一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，包括與380V工頻交流電相聯(lián)接的第一級整流濾波電路、與第一級整流濾波電路相聯(lián)接的第一逆變橋電路、與第一逆變橋電路相聯(lián)接的第一電壓變換與整流濾波電路、與第一逆變橋電路相聯(lián)接的第一驅(qū)動電路以及第一電流采樣電路、與第一電流采樣電路相聯(lián)接的第一PWM控制電路、與第一電壓變換與整流濾波電路相聯(lián)接的第二逆變橋電路、與第二逆變橋電路相聯(lián)接的第二電壓變換與整流濾波電路、第二驅(qū)動電路以及第二電流采樣電路、第二PWM控制電路、高壓采樣電路。本發(fā)明的逆變電源裝置能夠有效抑制電子槍放電尖脈沖對工頻電網(wǎng)的干擾，提高電源工作的穩(wěn)定性。
【專利說明】—種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于電源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是關(guān)于逆變電源裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的講是一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電子束熔煉是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的熔煉技術(shù)，是一種生產(chǎn)潔凈金屬的先進(jìn)熔煉技術(shù)。該項技術(shù)已經(jīng)用于冶煉鈦、鈮、鑰、鉬、鋯等貴重金屬。目前，美國已經(jīng)將航空旋轉(zhuǎn)件、結(jié)構(gòu)件所用鈦合金材料的真空電子束冷床爐熔煉技術(shù)納入到航空標(biāo)準(zhǔn)中，國內(nèi)已經(jīng)開始采用電子束熔煉技術(shù)冶煉鈦合金。電子束熔煉技術(shù)的核心設(shè)備是電子束流發(fā)生系統(tǒng)，主要包括電子槍、加速高壓電源、束流控制系統(tǒng)。
[0003]目前，電子束熔煉爐中常用的電子束流發(fā)生系統(tǒng)的電子槍為熱陰極電子槍，陰極被直接或間接加熱，產(chǎn)生大量熱電子，熱電子的發(fā)射量可以由束流控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)流過燈絲的電流與偏壓大小來實現(xiàn)。熱電子被電子槍中陰極、陽極間施加的高壓電場加速后，高速轟擊金屬材料，將大量動能轉(zhuǎn)化成熱能，使金屬材料熔化。
[0004]熱陰極電子槍的槍室真空度要求比較高，一般要求達(dá)到10_3Pa以上，與熔煉爐室內(nèi)的10_2Pa真空度相差較大，需要獨立的真空系統(tǒng)。熱陰極的壽命一般比較短，最長使用壽命為幾十個小時。頻繁更換陰極將會影響工藝參數(shù)，導(dǎo)致金屬冶煉的質(zhì)量不穩(wěn)定。并且在金屬冶煉的高金屬蒸汽環(huán)境下，常規(guī)的熱陰極電子槍容易放電，很難長期穩(wěn)定工作。
[0005]氣體放電電子槍屬于冷陰極電子槍，其基本工作原理是在電子槍的腔室內(nèi)通入氫、氧混合氣體，使壓力達(dá)到零點幾帕或數(shù)十帕，在陰極、陽極間施加幾十千伏的高壓，在陰極、陽極之間產(chǎn)生氣體放電，形成等離子體，等離子體中的正離子在電場作用下轟擊水冷陰極表面，產(chǎn)生二次電子，等離子體中的電子與陰極發(fā)射的二次電子被陰極、陽極之間的高壓電場加速，經(jīng)過電子槍的電磁匯聚系統(tǒng)聚焦后，產(chǎn)生電子束。
[0006]與熱陰極電子槍相比，氣體放電電子槍的電子束產(chǎn)生方式比較獨特，陰極壽命比較長，對真空度要求不嚴(yán)格。在目前，氣體放電電子槍的單槍最大功率達(dá)到600kW，陰極壽命長達(dá)1000小時以上，在10Pa?l(T2Pa均可正常工作。氣體放電電子槍不需要獨立真空系統(tǒng)，不需要頻繁更換電極。
[0007]熱陰極電子槍所配套的高壓電源不僅需要有加速電子的高壓電路，而且需要加熱陰極的電路、調(diào)節(jié)束流的偏壓電路。加熱陰極電路、調(diào)節(jié)束流的偏壓電路一般懸浮于幾十甚至上百千伏加速電子的高壓電路上。加熱陰極電路與調(diào)節(jié)束流的偏壓電路的變壓器設(shè)計制造技術(shù)難度大。由于需要電路較多，使得電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個電路高壓部分電路之間的空間布局不合理，極易導(dǎo)致放電，影響設(shè)備正常工作。此外，需要多芯高壓電纜將電源與電子槍聯(lián)接，電纜聯(lián)接端子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造技術(shù)難度比較大。
[0008]與熱陰極電子槍所配套的高壓電源相比，氣體放電電子槍的高壓電源相對簡潔，僅需一個高壓電源用于電離氣體和加速電子。
[0009]對于應(yīng)用于電子束熔煉爐設(shè)備中的數(shù)百KW大功率氣體放電電子槍，如果采用工頻升壓后整流的模式制造高壓電源，則由于升壓變壓器功率大，使得其體積極其龐大，鐵損、銅損嚴(yán)重，電源效率低。電子槍或高壓電源放電，通過功率變壓器直接耦合到原邊，引起電網(wǎng)電壓大幅波動，干擾其它設(shè)備正常工作。此外，要獲得平滑的高壓直流電壓輸出，需要大容量LC濾波電路才能實現(xiàn)，高壓濾波原件制造、選型都比較困難。
[0010]采用逆變技術(shù)設(shè)計制造大功率氣體放電電子槍配套的高壓電源，將頻率提高到幾kHz甚至幾十kHz，將能有效減少變壓器體積，降低高壓電源損耗。但是采用一次整流濾波、逆變升壓、二次整流濾波模式設(shè)計的高壓電源，仍然不可避免的將電子槍或高壓電源高壓端的放電脈沖尖峰耦合到電網(wǎng)中。
[0011]目前，電子束熔煉爐設(shè)備所用大功率電子槍配套的高壓電源功率一般都達(dá)到幾百千瓦，通常在600kW以上，這就需要變壓器原邊電流達(dá)到1000A以上，用單只功率逆變變壓器很難實現(xiàn)，即使能實現(xiàn)，變壓器的設(shè)計制造難度也極大。變壓器原邊電流達(dá)到上千安，而目前電流容量大于1000A的開關(guān)元件，工作頻率均較低，一般均處于噪音區(qū)，使得電源噪音很大。選擇多組逆變電源并聯(lián)的方式，雖然能夠滿足設(shè)計需求，但是需要進(jìn)行復(fù)雜的均流、均壓控制，使得電源設(shè)計難度很大。
[0012]針對當(dāng)前電子束熔煉爐設(shè)備所用氣體放電電子槍功率較大，傳統(tǒng)工頻升壓電源設(shè)計制造技術(shù)損耗大且工作不穩(wěn)定，常規(guī)逆變技術(shù)所需高頻高壓大功率開關(guān)器件選擇范圍有限的特點，本領(lǐng)域急需一種基于大功率冷陰極氣體放電電子槍的電子束熔煉爐所用的高壓逆變電源裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的電子束熔煉爐設(shè)備所用氣體放電電子槍功率較大，傳統(tǒng)工頻升壓電源設(shè)計制造技術(shù)損耗大且工作不穩(wěn)定，常規(guī)逆變技術(shù)所需高頻高壓大功率開關(guān)器件選擇范圍有限的難題，本發(fā)明提供了一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，采用了兩級逆變電路，第一級逆變用于調(diào)壓限流，第二級用于逆變升壓，能夠有效抑制電子槍放電尖脈沖對工頻電網(wǎng)的干擾，提高電源工作的穩(wěn)定性。
[0014]本發(fā)明的目的是，提供一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，所述的逆變電源裝置包括:與380V工頻交流電相聯(lián)接的第一級整流濾波電路1 ;與所述第一級整流濾波電路1相聯(lián)接的第一逆變橋電路2 ;與所述第一逆變橋電路2相聯(lián)接的第一電壓變換與整流濾波電路3 ;與所述第一逆變橋電路2相聯(lián)接的第一驅(qū)動電路10以及第一電流采樣電路11 ;與所述第一電流米樣電路11相聯(lián)接的第一 PWM控制電路9 ;與所述第一電壓變換與整流濾波電路3以及第一 PWM控制電路9相聯(lián)接的第一電壓采樣電路16 ;與所述第一電壓變換與整流濾波電路3相聯(lián)接的第二逆變橋電路4 ;與所述第二逆變橋電路4相聯(lián)接的第二電壓變換與整流濾波電路5 ;與所述第二逆變橋電路4相聯(lián)接的第二驅(qū)動電路13以及第二電流采樣電路14 ;與所述第二電流采樣電路14相聯(lián)接的第二 PWM控制電路12 ;分別與所述第一 PWM控制電路9以及第二 PWM控制電路12相聯(lián)接的高壓采樣電路7。
[0015]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述的逆變電源裝置還包括:與所述第二電壓變換與整流濾波電路5相聯(lián)接的限流電阻6 ;所述380V工頻交流電經(jīng)過所述第一級整流濾波電路1變成500V直流電，所述500V直流電經(jīng)過所述第一逆變橋電路2逆變、經(jīng)過所述第一電壓變換與整流濾波電路3后變換成0?500V變化的直流電，再經(jīng)過所述第二逆變橋電路4逆變、經(jīng)過所述第二電壓變換與整流濾波電路5的升壓及整流濾波變換成0?-30kV可調(diào)的電壓，最后經(jīng)過所述限流電阻6后輸出。
[0016]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述的逆變電源裝置還包括:與所述第二電壓變換與整流濾波電路5相聯(lián)接的束流采樣電路8，用于采集束流信號，并將所述束流信號反饋至與所述束流采樣電路8相聯(lián)接的氣體質(zhì)量流量控制電路15 ;所述的氣體質(zhì)量流量控制電路15，用于將所述束流信號與預(yù)先設(shè)定的束流進(jìn)行比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后輸出控制信號，所述控制信號用于調(diào)整輸入到大功率氣體放電電子槍中的混合氣體流量。
[0017]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第一整流濾波電路1包括:與工頻380V交流電的輸入端聯(lián)接的第一整流電路，所述第一整流電路為三相整流橋；一端與所述第一整流電路的正輸出端相聯(lián)接的一濾波電感；所述濾波電感的另一端聯(lián)接于電路D點，所述第一整流電路的負(fù)輸出端聯(lián)接電路J點；并聯(lián)于電路D點和J點之間的濾波電容。
[0018]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第一逆變橋電路2包括第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管、隔直電容以及電流互感器；其中，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極與第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第四絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第四絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極聯(lián)接，所述隔直電容與所述第一電流采樣電路中11的電流互感器串聯(lián)聯(lián)接。
[0019]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第一電壓變換與整流濾波電路3包括第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器、第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路、濾波電感和濾波電容，所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的原邊依次串聯(lián)，所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的副邊分別聯(lián)接第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路；所述第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路的正輸出端并聯(lián)在一起后聯(lián)接至一 Μ點，所述第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路的負(fù)輸出端并聯(lián)在一起后聯(lián)接至一 Ν點；所述濾波電感的一端聯(lián)接到Μ點，另外一端聯(lián)接到Η ;所述濾波電容并聯(lián)在電路Η點和電路Ν點之間。
[0020]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述的逆變電源裝置還包括并聯(lián)于Η點與Ν點之間的電壓傳感器17，用于采樣經(jīng)過所述第一電壓變換與整流濾波電路3后的電壓得到電壓信號，并將所述的電壓信號反饋至所述第一 PWM控制電路9。
[0021]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第一驅(qū)動電路10分別向第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管輸出PWM脈沖信號，聯(lián)接第一絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，聯(lián)接第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，驅(qū)動第一絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號與驅(qū)動第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號反相聯(lián)接。
[0022]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第一 PWM控制電路9包括外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路、內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路以及PWM調(diào)節(jié)電路，其中，所述PWM調(diào)節(jié)電路，用于接收所述第一電流采樣電路11采集的電流信號，調(diào)節(jié)所述的電流信號以小于一設(shè)定值；所述外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，用于接收預(yù)先設(shè)定的一高壓給定信號以及所述高壓采樣電路7采集的高壓反饋信號，并將所述高壓反饋信號與所述高壓給定信號進(jìn)行比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后輸出一電壓調(diào)節(jié)信號至所述第一 PWM控制電路9中的內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路；所述內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，用于接收由所述第一電壓采樣電路16采集的電壓信號以及所述外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路輸出的電壓信號，經(jīng)過PID處理后，將電壓調(diào)節(jié)信號輸出至所述PWM調(diào)節(jié)電路；所述PWM調(diào)節(jié)電路，用于根據(jù)所述電壓調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生一PWM信號，所述PWM信號經(jīng)過所述第一驅(qū)動電路10以改變所述第一逆變橋電路2中第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管。
[0023]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第二逆變橋電路4包括第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管、隔直電容以及電流互感器；其中，所述第五絕緣柵雙極型晶體管的集電極與第七絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第五絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第六絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第七絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第八絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第六絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第八絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極聯(lián)接，所述隔直電容與所述第二電流采樣電路中14的電流互感器串聯(lián)聯(lián)接。
[0024]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第二電壓變換與整流濾波電路5包括第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器、第七整流電路、第八整流電路、第九整流電路、第十整流電路以及第十一整流電路、濾波電感和濾波電容，所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器的原邊并聯(lián)，所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器的副邊分別聯(lián)接第七整流電路、第八整流電路、第九整流電路、第十整流電路以及第十一整流電路；所述第七整流電路的正端聯(lián)接到第八整流電路的負(fù)端，第八整流電路的正端聯(lián)接到第九整流電路的負(fù)端，第九整流電路的正端聯(lián)接到第十整流電路的負(fù)端，第十整流電路的正端聯(lián)接到第i^一整流電路的負(fù)端，第十一整流電路的正端接地；所述濾波電容并聯(lián)在所述第七整流電路的負(fù)端和第十一整流電路的正端；所述第七整流電路的負(fù)端串聯(lián)所述限流電阻6后聯(lián)接到輸出端。
[0025]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第二驅(qū)動電路10分別向第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管輸出PWM脈沖信號，聯(lián)接第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，聯(lián)接第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，驅(qū)動第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號與驅(qū)動第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號反相聯(lián)接。
[0026]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第二電流采樣電路14用于采集電流信號，并將所述電流信號反饋到所述第二 PWM控制電路12。
[0027]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第二 PWM控制電路12用于檢測所述電流信號是否超過一設(shè)定值，當(dāng)判斷為是時，所述第二逆變橋電路4中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管工作于過流狀態(tài)，當(dāng)所述過流狀態(tài)超過10 μ s時，關(guān)斷所述第二逆變橋電路4中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管。
[0028]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述高壓采樣電路7用于采集高壓信號，并將所述高壓信號反饋至所述第二 PWM控制電路12 ;所述第二 PWM控制電路12，用于當(dāng)檢測到所述高壓信號大于最大設(shè)定值且超過0.lms時，則關(guān)斷所述第二逆變橋電路4中
[0029]第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管，在lms后重新輸出滿脈寬的PWM信號，通過所述第二驅(qū)動電路13輸出兩組互補的PWM信號以控制所述第二逆變橋電路4中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管與第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管交替開通/關(guān)斷，
[0030]所述第二 PWM控制電路12，用于當(dāng)檢測到所述高壓信號恢復(fù)到設(shè)定值時，輸出滿脈寬，否則，當(dāng)連續(xù)5次檢測到所述高壓信大于最大設(shè)定值且超過0.lms時，輸出PWM占空比為0，關(guān)閉所述第二級逆變電路4中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管，同時輸出報警信號。
[0031]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述限流電阻6采用大功率高壓電阻串并聯(lián)方式獲得。
[0032]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的原邊與副邊的變比均為1:5，所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的功率均為60kW。
[0033]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器的原邊與副邊的變比均為1:12，所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器均為60kW。
[0034]本發(fā)明的有益效果在于，提供了一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，是一種采用新型AC-DC-AC-DC-AC-DC拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)設(shè)計制造大功率氣體放電電子槍的高壓電源，采用了兩級逆變電路，第一級逆變用于調(diào)壓限流，第二級用于逆變升壓，能夠有效抑制電子槍放電尖脈沖對工頻電網(wǎng)的干擾，保證大功率氣體放電電子槍長期穩(wěn)定工作，提高氣體放電電子槍的高壓電源工作的可靠性、穩(wěn)定性。
[0035]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0037]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置的實施方式一的電路框圖；
[0038]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置的實施方式二的電路框圖；
[0039]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置的實施方式三的電路框圖；
[0040]圖4為本發(fā)明實施例提供的一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖；
[0041]圖5 (a)為第一逆變橋電路中IGBT Ql、IGBTQ4的PWM驅(qū)動波形示意圖；
[0042]圖5 (b)為第一逆變橋電路中IGBT Q2、IGBTQ3的PWM驅(qū)動波形示意圖；
[0043]圖5 (c)為第二逆變橋電路中IGBT Q5、IGBTQ8的PWM驅(qū)動波形示意圖；
[0044]圖5 (d)為第二逆變橋電路中IGBT Q6、IGBTQ7的PWM驅(qū)動波形示意圖。
[0045]附圖標(biāo)號:
[0046]第一級整流濾波電路——1
[0047]第一逆變橋電路——2
[0048]第一電壓變換與整流濾波電路——3
[0049]第二逆變橋電路——4
[0050]第二電壓變換與整流濾波電路——5
[0051]限流電阻——6
[0052]高壓采樣電路——7
[0053]束流采樣電路——8
[0054]第一 PWM控制電路-9
[0055]第一驅(qū)動電路——10
[0056]第一電流采樣電路——11
[0057]第二 PWM控制電路-12
[0058]第二驅(qū)動電路——13
[0059]第二電流采樣電路——14
[0060]氣體質(zhì)量流量控制電路-15
[0061]第一電壓米樣電路-16
[0062]電壓傳感器——17

【具體實施方式】
[0063]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0064]本發(fā)明涉及一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，具體的說，是一種為大功率氣體放電電子束流發(fā)生系統(tǒng)提供高壓的逆變電源裝置，尤其涉及一種基于大功率冷陰極氣體放電電子槍的電子束熔煉爐所用的高壓逆變電源裝置。
[0065]為了保證大功率氣體放電電子槍長期穩(wěn)定工作，提高氣體放電電子槍的高壓電源工作的可靠性、穩(wěn)定性，本發(fā)明提供了一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，是采用新型AC-DC-AC-DC-AC-DC拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)設(shè)計制造大功率氣體放電電子槍的高壓電源。
[0066]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置的實施方式一的電路框圖，由圖1可知，在實施方式一中，所述的逆變電源裝置包括:
[0067]與380V工頻交流電相聯(lián)接的第一級整流濾波電路1 ;
[0068]與所述第一級整流濾波電路1相聯(lián)接的第一逆變橋電路2 ；
[0069]與所述第一逆變橋電路2相聯(lián)接的第一電壓變換與整流濾波電路3 ；
[0070]與所述第一逆變橋電路2相聯(lián)接的第一驅(qū)動電路10以及第一電流采樣電路11 ；
[0071]與所述第一電流采樣電路11相聯(lián)接的第一 PWM控制電路9 ；
[0072]與所述第一電壓變換與整流濾波電路3以及第一 PWM控制電路9相聯(lián)接的第一電壓米樣電路16 ；
[0073]與所述第一電壓變換與整流濾波電路3相聯(lián)接的第二逆變橋電路4 ；
[0074]與所述第二逆變橋電路4相聯(lián)接的第二電壓變換與整流濾波電路5 ；
[0075]與所述第二逆變橋電路4相聯(lián)接的第二驅(qū)動電路13以及第二電流采樣電路14 ；
[0076]與所述第二電流采樣電路14相聯(lián)接的第二 PWM控制電路12 ；
[0077]分別與所述第一 PWM控制電路9以及第二 PWM控制電路12相聯(lián)接的高壓采樣電路7。
[0078]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置的實施方式二的電路框圖，由圖2可知，在實施方式二中，所述的逆變電源裝置還包括:
[0079]與所述第二電壓變換與整流濾波電路5相聯(lián)接的限流電阻6 ；
[0080]所述380V工頻交流電經(jīng)過所述第一級整流濾波電路1變成500V直流電，所述500V直流電經(jīng)過所述第一逆變橋電路2逆變、經(jīng)過所述第一電壓變換與整流濾波電路3后變換成0?500V變化的直流電，再經(jīng)過所述第二逆變橋電路4逆變、經(jīng)過所述第二電壓變換與整流濾波電路5的升壓及整流濾波變換成0?_30kV可調(diào)的電壓，最后經(jīng)過所述限流電阻6后輸出。從輸入到輸出電流變換方式為AC-DC-AC-DC-AC-DC。
[0081]所述限流電阻R3是采用大功率高壓電阻串并聯(lián)方式獲得的30 Ω/ekW電阻，用于減小放電脈沖尖峰，保護(hù)電源。
[0082]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置的實施方式三的電路框圖，由圖3可知，在實施方式三中，所述的逆變電源裝置還包括:
[0083]與所述第二電壓變換與整流濾波電路5相聯(lián)接的束流采樣電路8，用于采集束流信號，并將所述束流信號反饋至與所述束流采樣電路8相聯(lián)接的氣體質(zhì)量流量控制電路15 ；
[0084]所述的氣體質(zhì)量流量控制電路15，用于將所述束流信號與預(yù)先設(shè)定的束流進(jìn)行比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后輸出控制信號，所述控制信號用于調(diào)整輸入到大功率氣體放電電子槍中的混合氣體流量。
[0085]束流采樣電路8采集的束流信號IBf反饋到氣體質(zhì)量流量控制電路15，所述束流信號與給定束流進(jìn)行比較，經(jīng)過氣體質(zhì)量流量控制電路的PID調(diào)節(jié)，輸出控制信合，調(diào)整輸入到電子槍中的混合氣體流量，使得輸出的電子束流維持穩(wěn)定。
[0086]本發(fā)明提供的逆變電源裝置最大功率300kW，對于其它功率級別的氣體放電電子槍，可以增加或減少第一電壓變換與整流濾波電路中的變壓器及其整流電路數(shù)量，調(diào)整第二電壓變換與整流濾波電路中的變壓器功率及及其整流電路容量，并且為第一逆變橋電路、第二逆變橋電路中選配的合適的絕緣柵雙極型晶體管，使得電源拓?fù)潆娐逢P(guān)鍵元器件容量滿足電子槍的需求。
[0087]圖4為本發(fā)明實施例提供的一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖，由圖4可知，所述第一整流濾波電路1包括:
[0088]與工頻380V交流電的輸入端聯(lián)接的第一整流電路，所述第一整流電路為三相整流橋；
[0089]一端與所述第一整流電路的正輸出端相聯(lián)接的一濾波電感；
[0090]所述濾波電感的另一端聯(lián)接于電路D點，所述第一整流電路的負(fù)輸出端聯(lián)接電路J點；
[0091]并聯(lián)于電路D點和J點之間的濾波電容。
[0092]即在本發(fā)明的【具體實施方式】中，第一整流濾波電路1中的第一整流電路MD1是由大功率二極管組成的三相整流橋；第一整流濾波電路中各部分的聯(lián)接方式，工頻380V交流電的U、V、W輸入端分別聯(lián)接MD1的1、2、3端，MD1的“ + ”輸出端與濾波電感L1的一端聯(lián)接于4，電感L1的另一端聯(lián)接于電路D點，MD1的聯(lián)接電路J點，濾波電容C1并聯(lián)于電路D點和J點之間。
[0093]由圖4可知，所述第一逆變橋電路2包括第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管、隔直電容以及電流互感器；
[0094]其中，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極與第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第四絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第四絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極聯(lián)接，所述隔直電容與所述第一電流采樣電路中11的電流互感器串聯(lián)聯(lián)接。
[0095]即在本發(fā)明的【具體實施方式】中，第一逆變橋電路2主要包括絕緣柵雙極型晶體管Q1、絕緣柵雙極型晶體管Q2、絕緣柵雙極型晶體管Q3、絕緣柵雙極型晶體管Q4、隔直電容Cx、電流互感器ΤΠ。
[0096]第一逆變橋電路2中各元件之間的聯(lián)接方法為:IGBT Q1的集電極C、IGBT Q3的集電極C聯(lián)接在電路D點，IGBT Q1的發(fā)射極E聯(lián)接IGBT Q2的集電極C于電路A點，IGBTQ3的發(fā)射極E聯(lián)接IGBT Q4的集電極C于電路B點，IGBT Q2的發(fā)射極E、IGBT Q4的發(fā)射極E聯(lián)接在電路J點，隔直電容Cx與第一電流采樣電路中的電流互感器Tf 1串聯(lián)后，聯(lián)接于電路A點與F點。
[0097]由圖4可知，所述第一電壓變換與整流濾波電路3包括第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器、第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路、濾波電感和濾波電容，
[0098]所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的原邊依次串聯(lián)，所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的副邊分別聯(lián)接第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路；
[0099]所述第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路的正輸出端并聯(lián)在一起后聯(lián)接至一 Μ點，所述第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路的負(fù)輸出端并聯(lián)在一起后聯(lián)接至一 Ν點；
[0100]所述濾波電感的一端聯(lián)接到Μ點，另外一端聯(lián)接到Η ；
[0101]所述濾波電容并聯(lián)在電路Η點和電路Ν點之間。
[0102]即在本發(fā)明的【具體實施方式】中，第一電壓變換與整流濾波電路3的變壓器T1、T2、Τ3、Τ4、Τ5的原邊與副邊的變比為1:5，所述各變壓器的功率均為60kW ;所述各變壓器原邊依次串聯(lián)后，變壓器T1的原邊未串聯(lián)的端子聯(lián)接到電路B點，變壓器T5的原邊未串聯(lián)的端聯(lián)接到電路F點，所述各變壓器的副邊分別聯(lián)接整流電路MD2、MD3、MD4、MD5、MD6，所述各個整流電路的“ + ”輸出端并聯(lián)在一起后聯(lián)接至“M”點，所述各個整流電路的輸出端并聯(lián)在一起后聯(lián)接至“N”點；濾波電感L2的一端聯(lián)接到“M”點，另外一端聯(lián)接到“H”點，濾波電容C2并聯(lián)在電路“H”點和電路“N”點之間。
[0103]由圖4可知，所述的逆變電源裝置還包括并聯(lián)于Η點與N點之間的電壓傳感器17，用于采樣經(jīng)過所述第一電壓變換與整流濾波電路3后的電壓得到電壓信號，并將所述的電壓信號反饋至所述第一 PWM控制電路9。
[0104]即所述經(jīng)過第一電壓變換與整流濾波電路3后的電壓可以通過并聯(lián)于“Η”與“Ν”點之間的電壓傳感器17進(jìn)行采樣，采樣的電壓信號UMf反饋到第一 PWM控制電路9。
[0105]由圖4可知，所述第一驅(qū)動電路10分別向第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管輸出PWM脈沖信號，聯(lián)接第一絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，聯(lián)接第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，驅(qū)動第一絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號與驅(qū)動第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號反相聯(lián)接聯(lián)接。
[0106]即第一驅(qū)動電路10輸出4路PWM脈沖信號，所述PWM信號脈寬可調(diào)。聯(lián)接IGBTQUIGBT Q4的PWM信號相同；聯(lián)接IGBT Q2、IGBT Q3的PWM信號相同，且與所述驅(qū)動IGBTQUIGBT Q4的PWM信號反相。
[0107]圖5(a)為第一逆變橋電路中IGBT QUIGBTQ4的PWM驅(qū)動波形示意圖，圖5 (b)為第一逆變橋電路中IGBT Q2、IGBTQ3的PWM驅(qū)動波形示意圖，圖5 (c)為第二逆變橋電路中IGBT Q5、IGBTQ8的PWM驅(qū)動波形示意圖，圖5(d)為第二逆變橋電路中IGBT Q6、IGBTQ7的PWM驅(qū)動波形示意圖。其中的SD為死區(qū)時間。
[0108]由圖4可知，所述第一 PWM控制電路9包括外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路、內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路以及PWM調(diào)節(jié)電路，
[0109]其中，所述PWM調(diào)節(jié)電路，用于接收所述第一電流采樣電路11采集的電流信號，調(diào)節(jié)所述的電流信號以小于一設(shè)定值；
[0110]所述外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，用于接收預(yù)先設(shè)定的一高壓給定信號以及所述高壓采樣電路(7)采集的高壓反饋信號，并將所述高壓反饋信號與所述高壓給定信號進(jìn)行比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后輸出一電壓調(diào)節(jié)信號至所述第一 PWM控制電路9中的內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路；
[0111]所述內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，用于接收由所述第一電壓采樣電路(16)采集的電壓信號以及所述外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路輸出的電壓信號，經(jīng)過PID處理后，將電壓調(diào)節(jié)信號輸出至所述PWM調(diào)節(jié)電路；
[0112]所述PWM調(diào)節(jié)電路，用于根據(jù)所述電壓調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生一 PWM信號，所述PWM信號經(jīng)過所述第一驅(qū)動電路10以改變所述第一逆變橋電路2中第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管的開通時間。
[0113]即高壓采樣電路7采集的高壓反饋信號UHf反饋到第一 PWM控制電路中的外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，高壓給定信號UHg輸入到第一 PWM控制電路中的外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，與所述高壓反饋信號UHf進(jìn)行比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)，產(chǎn)生的電壓調(diào)節(jié)信號Ug輸入到第一 PWM控制電路中的內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，所述第一 PWM控制電路中的內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路接收第一電壓采樣電路16采集的電壓信號Umf，所述電壓信號Umf與Ug進(jìn)行PID處理后，由所述內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路輸出電壓調(diào)節(jié)信號Ugg到PWM調(diào)節(jié)電路，所述PWM調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生的PWM信號經(jīng)過第一驅(qū)動電路，改變第一逆變橋中絕緣柵雙極型晶體管的開通時間，使得經(jīng)過第一電壓變換與整流濾波電路后的電壓UM得到調(diào)節(jié)，從而使得輸出高壓UH得到調(diào)節(jié)。
[0114]第一電流采樣電路11采集的電流信號Ifl反饋到第一 PWM控制電路中的PWM調(diào)節(jié)電路，所述PWM調(diào)節(jié)電路檢測Ifl是否超過設(shè)定值，如果超過，減小PWM脈寬，直到所述電流ΙΠ小于設(shè)定值。
[0115]第一 PWM控制電路9包括外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路、內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路、PWM調(diào)節(jié)電路。第一電流采樣電路采集的電流信號Ifl反饋到第一 PWM控制電路中的PWM調(diào)節(jié)電路，所述PWM調(diào)節(jié)電路檢測Ifl是否超過設(shè)定值，如果超過，減小PWM脈寬，直到所述電流Ifl小于設(shè)定值。
[0116]由圖4可知，所述第二逆變橋電路4包括第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管、隔直電容以及電流互感器；
[0117]其中，所述第五絕緣柵雙極型晶體管的集電極與第七絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第五絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第六絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第七絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第八絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第六絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第八絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極聯(lián)接，所述隔直電容與所述第二電流采樣電路中14的電流互感器串聯(lián)聯(lián)接。
[0118]即第二逆變橋電路4主要包括IGBT Q5、IGBT Q6、IGBT Q7、IGBT Q8、隔直電容Cy、
電流互感器Tf2 ；
[0119]第二逆變橋電路4中各元件之間的聯(lián)接為:IGBT Q5的集電極C、IGBT Q7的集電極C聯(lián)接在電路Η點，IGBT Q5的發(fā)射極Ε聯(lián)接IGBT Q6的集電極C于電路G點，IGBT Q7的發(fā)射極Ε聯(lián)接IGBT Q8的集電極C于電路F點，IGBT Q6的發(fā)射極E、IGBT Q8的發(fā)射極E聯(lián)接在電路N點，隔直電容Cy與第二電流采樣電路中的電流互感器Tf 2串聯(lián)后，聯(lián)接于電路G點與P點。
[0120]由圖4可知，所述第二電壓變換與整流濾波電路5包括第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器、第七整流電路、第八整流電路、第九整流電路、第十整流電路以及第i^一整流電路、濾波電感和濾波電容，
[0121]所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器的原邊并聯(lián)，所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器的副邊分別聯(lián)接第七整流電路、第八整流電路、第九整流電路、第十整流電路以及第i^一整流電路；
[0122]所述第七整流電路的正端聯(lián)接到第八整流電路的負(fù)端，第八整流電路的正端聯(lián)接到第九整流電路的負(fù)端，第九整流電路的正端聯(lián)接到第十整流電路的負(fù)端，第十整流電路的正端聯(lián)接到第i^一整流電路的負(fù)端，第i^一整流電路的正端接地；
[0123]所述濾波電容并聯(lián)在所述第七整流電路的負(fù)端和第十一整流電路的正端；
[0124]所述第七整流電路的負(fù)端串聯(lián)所述限流電阻6后聯(lián)接到輸出端。
[0125]即第二電壓變換與整流濾波電路5的變壓器T6、T7、T8、T9、T10的原邊與副邊的變比為1:12，所述各變壓器的功率均為60kW ;所述各變壓器原邊并聯(lián)后，一端聯(lián)接到“F”點，另外一端聯(lián)接到“ P ”點，所述各變壓器的副邊分別聯(lián)接整流電路MD7、MD8、MD9、MD10、MD11，整流電路MD7的“ + ”端聯(lián)接到整流電路MD8的端，整流電路MD8的“ + ”端聯(lián)接到整流電路MD9的端，整流電路MD9的“ + ”端聯(lián)接到整流電路MD10的端，整流電路MD10的“ + ”端聯(lián)接到整流電路MD11的端，整流電路MD11的“ + ”端接地，濾波電容C3并聯(lián)在整流電路MD7的端和整流電路MD11的“ + ”端，整流電路MD7的端串聯(lián)限流電阻R3后聯(lián)接到輸出端“X”。
[0126]由圖4可知，所述第二驅(qū)動電路10分別向第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管輸出PWM脈沖信號，聯(lián)接第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，聯(lián)接第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，驅(qū)動第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號與驅(qū)動第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號反相聯(lián)接。
[0127]由圖4可知，所述第二電流采樣電路14用于采集電流信號，并將所述電流信號反饋到所述第二 PWM控制電路12。所述第二 PWM控制電路12用于檢測所述電流信號是否超過一設(shè)定值，當(dāng)判斷為是時，所述第二逆變橋電路4中的IGBT Q5、IGBT Q6、IGBT Q7、IGBTQ8工作于過流狀態(tài)，當(dāng)所述過流狀態(tài)超過10 μ s時，關(guān)斷所述第二逆變橋電路4中的IGBTQ5、IGBT Q6、IGBT Q7、IGBT Q8。即第二電流采樣電路14采集的電流信號If2反饋到第二PWM控制電路，第二 PWM控制電路檢測If2是否超過設(shè)定值，如果超過，則第二逆變橋電路中各個IGBT工作于過流狀態(tài)，所述過流狀態(tài)超過10 μ s，則關(guān)斷第二逆變橋電路中所有IGBT，過流狀態(tài)消失，則恢復(fù)正常工作。
[0128]第二電流采樣電路14采集的電流信號If2反饋到第二 PWM控制電路12，第二 PWM控制電路檢測If2是否超過設(shè)定值，如果超過，則第二逆變橋電路中各個IGBT工作于過流狀態(tài)，所述過流狀態(tài)超過10 μ s，則關(guān)斷第二逆變橋電路中所有IGBT，過流狀態(tài)消失，則恢復(fù)正常工作。
[0129]當(dāng)?shù)诙?PWM控制電路12檢測到高壓信號UHf大于最大設(shè)定值超過0.1ms，則關(guān)斷第二逆變橋電路中所有IGBT，在lms以后重新輸出滿脈寬，當(dāng)連續(xù)5次檢測到高壓信號UHf大于最大設(shè)定值超過0.1ms，則第二 PWM控制電路輸出PWM占空比為0，關(guān)閉第二級逆變電路中的所有IGBT，同時輸出報警信號，通過人工干預(yù)排除故障。
[0130]由圖4可知，所述高壓采樣電路7用于采集高壓信號，并將所述高壓信號反饋至所述第二 PWM控制電路12 ；
[0131]所述第二 PWM控制電路12，用于當(dāng)檢測到所述高壓信號大于最大設(shè)定值且超過0.lms時，則關(guān)斷所述第二逆變橋電路4中
[0132]第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管，在lms后重新輸出滿脈寬的PWM信號，通過所述第二驅(qū)動電路13輸出兩組互補的PWM信號以控制所述第二逆變橋電路4中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管與第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管交替開通/關(guān)斷，
[0133]所述第二 PWM控制電路12，用于當(dāng)檢測到所述高壓信號恢復(fù)到設(shè)定值時，輸出滿脈寬，否則，當(dāng)連續(xù)5次檢測到所述高壓信大于最大設(shè)定值且超過0.lms時，輸出PWM占空比為0，關(guān)閉所述第二級逆變電路4中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管，同時輸出報警信號。
[0134]即高壓采樣電路7采集的高壓信號UHf反饋到第二 PWM控制電路，當(dāng)?shù)诙WM控制電路檢測到高壓信號UHf大于最大設(shè)定值超過0.1ms，則關(guān)斷第二逆變橋電路中所有IGBT，在lms以后重新輸出滿脈寬的PWM信號，通過第二驅(qū)動電路，輸出兩組互補的PWM信號控制第二逆變橋電路中的IGBT Q5、IGBT Q8與IGBT Q6、IGBT Q7交替開通/關(guān)斷，當(dāng)?shù)诙?PWM控制電路檢測到高壓信號UHf恢復(fù)到穩(wěn)定的設(shè)定值，則第二 PWM控制電路正常輸出滿脈寬。否則，當(dāng)連續(xù)5次檢測到高壓信號UHf大于最大設(shè)定值超過0.lms,則第二 PWM控制電路輸出PWM占空比為0，關(guān)閉第二級逆變電路中的所有IGBT，同時輸出報警信號，通過人工干預(yù)排除故障。
[0135]綜上所述，本發(fā)明提供了一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，是一種采用新型AC-DC-AC-DC-AC-DC拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)設(shè)計制造大功率氣體放電電子槍的高壓電源，采用了兩級逆變電路，第一級逆變用于調(diào)壓限流，第二級用于逆變升壓，能夠有效抑制電子槍放電尖脈沖對工頻電網(wǎng)的干擾，保證大功率氣體放電電子槍長期穩(wěn)定工作，提高氣體放電電子槍的高壓電源工作的可靠性、穩(wěn)定性。
[0136]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例中的全部或部分流程，可以通過模擬電路或者數(shù)字電路來完成。
[0137]本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以了解到本發(fā)明實施例列出的各種功能是通過硬件還是軟件來實現(xiàn)取決于特定的應(yīng)用和整個逆變電源裝置的設(shè)計要求。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對于每種特定的應(yīng)用，可以使用各種方法實現(xiàn)所述的功能，但這種實現(xiàn)不應(yīng)被理解為超出本發(fā)明實施例保護(hù)的范圍。
[0138]本發(fā)明中應(yīng)用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述的逆變電源裝置包括: 與380V工頻交流電相聯(lián)接的第一級整流濾波電路(I)； 與所述第一級整流濾波電路(I)相聯(lián)接的第一逆變橋電路(2); 與所述第一逆變橋電路(2)相聯(lián)接的第一電壓變換與整流濾波電路(3)； 與所述第一逆變橋電路(2)相聯(lián)接的第一驅(qū)動電路(10)以及第一電流采樣電路(11); 與所述第一電流采樣電路(11)以及第一驅(qū)動電路(10)相聯(lián)接的第一脈沖寬度調(diào)制PWM控制電路(9)； 與所述第一電壓變換與整流濾波電路(3)以及第一 PWM控制電路(9)相聯(lián)接的第一電壓采樣電路(16)； 與所述第一電壓變換與整流濾波電路(3)相聯(lián)接的第二逆變橋電路(4)； 與所述第二逆變橋電路(4)相聯(lián)接的第二電壓變換與整流濾波電路(5)； 與所述第二逆變橋電路(4)相聯(lián)接的第二驅(qū)動電路(13)以及第二電流采樣電路(14)； 與所述第二電流采樣電路(14)以及第二驅(qū)動電路(13)相聯(lián)接的第二 PWM控制電路(12)； 分別與所述第一 PWM控制電路(9)以及第二 PWM控制電路(12)相聯(lián)接的高壓采樣電路⑵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述的逆變電源裝置還包括: 與所述第二電壓變換與整流濾波電路(5)相聯(lián)接的限流電阻(6)； 所述380V工頻交流電經(jīng)過所述第一級整流濾波電路(I)變成500V直流電，所述500V直流電經(jīng)過所述第一逆變橋電路(2)逆變、經(jīng)過所述第一電壓變換與整流濾波電路(3)后變換成O?500V變化的直流電，再經(jīng)過所述第二逆變橋電路(4)逆變、經(jīng)過所述第二電壓變換與整流濾波電路(5)的升壓及整流濾波變換成O?-30kV可調(diào)的電壓，最后經(jīng)過所述限流電阻(6)后輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述的逆變電源裝置還包括: 與所述第二電壓變換與整流濾波電路(5)相聯(lián)接的束流采樣電路(8)，用于采集束流信號，并將所述束流信號反饋至與所述束流采樣電路(8)相聯(lián)接的氣體質(zhì)量流量控制電路(15)； 所述的氣體質(zhì)量流量控制電路(15)，用于將所述束流信號與預(yù)先設(shè)定的束流進(jìn)行比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后輸出控制信號，所述控制信號用于調(diào)整輸入到大功率氣體放電電子槍中的混合氣體流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第一整流濾波電路(I)包括: 與工頻380V交流電的輸入端聯(lián)接的第一整流電路，所述第一整流電路為三相整流橋； 一端與所述第一整流電路的正輸出端相聯(lián)接的一濾波電感； 所述濾波電感的另一端聯(lián)接于電路D點，所述第一整流電路的負(fù)輸出端聯(lián)接電路J占.并聯(lián)于電路D點和J點之間的濾波電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第一逆變橋電路(2)包括第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管、隔直電容以及電流互感器； 其中，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極與第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第四絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第四絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極聯(lián)接，所述隔直電容與所述第一電流采樣電路中(11)的電流互感器串聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第一電壓變換與整流濾波電路(3)包括第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器、第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路、濾波電感和濾波電容， 所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的原邊依次串聯(lián)，所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的副邊分別聯(lián)接第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路； 所述第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路的正輸出端并聯(lián)在一起后聯(lián)接至一 M點，所述第二整流電路、第三整流電路、第四整流電路、第五整流電路以及第六整流電路的負(fù)輸出端并聯(lián)在一起后聯(lián)接至一 N點； 所述濾波電感的一端聯(lián)接到M點，另外一端聯(lián)接到H ； 所述濾波電容并聯(lián)在電路H點和電路N點之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述的逆變電源裝置還包括并聯(lián)于H點與N點之間的電壓傳感器(17)，用于采樣經(jīng)過所述第一電壓變換與整流濾波電路(3)后的電壓得到電壓信號，并將所述的電壓信號反饋至所述第一 PWM控制電路(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第一驅(qū)動電路(10)分別向第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管輸出PWM脈沖信號，聯(lián)接第一絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，聯(lián)接第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，驅(qū)動第一絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號與驅(qū)動第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號反相。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第一 PWM控制電路(9)包括外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路、內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路以及PWM調(diào)節(jié)電路， 其中，所述PWM調(diào)節(jié)電路，用于接收所述第一電流采樣電路(11)采集的電流信號，調(diào)節(jié)所述的電流信號以小于一設(shè)定值； 所述外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，用于接收預(yù)先設(shè)定的一高壓給定信號以及所述高壓采樣電路(7)采集的高壓反饋信號，并將所述高壓反饋信號與所述高壓給定信號進(jìn)行比較，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后輸出一電壓調(diào)節(jié)信號至所述第一 PWM控制電路(9)中的內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路； 所述內(nèi)環(huán)PID調(diào)節(jié)電路，用于接收由所述第一電壓采樣電路(16)采集的電壓信號以及所述外環(huán)PID調(diào)節(jié)電路輸出的電壓信號，經(jīng)過PID處理后，將電壓調(diào)節(jié)信號輸出至所述PWM調(diào)節(jié)電路； 所述PWM調(diào)節(jié)電路，用于根據(jù)所述電壓調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生一 PWM信號，所述PWM信號經(jīng)過所述第一驅(qū)動電路(10)以改變所述第一逆變橋電路(2)中第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管的開通時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第二逆變橋電路(4)包括第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管、隔直電容以及電流互感器； 其中，所述第五絕緣柵雙極型晶體管的集電極與第七絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第五絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第六絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第七絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第八絕緣柵雙極型晶體管的集電極聯(lián)接，所述第六絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極與第八絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極聯(lián)接，所述隔直電容與所述第二電流采樣電路中(14)的電流互感器串聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第二電壓變換與整流濾波電路(5)包括第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器、第七整流電路、第八整流電路、第九整流電路、第十整流電路以及第i^一整流電路、濾波電感和濾波電容， 所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器的原邊并聯(lián)，所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器的副邊分別聯(lián)接第七整流電路、第八整流電路、第九整流電路、第十整流電路以及第i^一整流電路； 所述第七整流電路的正端聯(lián)接到第八整流電路的負(fù)端，第八整流電路的正端聯(lián)接到第九整流電路的負(fù)端，第九整流電路的正端聯(lián)接到第十整流電路的負(fù)端，第十整流電路的正端聯(lián)接到第i^一整流電路的負(fù)端，第i^一整流電路的正端接地； 所述濾波電容并聯(lián)在所述第七整流電路的負(fù)端和第十一整流電路的正端； 所述第七整流電路的負(fù)端串聯(lián)所述限流電阻(6)后聯(lián)接到輸出端。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第二驅(qū)動電路(10)分別向第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管輸出PWM脈沖信號，聯(lián)接第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，聯(lián)接第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號相同，驅(qū)動第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號與驅(qū)動第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管的PWM信號反相。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第二電流采樣電路(14)用于采集電流信號，并將所述電流信號反饋到所述第二PWM控制電路(12)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第二 PWM控制電路(12)用于檢測所述電流信號是否超過一設(shè)定值，當(dāng)判斷為是時，所述第二逆變橋電路(4)中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管工作于過流狀態(tài)，當(dāng)所述過流狀態(tài)超過10 μ s時，關(guān)斷所述第二逆變橋電路(4)中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述高壓采樣電路(7)用于采集高壓信號，并將所述高壓信號反饋至所述第二 PWM控制電路(12)； 所述第二 PWM控制電路(12)，用于當(dāng)檢測到所述高壓信號大于最大設(shè)定值且超過0.1ms時，則關(guān)斷所述第二逆變橋電路(4)中第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管，在Ims后重新輸出滿脈寬的PWM信號，通過所述第二驅(qū)動電路(13)輸出兩組互補的PWM信號以控制所述第二逆變橋電路(4)中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管與第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管交替開通/關(guān)斷， 所述第二 PWM控制電路(12)，用于當(dāng)檢測到所述高壓信號恢復(fù)到設(shè)定值時，輸出滿脈寬，否則，當(dāng)連續(xù)5次檢測到所述高壓信大于最大設(shè)定值且超過0.1ms時，輸出PWM占空比為0，關(guān)閉所述第二級逆變電路(4)中的第五絕緣柵雙極型晶體管、第六絕緣柵雙極型晶體管、第七絕緣柵雙極型晶體管、第八絕緣柵雙極型晶體管，同時輸出報警信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述限流電阻(6)采用大功率高壓電阻串并聯(lián)方式獲得。
17.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的原邊與副邊的變比均為1:5，所述第一變壓器、第二變壓器、第三變壓器、第四變壓器以及第五變壓器的功率均為60kW。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于大功率氣體放電電子槍的逆變電源裝置，其特征是，所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器的原邊與副邊的變比均為1:12，所述第六變壓器、第七變壓器、第八變壓器、第九變壓器以及第十變壓器均為60kW。
【文檔編號】H02M7/5387GK104506059SQ201410778975
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】許海鷹 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所