电路、电压霍尔传感器、电流霍尔传感器、电流闭环调节电路、电压闭环调节电路、PWM产生电路、驱动电路和保护电路;它们之间的位置连接关系是:AC220V交流电经整流滤波电路整流滤波后变成约310V直流电并连接至半桥逆变电路再次变换成约20kHz的交流方波,该交流方波再连接至高频变压器TR1和二次整流滤波电路后变成160V的直流输出;电压霍尔传感器连接在160V电源输出端采集输出电压反馈信号Uf,与电压给定信号Ug一起连接至电压闭环调节电路,然后电压闭环调节电路的输出连接至脉冲宽度即PWM产生电路,调节PWM波形的脉冲宽度,再通过驱动电路就可以控制半桥逆变电路功率开关管的导管与关断,从而实现直流电源输出电压的调节;同理,电流霍尔传感器串联在160V电源的输出回路中采集输出电流反馈信号If,与电流给定信号Ig一起连接至电流闭环调节电路,然后电流闭环调节电路的输出连接至PWM产生电路,调节PWM波形的脉冲宽度,再通过驱动电路就可以控制半桥逆变电路功率开关管的导管与关断,从而实现直流电源输出电流的调节;

该整流滤波电路包括二极管全桥整流桥电路及其滤波电容,用来将AC220V交流电整流变换成310V直流电;

该半桥逆变电路包括半桥电容C1、C2,功率开关管Q1和Q2,用来将直流电再次变换成约20kHz的交流方波;

该高频变压器采用纳米晶铁芯和漆包线绕制而成,用来实现原边电压和副边电压的电压变换和隔离;

该二次整流滤波电路由快恢复二极管全桥整流桥电路及滤波电感L1和电容C3组成,将高频变压器TR1输出的高频交流电再次变换成160V的直流输出;

该电压霍尔传感器采用的是,用来采集160V直流电源的输出电压;

该电流霍尔传感器是,用来采集160V直流电源的输出电流;

该电流闭环调节电路由运放、比例放大电阻、积分电容和微分电容等组成的,它用来调节160V直流电源的输出电流的大小;

该电压闭环调节电路由运放、比例放大电阻、积分电容和微分电容组成的,它用来调节160V直流电源的输出电压的大小;

该PWM产生电路由芯片SG2525A及其外围电路组成,用来产生脉冲宽度可调的PWM波形;

该驱动电路由功率驱动芯片及其外围组成,用来对SG2525A产生的PWM波形进行功率放大,以驱动功率开关管Q1和Q2导通和关断;

该保护电路由比较器和电压基准组成,对直流电源的过压、过流和欠压进行检测,一旦出现故障则关闭PWM波形输出。

2.根据权利要求1所述的一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:

所述的工控机选用研华Advantech IPC-610H工控机。

3.根据权利要求1所述的一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:

所述的工业显示器选用奇彩创晶嵌入式工业液晶显示器QC-170IPE10T。

4.根据权利要求1所述的一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:

所述的DSP控制电路选用数字处理电路TMS320LF2407芯片作为主控电路。

5.根据权利要求1所述的一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:

所述的高速高精度D/A转换电路选用数模转换电路DAC-HP16BGC芯片;该DAC-HP16BGC为16位高速高精度D/A转换器,接收TMS320LF2407发送的16位并行数据。

6.根据权利要求1所述的一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:

所述的信号隔离电路选用精密隔离放大电路ISO124。

7.根据权利要求1所述的一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:

所述的电流传感器选用LA25-NP高频电流传感器。

8.根据权利要求1所述的一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:

所述的电压霍尔传感器选用LV25电压传感器。

9.根据权利要求1所述的一种电子束高精度高频偏转扫描装置,其特征在于:

所述的电流霍尔传感器选用LA25电流传感器。

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