一種采用微紋波Cuk式變換器的電子束焊機(jī)電源高壓穩(wěn)壓方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高壓開(kāi)關(guān)電源裝置，特別涉及一種采用微紋波化k式變換器的電子束 焊機(jī)電源高壓穩(wěn)壓方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子束焊機(jī)巧lectronBeamWelding,簡(jiǎn)稱邸W)高壓穩(wěn)定電源主要用于為電子槍 提供加速電壓，其性能的好壞直接決定著電子束焊接工藝和焊接質(zhì)量。其電源具有效率高。 能量密度大。穩(wěn)壓范圍寬等一系列優(yōu)點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但由于它存在的固有高紋 波輸出電壓，使其適用范圍受到了限制。然而開(kāi)關(guān)電源由于其自身結(jié)構(gòu)必然會(huì)產(chǎn)生紋波，高 壓電壓的電容濾波需要一定的電容量但是在高壓條件下只能選擇小容量級(jí)別的電容，因?yàn)?變換器電容電流有很大峰值電流因此可能還會(huì)出現(xiàn)電容失效的可能，另一個(gè)是高壓開(kāi)關(guān)電 源中開(kāi)關(guān)器件的頻率也有很多限制，因?yàn)橐环矫婵紤]到提高開(kāi)關(guān)頻率要減少電感、電容、變 壓器的大小，該樣可W降低諧波含量；另一方面，開(kāi)關(guān)頻率太高又會(huì)引起較大的開(kāi)關(guān)損耗， 使變換器的效率會(huì)有所降低，因此輸出紋波成為了開(kāi)關(guān)電源中關(guān)鍵性問(wèn)題。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，采用濾波法濾除輸出紋波是常用的方法之一，濾波器包括有源、無(wú)源 濾波器，濾波器是在輸出回路中并聯(lián)或者串聯(lián)若干電阻電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該方法必須通過(guò)詳 細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算得出紋波頻率特性，從而選出精確的阻值和容值，該方法一旦電容、電阻失效 或阻值和容值計(jì)算不精確，有可能混入新的紋波、噪聲，反而加大了輸出紋波，該方法適用 于小功率開(kāi)關(guān)電源，在大電流大功率的開(kāi)關(guān)電源中有不同的損耗，開(kāi)關(guān)電源的體積也會(huì)隨 之增大。
[0004] 由于開(kāi)關(guān)電源紋波產(chǎn)生的其中一個(gè)主要因素在于開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通關(guān)斷，因此可W在 開(kāi)關(guān)管部分設(shè)計(jì)吸收開(kāi)關(guān)尖鋒脈沖的電路，但是該方法適用于開(kāi)關(guān)外置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于 一些內(nèi)置集成開(kāi)關(guān)管的集成模塊就無(wú)能為力，而且該方法需要精確復(fù)雜的計(jì)算，操作性較 差。
[0005] 直流電源側(cè)增加高頻紋渡技術(shù)，通過(guò)在直流電源側(cè)增加高頻紋渡處理單元來(lái)降低 開(kāi)關(guān)電源的紋波，但該個(gè)方案需要增加額外的控制回路和復(fù)雜的輔助電路，價(jià)格比較高，且 整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)由分立元件構(gòu)成，存在集成度差和功率密度低的不足。
[0006] 沖量控制技術(shù)中，提出了基于沖量等效原理的沖量控制技術(shù)如單周控制技術(shù)，并 將其應(yīng)用于直流開(kāi)關(guān)電源中W消除直流開(kāi)關(guān)電源的輸出低頻紋波，同時(shí)采用了BUCK(降壓 變換器）電路進(jìn)行的仿真研究表明：其輸出低頻紋波也只是理論上小于5mV，并不是完全消 除，限制了高壓開(kāi)關(guān)電源的頻率和輸出電壓，應(yīng)用范圍有限。
[0007] 高壓開(kāi)關(guān)電源輸出紋波的問(wèn)題，一直是大功率高壓穩(wěn)壓電源所存在的技術(shù)難題， 同時(shí)在傳統(tǒng)的電壓控制模式中，無(wú)論電路內(nèi)部何處產(chǎn)生干擾，最終都要經(jīng)過(guò)反饋電路才能 獲得調(diào)節(jié)，而影響了調(diào)節(jié)的速度，系統(tǒng)中任何位置的變化均要傳到輸出端，并經(jīng)過(guò)反饋之后 才能使系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)整，該樣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性比較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種采用微紋波化k式變換器的電 子束焊機(jī)電源高壓穩(wěn)壓方法及裝置，該方法對(duì)輸入電壓要求不高，輸出平滑的直流電壓，輸 出脈動(dòng)小，可調(diào)節(jié)輸出電流脈動(dòng)紋波大小，將輸出電流脈動(dòng)紋波降到最小，操作簡(jiǎn)單，不需 大量復(fù)雜的計(jì)算、推導(dǎo)；該裝置的體積小，傳輸效率高，抗電網(wǎng)干擾能力較強(qiáng)，電源開(kāi)關(guān)的損 耗小。
[0009] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：
[0010] 一種采用微紋波化k式變換器的電子束焊機(jī)電源高壓穩(wěn)壓方法，包括如下步驟：
[0011] 1)H相交流電源經(jīng)升壓、整流、濾波后，獲得高壓電壓；
[0012] 2)高壓電壓經(jīng)過(guò)直流變換器，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓；
[0013] 3)輸出電壓通過(guò)比例積分微分變化率控制器（Propo;rtiona；L-Integral-Differe ntialController,簡(jiǎn)稱PID)的電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)反饋，并與設(shè)定值比較，比較得出的誤 差的電壓作為控制信號(hào)經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制（PulseWi化hMo化lation，簡(jiǎn)稱PWM)電路，通過(guò)控制 功率器件的占空比，可W調(diào)整輸出電壓的大??；
[0014] 4)在輸出電容處獲得紋波極小的高壓穩(wěn)壓輸出電壓。
[0015] 步驟2)中直流變換器為化k電路：
[001引化k電路包括輸入電感Li和輸出電感12,兩個(gè)電感Li、L2之間相互禪合，當(dāng)開(kāi)關(guān)管Vt導(dǎo)通時(shí)，電感L1中的電流線性增長(zhǎng)，電容C1通過(guò)VT和L2形成放電回路，二極管VD處于反 偏狀態(tài)，電感Li和L義間的互感系數(shù)是M，可W推導(dǎo)如下公式
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用微紋波Cuk式變換器的電子束焊機(jī)電源高壓穩(wěn)壓方法，其特征在于，包括 如下步驟： 1) 三相交流電源經(jīng)升壓、整流、濾波后，獲得高壓電壓； 2) 高壓電壓經(jīng)過(guò)直流變換器，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓； 3) 輸出電壓通過(guò)比例積分微分變化率控制器（Proportional-Integral-Differenti al Controller,簡(jiǎn)稱PID)的電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)以及過(guò)流保護(hù)反饋，并與設(shè)定值比較，I：匕 較得出的誤差的電壓作為控制信號(hào)經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱PWM)電 路，通過(guò)控制功率器件的占空比，可以調(diào)整輸出電壓的大??； 4) 在輸出電容處獲得紋波極小的1?壓穩(wěn)壓輸出電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中直流變換器為Cuk電路： Cuk電路包括輸入電感L1和輸出電感L 2，兩個(gè)電感LpL2之間相互耦合，當(dāng)開(kāi)關(guān)管V :導(dǎo) 通時(shí)，電感L1中的電流線性增長(zhǎng)，電容C i通過(guò)V L 2形成放電回路，二極管V D處于反偏狀 態(tài)，電感LJP L 2之間的互感系數(shù)是M，可以推導(dǎo)如下公式
式中仏是Cuk電路的輸入電壓，di /dt是輸入電感1^的電流變化率，di 2/dt是輸出電 感1^2的電流變化率，M是互感系數(shù)；
式中仏是Cuk電路的輸入電壓，di /dt是輸入電感1^的電流變化率，di 2/dt是輸出電 感1^2的電流變化率，M是互感系數(shù)； 令
式中仏是Cuk電