專利名稱：高壓電源的制作方法
技術領域：
本實用新型與真空鍍膜設備的電子槍用的直流高壓電源有關。
技術背景-
在真空鍍膜技術中，采用電子束蒸鍍是當今主要鍍膜方式之一。電子束蒸鍍過 程是電子槍的燈絲由燈絲電源加熱后發射出一定的自由電子，自由電子通過聚束 極聚焦形成電子束，電子束在電子槍陽極(高壓)電壓提供的正電場作用下被加速 而獲得所需能量，具有足夠能量的電子束在外電場作用下，按照一定規律作用(轟 擊)在被蒸鍍的材料上，被蒸鍍的材料的表面物質獲得電子束給與的能量而"蒸發" 后在真空中沉附在被鍍材料的表面。鍍膜的好壞與如何轟擊蒸發材料關系很大，同 時也影響真空系統、鍍膜系統的穩定性，影響膜系均勻性。
高壓電源就是專門用來為電子槍提供陽極電壓、加速電子束運動、為電子束蒸 鍍提供所需能量的裝置。
已有的高壓電源采用變壓器升壓-可控硅調節輸出電壓，可控硅導通角靠KJ004
觸發控制。這種高壓電源沒有穩壓功能，在正常工作時，可控硅全通，經過變壓器 升壓整流濾波后輸出高壓。輸出的高壓受到電網電壓波動和負載的影響，出現小范
圍波動。這種波動將直接影響電子束的基礎光斑；同時當負載變化時，輸出電流變
化也將直接影響光斑的變化
實用新型內容
本實用新型的目的提供一種功能多樣，電壓連續可調，可自動穩壓的高壓電源。 本實用新型是這樣實現的
高壓電源，三相交流電輸入三相濾波器，三相濾波器與電壓調整，自動滅弧裝 置和升壓變壓器連接，升壓變壓器與高壓A/D轉換器連接，高壓A/D轉換器有高壓 輸出端，高壓A/D轉換器與穩壓取樣信號處理器連接，穩壓取樣信號處理器與誤差 形成器、數字電流顯示器和數字高壓顯示器連接，誤差形成器與電壓調整、自動滅 弧裝置連接。
高壓A/D轉換器由整硫硅堆構成，三相濾波器的輸出分別與升壓變壓器和電壓 調整自動滅弧裝置的調整電路連接，升壓變壓器的輸出與整流硅堆各并聯的支路連接，整流硅堆的正極端經濾波電路與高壓輸出端連接，整流硅堆與高壓電容6C1， 電阻分壓器和泄放電阻板并聯，有輸出端(11、 12)作為電壓信號輸出端，機殼接 地回路輸出端(13)和輸出端(12)構成電流信號輸出端。
所述的碌、壓取枰信號處稈器有分壓電路的輸A與寧壓AA)轉換器的電^信號輸 出端連接，輸出與電壓傳感器VI連接，電壓傳感器VI的輸出經電阻R6取樣后再 經濾波電路和可調電阻R19與電壓顯示器連接，電壓傳感器VI的輸出經17號線直 接與誤差形成器連接，經晶體管Ql放大后與高壓指示燈TS1連接，穩壓取樣信號 處理器有電流傳感器與高壓A/D轉，器的電流信號輸出端連接，電流傳感器的輸出 經濾波電路和可調電阻與數字電流顯示器連接。
誤差形成器有放大器U2A的輸入接穩壓取樣信號處理器的電壓傳感器VI的輸 出，放大器U2A的輸出接比較器的U3的反相輸入端，參考信號濾波、調壓后接放 大器U2B的輸入端，U2B的輸出接比較器U3的同相輸入端，比較器U3的輸出經二 階濾波器接跟隨器U2C的輸入，跟隨器的輸出接電壓調整，自動滅弧裝置的啟動穩 壓控制電路的輸入端。
電壓調整、自動k弧裝置由啟動控制電路、觸發電路、調整電路、取樣電路、 信號轉換電路、第1、 2滅弧控制電路、相序控制電路和觸發驅動電路組成，所述 的調整電路的三相變壓器T7、電源變壓器B8、電流互感器T9、 TIO、 Tll接三相濾 波器，電流互感器T9、 Tl(j、 ru接三組可控硅組，可控硅組的輸出接升壓變壓器 LIO、 Lll、 L12端點，可控硅的控制端與觸發電路的輸出連接于K1一K6和G1—G6 端點，所述的觸發電路為A、 B、 C三組，其觸發器芯片IC1的輸入與觸發驅動電路 的輸出連接、與取樣電路的輸出連接，所述的取樣電路有三相變壓器T7的輸出與 相序控制電路連接于44、 45、 46、 47端點，與信號轉換電路連接于48、 49、 50、 51端點，與電流互感器(T9、 TIO、 Tll)連接，電流互感器(T9、 TIO、 Tll)的輸 出與觸發驅動電路連接于40、 41、 42、 43端點，所述的相序控制電路將取樣電路 來的信號整流、穩壓限幅后加于集成電路IC9組成的與非門電路輸入端，與非門電 路的輸出經晶體管和可控硅與繼電器K2連接，繼電器K2的觸點控制電源與第2滅 弧控制電路和觸發驅動電路供電電源的接通與斷開，所述的信號轉換電路與取樣電 路的輸出連接，取樣電路來的滅弧取樣信號經三相整流電路后分別經可調電阻和電 位器分別輸出接第1、 2滅弧控制電路，所述的第2滅弧形控制電路將信號轉換電 路來的信號經第一比較器IC6D接第1三極管V41的基極，三極管V41的集電極接 集成塊T555,集成塊T555接第2三極管V23的基極，第2三極管V23的集電極接 繼電器K2，繼電器K2的端點K2P與第二比較器IC6A的輸入連接，第二比較器的輸5出與第1三極管V41的基極連接，繼電器K2的觸點K1P與第1三極管V41的集電 極連接，所述的啟動控制電路有積分放大器與第2滅弧控制電路的輸出連接，與誤 差形成器的輸出連接，積分放大器的輸出與觸發驅動電路連接。
本實用新型具有自動滅弧、過熱、過流保護功能，電壓連續可調，可實現自動 穩壓，電流和高壓可數字顯示，為電子槍的優質電源。
圖l為本實用新型的框圖。 圖2為高壓A/D轉換器原理圖。 圖3為誤差形成器原理圖。 圖4為穩壓取樣信號處理器原理圖。 圖5為電壓調整、自動滅弧裝置框圖。 圖6為取樣電路原理圖。 圖7為信號轉換電路原理圖。 圖8為調整電路原理圖。 圖9為第1滅弧控制電路原理圖。
圖io為觸發電路原理圖。
圖11為第2滅弧控制電路原理圖。 圖12為啟動控制由.路原理.圖。 圖13為相序控制電路原理圖。
具體實施方式
在圖1中，外部三相交流電源(380V、 50Hz)經l、 2、 3號線輸入到本機經過 三相濾波器輸出和電源線25、 26、 27、 28號線送入電壓調整、自動滅弧裝置，在 此裝置中經過裝置內部的滅弧、穩壓控制，三相交流電源以一定的導通角經29、 30、 31號線輸出到升壓變壓器的4、 5、 6端，升壓變壓器按要求將輸入電壓轉換為交流 高壓后，經8、 9、 10號線加到"高壓A/D轉換器，高壓A/D轉換器進行交直流轉 換后輸出4-10kV的直流高壓。
輸出的直流高壓通過11、 12、 23、 24號線加到穩壓取樣信號處理器中經過處 理后通過13、 14號線加到數字電流顯示器中顯示高壓電源的負載電流的大小。同 時通過15、 16號線加到數字高壓顯示器中以數字形式顯示實際輸出直流高壓的大 小。
輸出直流高壓的自動穩壓是靠從穩壓取樣信號處理器得到的誤差信號通過17、 18號線輸出到誤差形成器形成穩壓誤差信號，誤差信號經過19、 20號線送入電壓調整、自動滅弧裝置，電壓調整、自動滅弧裝置按穩壓誤差信號的極性和大小調整 輸入交流信號通路中的可控硅的導通角，從而實現調整輸出電壓大小，以實現自動 穩壓。
輸出直流高壓的自動滅弧、過流保護、過熱保護是靠電壓調整、自動滅弧裝置 實現(見后分析)。
高壓A/D轉換器的任務是將高壓變壓器來的交流高壓值(0 10kV)轉換為直 流高壓后，在經濾波去掉紋波后輸出。
高壓A/D轉換器的工作原理如圖2所示。
圖中由高壓變壓器來的交流高壓(8、 9、 IO號線)經整流硅堆整流后變為直流高 壓，再經電感6L1、 6C1、 6L2組成的濾波電路濾波去除直流高壓中的紋波，最后通 過限流電阻6R「、1、輸出直流負高壓。
為取出高壓信號進行測量，本電路中采用電阻分壓的辦法，在電阻分壓器上取 出所需電/T值(0 100V) (11、 12、 23、 24號線)送往穩壓信號取樣電路。
為檢敘'i電源的負載電流在電源的正輸出端和大地(負載接于負高壓和大地之 間)引出絞(23、 24號線)，用干接電流傳感器測量負載電流。
為減小高壓電容上殘余電荷造成的不安全因素，電路中在濾波電容上并接一個 適當的泄放電阻(阻值大小由設定的時間常數決定)。
穩壓信號處理電路的任務是取出高壓直流電壓和高壓負載電流的瞬時值。
穩壓信號處理電路的原理圖見圖4所示。
穩壓信號處理電路中的電壓信號來自高壓A/D轉換電路的分壓電路(11、 12號 線)，此信號經電阻R2， R3， 二極管D5限幅后加到電壓傳感器V1 (VSM025A)的輸 入端，傳感器輸出的電流信號經電阻R6取樣后，轉換為電壓信號，此電壓信號經 電容C19， C2，電感L3濾波，再經電阻R19比例調整后經15、 16號線輸出給數字 電壓顯示器顯示對應高壓輸出的直流高壓值。
同時，電壓傳感器輸出的電壓信號通過Q1放大后驅動高壓指示燈DS1亮。 并且，電壓傳感器輸出的電壓信號通過17、 18號線輸出給穩壓誤差形成器做 輸入信號。
穩壓誤差信號處理電路中的電流信號來自高壓A/D轉換電路的23、 24號線， 經二極管D8， D9, D10 (保護電流傳感器)后加到電流傳感器J輸入端電流傳感器 輸出的電流信號經電阻R7取樣后，轉換為電壓信號，此電壓信號經電容C16， C17 電感L2濾波，再經電阻R17比例調整后經13、 14號線輸出給數字電流顯示器顯示 對應高壓負載回路的電流值。數字電流電壓顯示器均是采用的XL5135V-2型3位半數字面板表顯示。
XL5135V—2型3位半數字面板表要求輸入+5V單電源供電，輸入0 1. 999V的 直流電壓信號，內部調零，內部開關設置小數點位置。
誤差形成器是由穩壓誤差信號處理電路來實現的，它的任務是根據當前高壓輸 出值找出要穩定高壓到期望值所需的誤差調整值。
穩壓誤差信號處理電路的原理圖見圖3所示。
圖中，從穩壓取樣信號處理器來的采樣信號(17/18號線)經二極管D2限幅和 電阻R4，電容C7去耦后再經放大器U2A阻抗變換后加于比較器U3(LM311)的反相 輸入端；同時，+12V電源經過電阻Rl， 二極管D3，電容Cl 1形成的參考信號REF 通過電阻R2， R3,電容C12, C4濾波后，再經電位器RP1調節給定參考信號，此信 ^再經放大器U2B加到比較器U3(LM311)的同相輸入端；比較器U3，電阻Rli， R12, 電容C15組成的電路將采樣信號同參考信號比較后輸出誤差信號，誤差信號再經電 阻R5， R6，電容CIO, C9，放大器U2D組成的二階濾波器將誤差信號轉換為調節用 的質量直流信號再經，放大器U2C跟隨器輸出，由19/20號線輸岀給電壓調整、自 動滅弧裝置。
電壓調整、自^滅弧裝置是RK GYDY高壓電源的核心單元，它的作用是實現高 壓電壓的自動穩壓、自動滅弧和實現過流、過熱、缺相保護等等功能。
高壓電源屮電壓調整、自動滅弧裝置的原理框圖如圖5所示。
電壓調整、自動滅弧裝置包括取樣電路、信號轉換電路、相序控制電路、滅弧 控制電路1、滅弧控制電路2、觸發驅動電路、觸發電路、調整電路和啟動控制電 路、穩壓控制電路等。
調整電路的原理圖如圖8所示。
本調整電路的作用是通過控制可控硅的導通角來控制三相電源輸入給三相變 壓器的輸入電壓大小，從而達到控制直流輸出電壓的大小(調整或關斷)。
本電路的工作原理是觸發電路輸出的三組控制信號K1 K6,G1 G6的控制下， 串在三相電路中的三組可控硅以一定的導通角工作，由于可控硅的導通角的不同， 結果從三相濾波器輸入來的三相電源電壓(25/26/27/28號線)經可控硅以后再輸 出給升壓變壓器的電壓(29/30/31號線)發生變化，可控硅導通角越大，輸出電壓 越高，反之越小。所以，調整可控硅的導通角亦即調整交流電壓輸出的大小。
取樣電路如圖6所示
取樣電路的作用主要是從輸入電源電壓中取出相序信號、滅弧取樣信號和可控 硅觸發用同步信號等。取樣電路的工作原理是在輸入電源電壓25、 26、 27、 28號線通過同步變壓器 T7取出相序取樣信號44、 45、 46、 47號線和可控硅觸發同步信號48、 49、 50、 51號線。
在輸入電源電壓25、 26、 27、 28號線可控硅和29、 0、 31號線中間串入同步 電流互感器，同步電流互感器輸出與電路中的電流成比例的信號，此信號作為滅弧 控制用的取樣信號40、 41、 42、 43號線。
同時取樣電路還在輸入電源中的任意一相上由變壓器T8輸出本機所需低壓直 流電源的交流電源信號。
相序控制電路原理如圖13所示。
本電路的任務是判斷輸入三相輸入電源A、 B、 C的接入順序是否正確和是否缺 相，若順序不正確或者缺相，則相序指示燈不亮同時控制元高壓輸出(實際是控制 穩壓電路的供電電壓使可控硅無輸出)。
輸入電源相序控制電路的控制原理是由取樣信號電路來的相序取樣信號44、 45、 46、 47號線經二極管V7， V8， V9，電阻R97， R99， R101整流變成直流信號后， 再經穩壓二極管V50， V51， V52，電阻R98， RIOO， R102穩壓限幅后加于集成電路 IC9A、 B、 C、 D組成的與非門電路輸入端，當輸入電源電壓順序正確且三相不缺相 時，與非門集成電路IC9的IO腳輸出為低電壓，該低電壓使三極管V53導通，從 而使可控硅V56導通，可控硅控制繼電器K2動作，繼電器觸點將—12V電源同K1P 接通，為相關控制電路供電，相序指示燈亮表示輸入電源的相序正確且不缺相；當 輸入電源電壓順序不正確或者三相缺相時，與非門集成電路IC9的IO腳輸出為高 電壓，三極管V53截止，可控硅V56截止，可控硅控制繼電器K2不動作，繼電器 觸點將+12V電源同繼電器KlP斷開，相關控制電路得不到供電電源，最后可控硅電 路不工作無高壓輸出相序指示燈不亮。
信號轉換電路的原理圖如圖7所示。
該電路的主要任務是將滅弧取樣信號(交流)轉換為一定幅度的直流信號。 該電路的工作原理是由信號取樣電路來的滅弧取樣信號40、 41、 42、 43號 線經過二極管V32 V37組成的三相整流橋后變為直流信號，然后再經電位器RP12 調整后輸出給滅弧控制電路的252、 53號線；同時經電位器RP14調整后輸出給滅 弧控制電路的153、 54號線。
滅弧控制電路1和觸發驅動電路的原理圖如圖9所示。
本電路的任務一個是將滅弧控制信號進行比例放大；另一個任務是將滅弧控制 信號和穩壓控制信號線或后進行放大后輸出可控硅觸發器要求的觸發信號。
9本電路的工作原理是由信號轉換電路來的信號(54、 55號線)經放大器IC6B 和三級管V42放大形成滅弧控制信號(66、 67號線)，此滅弧信號和由穩壓電路來 的穩壓信號(68、 69號線)合成后經放大器IC7D及外圍電路形成可控硅觸發器的 觸發信號Z2 (70、 7]號線)輸出給可控硅觸發電路。
第2滅弧控制電路的原理圖如圖11所示。
第2滅弧控制電路的任務一個是在高壓電源持續過載(拉弧)時切斷高壓輸出， 給出過流指示(過流指示燈亮)；另一個任務是若機內溫度超過70'C時也要切斷高 壓輸出并給出過熱指示(過熱指示燈亮)。
第2滅弧控制電路的工作原理是由信號轉換電路來的信號(52、 53號線)經 過流轉換器比較器IC6D同設定電流值比較，若此時信號超過設定值比較器IC6D輸 出一高電平(過流標志)，過流指示燈亮，同時使三極管V41導詢—并延時(由電阻 R50、電容C25的時間常數決定)fe發集成塊ICi(555)，若在延時時間內.過流標 志撤出，比較器IC6D輸出為低，撤出對IC1的觸發；若在延時時間內，過流標志 一直存在，即較器IC6D輸出保持位高，觸發集成塊IC1被觸發，觸發集成塊IC1 輸出高電平，三極管V23導通，繼電器K2動作，高電平從觸點斷開標號K1PU2V 經觸點K2P輸出，有關控制電路斷電使可控硅斷開，高壓無輸出，實現過流保護。
另外，由機內溫度開關檢測的信號，當溫度超過7(TC時，開關閉合，(552、 53 號線)經過流轉換器比較器IC6A同設定溫度值比較.若此時信號超過設定值!:[:較 器IC6A輸出一高電平(過熱標志)，過熱指示燈亮，同時使三極管V41導通并延時 (由R50、 C25的時間常數決定)觸發集成塊IC1(555),若在延時時間內，過熱標 志撤出，即比較器IC4D輸出為低，撤出對集成電路IC1的觸發；若在延時時間內， 過熱標志一直存在，即比較器IC4D輸出保持位高，集成電路ICi被觸發，集成電 路IC1輸出高電平，三極管V23導通，繼電器K2動作，高電平從觸點K1P (+12V) 經觸點K2P輸出，有關控制電路斷電使可控硅斷開，高壓無輸出，實現過熱保護。
觸發電路如圖IO所示。
觸發電路的任務就是將可控硅觸發控制信號轉換為可控硅的觸發信號。
權利要求1、高壓電源，其特征在于三相交流電輸入三相濾波器，三相濾波器與電壓調整，自動滅弧裝置和升壓變壓器連接，升壓變壓器與高壓A/D轉換器連接，高壓A/D轉換器有高壓輸出端，高壓A/D轉換器與穩壓取樣信號處理器連接，穩壓取樣信號處理器與誤差形成器、數字電流顯示器和數字高壓顯示器連接，誤差形成器與電壓調整、自動滅弧裝置連接。
2、 根據權利要求1所述的高壓電源，其特征在于高壓A/D轉換器由整流硅堆 構成，三相濾波器的輸出分別與升壓變壓器和電壓調整自動滅弧裝置的調整電路連 接，升壓變壓器的輸出與整流硅堆各并聯的支路連接，整流硅堆的正極端經濾波電 路與高壓輸出端連接，整流硅堆與高壓電容6C1，電阻分壓器和泄放電阻板并聯， 有輸出端11、 12作為電壓信號輸出端，機殼接地回路輸出端13和輸出端12 構成電流信號輸出端。
3、 根據權利要求1或2所述的高壓電源，其特征在于所述的穩壓取樣信號處 理器有分壓電路的輸入與高壓A/D轉換器的電壓信號輸出端連接，輸出與電壓傳感 器VI連接，電壓傳感器VI的輸出經電阻R6取樣后再經濾波電路和可調電阻R19 與電壓顯示器連接，電壓傳感器V]的輸出經17號線直接與誤差形成器連接，經晶 體管Ql放大后與高壓指示燈TS1連接，穩壓取樣信號處理器有電流傳感器與高壓 A/D轉換器的電流信號輸出端連接，電流傳感器的輸出經濾波電路和可調電阻與數 字電流顯示器連接。
4、 根據權利要求l所述的高壓電源，其特征在于誤差形成器有放大器U2A的 輸入接穩壓取樣信號處理器的電壓傳感器VI的輸出，放大器U2A的輸出接比較器 的U3的反相輸入端，參考信號濾波、調壓后接放大器U2B的輸入端，U2B的輸出接 比較器U3的同相輸入端，比較器U3的輸出經二階濾波器接跟隨器U2C的輸入，跟 隨器的輸出接電壓調整，自動滅弧裝置的啟動穩壓控制電路的輸入端。
5、 根據權利要求1所述的高壓電源，其特征在于電壓調整、自動滅弧裝置由 啟動控制電路、觸發電路、調整電路、取樣電路、信號轉換電路、第1、 2滅弧控 制電路、相序控制電路和觸發驅動電路組成，所述的調整電路的三相變壓器T7、電 源變壓器B8、電流互感器T9、 TIO、 Tll接三相濾波器，電流互感器T9、 TIO、 Tll 接三組可控硅組，可控硅組的輸出接升壓變壓器LIO、 Lll、 L12端點，可控硅的控 制端與觸發電路的輸出連接于K1一K6和G1—G6端點，所述的觸發電路為A、 B、 C三組，其觸發器芯片IC1的輸入與觸發驅動電路的輸出連接、與取樣電路的輸出連 接，所述的取樣電路有三相變壓器T7的輸出與相序控制電路連接于44、 45、 46、 47端點，與信號轉換電路連接于48、 49、 50、 51端點，與電流互感器T9、 TIO、 Tll連接，電流互感器T9、 TIO、 Tll的輸出與觸發驅動電路連接于40、 41、 42、 43端點，所述的相序控制電路將取樣電路來的信號整流、穩壓限幅后加于集成 電路IC9組成的與非門電路輸入端，與非門電路的輸出經晶體管和可控硅與繼電器 K2連接，繼電器K2的觸點控制電源與第2滅弧控制電路和觸發驅動電路供電電源 的接通與斷開，所述的信號轉換電路與取樣電路的輸出連接，取樣電路來的滅弧取 樣信號經三相整流電路后分別經可調電阻和電位器分別輸出接第1、 2滅弧控制電 路，所述的第2滅弧形控制電路將信號轉換電路來的信號經第一比較器IC6D接第1 三極管V41的基極，三極管V41的集電極接集成塊T555，集成塊T555接第2三極 管V23的基極，第2三極管V23的集電極接繼電器K2，繼電器K2的端點K2P與第 二比較器IC6A的輸入連接，第二比較器的輸出與第1三極管V41的基極連接，繼 電器K2的觸點K1P與第1三極管V41的集電極連接，所述的啟動控制電路有積分 放大器與第2滅弧控制電路的輸出連接，與誤差形成器的輸出連接，積分放大器的 輸出與觸發驅動電路連接。
專利摘要本實用新型為高壓電源，解決已有電子槍高壓電源不能連續可調和自動穩壓的問題。三相交流電輸入三相濾波器，三相濾波器與電壓調整，自動滅弧裝置連接，與升壓變壓器連接，升壓變壓器與高壓A/D轉換器連接，高壓A/D轉換器有高壓輸出端，高壓A/D轉換器與穩壓取樣信號處理器連接，穩壓取樣信號處理器與誤差形成器和數字電流、高壓顯示器連接，誤差形成器與電壓調整、自動滅弧裝置連接。
文檔編號H02M7/06GK201294653SQ20082014122
公開日2009年8月19日 申請日期2008年11月7日 優先權日2008年11月7日
發明者劉偉鋒, 坤 林, 薛尚清, 亮 謝, 陳友平 申請人:四川南光電氣有限責任公司