專利名稱：一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于真空電子束焊機的電源，更確切地說，是指一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置
背景技術：
電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極通過直接或間接加熱發射電子，這些電子在高壓電場的加速下，通過電磁場的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動能轉化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實現對工件的焊接。1990年9月第一版出版的《真空電子束焊接設備及工藝》一書，在第二章真空電子束焊機中公開了真空電子束焊機的各部分結構。其中電子束焊接電源包括陽極高壓主電源(又稱高壓電源)、陰極加熱電源、以及束流控制用高壓電源系統(主要包括柵極偏壓電源)，束流控制用高壓電源系統用于控制電子束流的大小和穩定性。為使電子束聚焦處于最佳狀態下，要調整的電子束焊接主要工藝參數是加速電壓、電子束流、焊接速度、電子槍工作距離和焦點位置等，在所有工藝參數中電子束流與高壓加速電壓一起決定電子束的功率。在電子束焊接中，由于高壓加速電壓基本不變，增加電子束電流，熔深和熔寬都會增加，所以為滿足不同的焊接工藝需要，需要經常連續控制和調整電子束流，為了實現對電子束流的控制和快速調節，必須設計束流控制用高壓電源系統來保證電子束流的調節和穩定。最初的電子束焊機其電子束流的大小調節是依靠陰極加熱電流的大小來保證，加熱電流大時電子束流大，反之亦然。這種調節方式精度低，較難適應電子束焊接的工藝需要。隨著近代電子束制造技術的快速發展，人們研究用柵極偏壓電源來控制電子束流的大小。它的原理是在陰極和聚束極(又稱柵極)之間加一柵極偏壓電源， 用調節柵偏電壓的大小來調節電子束流的大小，如圖1所示。對于電子束焊接厚度大的工件，為了增加焊接的深寬比，一般增大電子束流，而隨著電子束流增大，焊接熔池上方的金屬蒸氣會大量增加，這會干擾和阻斷電子束對工件的焊接通道，難以獲得高質量的大深寬比的焊縫，從而影響焊縫的品質；同時對于需要進行電子束焊接的薄壁工件，焊接薄壁零件面積大，要求變形小，常規連續束流電子束焊接也難以滿足要求。
發明內容
為了解決上述缺陷，本發明提供了一種適用于脈沖電子束焊接偏壓電源裝置。該裝置將柵極偏壓調制成偏壓基值大小、偏壓脈沖幅值、偏壓脈沖占空比和偏壓脈沖頻率均可調節的脈沖偏壓，通過與高壓電源和陰極加熱電源共同作用產生脈沖束流。該裝置由前級低壓電路和后級高壓電路組成，后級高壓電路放在盛滿變壓器油的密封油箱內，通過控制前級低壓電路實現偏壓脈沖頻率O 3kHz、幅值0 2000V和占空比0 100%連續調節，對應實現脈沖束流頻率0 3kHz、幅值0 200mA和占空比0 100%連續調節。
當偏壓基值產生模塊和偏壓脈沖產生模塊均工作時，該偏壓電源裝置能夠實現脈沖偏壓；當偏壓基值產生模塊工作，而偏壓脈沖產生模塊不工作時，該偏壓電源裝置能夠實現常規直流偏壓。本發明是一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，該偏壓電源裝置包括偏壓基值產生模塊、偏壓脈沖產生模塊、電壓閉環電路、PWM電路和驅動電路；所述的偏壓基值產生模塊包括有第一整流濾波電路(101)、第一斬波降壓電路 (102)、第一半橋逆變電路(103)、第一高頻升壓變壓器(104)和第二整流濾波電路(105)；所述的偏壓脈沖產生模塊包括有第三整流濾波電路001)、第二斬波降壓電路 002)、第二半橋逆變電路003)、第二高頻升壓變壓器(204)和第四整流濾波電路O05)；所述的電壓閉環電路包括有第一電壓閉環電路(111)和第二電壓閉環電路 (211)；所述的P麗電路包括有第一 P麗電路(112)、第二 P麗電路(107)、第三P麗電路 (212)、第四 PWM 電路(207)；所述的驅動電路包括有第一驅動電路(11 、第二驅動電路(21 、第三驅動電路 (109)、第四驅動電路(108)、第五驅動電路(209)和第六驅動電路O08)；第一整流濾波電路(101)用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出 MOV直流電壓信號Ultll,并輸出給第一斬波降壓電路(102)；第一斬波降壓電路(102)用于對接收的MOV直流電壓信號U101進行直流電壓調節至工作電壓信號Ac12,并輸出給第一半橋逆變電路(103)；第一半橋逆變電路(10 對接收的工作電壓信號Rci2轉換成第一交流方波電壓 Ultl3輸出給第一高頻升壓變壓器(104)的原邊；第一高頻升壓變壓器(104)用于對第一交流方波電壓^l3進行升壓處理，并將升壓后的第二交流方波電壓^l4輸出給第二整流濾波電路(105)；第二整流濾波電路(105)依據60kV 150kV高壓電源輸出的_60kV _150kV電壓對第二交流方波電壓U104進行整流濾波處理，輸出0 2000V的直流電壓信號U105 ；第一電壓傳感器(110)用于采集第一斬波降壓電路(102)的輸出工作電壓信號 Ultl2,并將該工作電壓信號Ultl2作為電壓閉環反饋作用到第一電壓閉環電路(111)；第一電壓閉環電路(111)對給定電壓信號、和工作電壓信號Ac12進行PI閉環調節輸出恒定電壓信號U111給第一 PWM電路(112)；第一 PWM電路(112)把恒定電壓信號U111轉換成PWM方波P1作用到第一驅動電路 (113)的輸入端；第一驅動電路(11 將PWM方波P1弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一斬波降壓電路(102)開關管Tri的柵極；第一電流傳感器(106)用于采集第一高頻升壓變壓器(104)的原邊回路電流If1, 并將該回路電流If1作為過流保護信號作用到第二 PWM電路(107)；第二 PWM電路(107)第一方面用于產生PWM方波P3和PWM方波P4 ；第二方面將 PWM方波P3作用在第三驅動電路(109)的輸入端；第三方面將PWM方波P4作用在第四驅動電路(108)的輸入端；第三驅動電路(109)將PWM方波P3弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一半橋逆變電路(10 上開關管Iri的柵極；第四驅動電路(108)將PWM方波P4弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一半橋逆變電路(10 下開關管Trt的柵極；第三整流濾波電路(201)用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出 MOV直流電壓信號U2Q1，并輸出給第二斬波降壓電路Q02)；第二斬波降壓電路(202)用于對接收的MOV直流電壓信號U201進行直流電壓調節至工作電壓信號U2tl2,并輸出給第二半橋逆變電路Q03)；第二半橋逆變電路(20 對接收的工作電壓信號U202轉換成第三交流方波電壓 U2tl3輸出給第二高頻升壓變壓器O04)的原邊；第二高頻升壓變壓器(204)用于對第三交流方波電壓U203進行升壓處理，并將升壓后的第四交流方波電壓^l4輸出給第二整流濾波電路O05)；第四整流濾波電路(20 依據0 2000V的直流電壓信號^15對第四交流方波電壓^14進行整流濾波處理，輸出幅值為O 2000V、頻率為0 3kHz和占空比為0 100% 的直流方波電壓信號U2tl5,該直流方波電壓信號U205作用到電子槍柵極上；第二電壓傳感器(210)用于采集第二斬波降壓電路O02)的輸出工作電壓信號 U2tl2,并將該工作電壓信號U2tl2作為電壓閉環反饋作用到第二電壓閉環電路Oil)；第二電壓閉環電路011)對給定電壓信號L和工作電壓信號U2tl2進行PI閉環調節輸出恒定電壓信號U211給第三PWM電路012)；第三PWM電路(212)把恒定電壓信號轉換成PWM方波P2作用到第二驅動電路 (213)的輸入端；第二驅動電路013)把PWM方波P2弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二斬波降壓電路O02)開關管T,2的柵極；第二電流傳感器(206)用于采集第二高頻升壓變壓器Ο04)的原邊的回路電流 If2，并將該回路電流If2作為過流保護信號作用到第四PWM電路Q07)；第四PWM電路(207)第一方面用于產生PWM方波P5和PWM方波P6 ；第二方面將 PWM方波Ρ5作用在第五驅動電路(209)的輸入端；第三方面將PWM方波P6作用在第六驅動電路Q08)的輸入端；第五驅動電路(209)將PWM方波P5弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二半橋逆變電路(20 上開關管Trf的柵極；第六驅動電路(208)將PWM方波P6弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二半橋逆變電路(20 下開關管Trf的柵極。本發明一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置的優點在于①偏壓基值產生模塊和偏壓脈沖產生模塊采用斬波降壓和半橋逆變串聯的電路構成，有利于偏壓脈沖基值和偏壓脈沖峰值調節和脈沖波形的精準控制；并且該裝置通過控制前級低壓電路的方式實現后級高壓最終偏壓脈沖輸出，此控制方式簡捷、安全和可靠。②偏壓基值產生模塊和偏壓脈沖產生模塊中的前級低壓電路部分均有過流保護功能，當回路中的電流超過保護電流時，偏壓基值產生電路和偏壓脈沖產生電路切斷輸出， 并通過同步電路保證在整個周期內切斷。③采用本發明偏壓電源裝置進行脈沖電子束焊接，在同樣平均功率下，脈沖電子束焊的峰值功率比常規連續束流電子束焊接高得多，從而可有效地增加熔深，改善焊縫質量，特別對于薄壁零件焊接，脈沖電子束焊接起到降低熱輸入和防止被焊工件過熱，減少焊接變形的效果。 ④采用本發明偏壓電源裝置，既能實現脈沖偏壓，又能實現常規直流偏壓，即在同一臺設備上實現脈沖電子束焊接和常規連續束流電子束焊接自由切換，滿足不同焊接工藝的需求。
圖1是常規電子束焊接電源的結構框圖。
圖2是本發明一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置的功能結構框圖
圖3是本發明偏壓基值產生電路和偏壓脈沖產生電路原理圖。
圖4A是本發明第一 PWM電路原理圖。
圖4B是本發明第二 PWM電路原理圖。
圖5A是本發明第三PWM電路原理圖。
圖5B是本發明第四PWM電路原理圖。
圖6A是本發明第一驅動電路原理圖。
圖6B是本發明第二驅動電路原理圖。
圖6C是本發明第三驅動電路原理圖。
圖6D是本發明第四驅動電路原理圖。
圖6E是本發明第五驅動電路原理圖。
圖6F是本發明第六驅動電路原理圖。
圖7是本發明輸出偏壓電壓與電子束流關系示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。本發明是一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，該偏壓電源裝置包括偏壓基值產生模塊、偏壓脈沖產生模塊、電壓閉環電路、PWM(脈沖寬度調制)電路和驅動電路。偏壓基值產生模塊包括有第一整流濾波電路101、第一斬波降壓電路102、第一半橋逆變電路103、第一高頻升壓變壓器104和第二整流濾波電路105。偏壓脈沖產生模塊包括有第三整流濾波電路201、第二斬波降壓電路202、第二半橋逆變電路203、第二高頻升壓變壓器204和第四整流濾波電路205。電壓閉環電路包括有第一電壓閉環電路111和第二電壓閉環電路211。PWM(脈沖寬度調制)電路包括有第一 PWM電路112、第二 PWM電路107、第三PWM 電路212、第四PWM電路207。驅動電路包括有第一驅動電路113、第二驅動電路213、第三驅動電路109、第四驅動電路108、第五驅動電路209和第六驅動電路208。參見圖2所示，下面將以每個電路輸入輸出信號的流程進行詳細說明其實現的功能。(一 )第一整流濾波電路101
第一整流濾波電路101用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出MOV 直流電壓信號仏…并輸出給第一斬波降壓電路102。( 二)第一斬波降壓電路102第一斬波降壓電路102用于對接收的MOV直流電壓信號U101進行直流電壓調節至工作電壓信號Ultl2,并輸出給第一半橋逆變電路103。(三)第一半橋逆變電路103第一半橋逆變電路103對接收的工作電壓信號Rci2轉換成交流方波電壓信號 Ultl3(簡稱為第一交流方波電壓U1J輸出給第一高頻升壓變壓器104的原邊。(四)第一高頻升壓變壓器104第一高頻升壓變壓器104用于對第一交流方波電壓U103進行升壓處理，并將升壓后的交流方波電壓信號^l4 (簡稱為第二交流方波電壓Ultl4)輸出給第二整流濾波電路105。(五)第二整流濾波電路105第二整流濾波電路105依據60kV 150kV高壓電源輸出的_60kV _150kV電壓對第二交流方波電壓U104進行整流濾波處理，輸出0 2000V的直流電壓信號U105。所述直流電壓信號U105的偏壓脈沖基值記為Ubo(六)第一電壓傳感器110第一電壓傳感器110用于采集第一斬波降壓電路102的輸出工作電壓信號Ultl2,并將該工作電壓信號UiciJt為電壓閉環反饋作用到第一電壓閉環電路111。(七)第一電壓閉環電路111第一電壓閉環電路111對給定電壓信號Ugl和工作電壓信號U102進行PI閉環調節輸出恒定電壓信號U111給第一 PWM電路112。(八)第一 PWM 電路 112第一 PWM電路112把恒定電壓信號U111轉換成PWM方波P1作用到第一驅動電路 113的輸入端。(九)第一驅動電路113第一驅動電路113將PWM方波P1弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一斬波降壓電路102開關管Tri的柵極。(十)第一電流傳感器106第一電流傳感器106用于采集第一高頻升壓變壓器104的原邊回路電流If1,并將該回路電流If1作為過流保護信號作用到第二 PWM電路107。( ^^一 )第二 PWM 電路 107第二 PWM電路107第一方面用于產生PWM方波P3和PWM方波P4 ；第二方面將PWM 方波P3作用在第三驅動電路109的輸入端；第三方面將PWM方波P4作用在第四驅動電路 108的輸入端。(十二)第三驅動電路109第三驅動電路109將PWM方波P3弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一半橋逆變電路103上開關管Iri的柵極。(十三)第四驅動電路108第四驅動電路108將PWM方波P4弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一半橋逆變電路103下開關管Trt的柵極。在本發明中，第一整流濾波電路101、第一斬波降壓電路102、第一半橋逆變電路 103、第一高頻升壓變壓器104和第二整流濾波電路105構成偏壓基值產生模塊。該偏壓基值產生模塊用于產生直流電壓，并作為偏壓脈沖的基值。(十四)第三整流濾波電路201第三整流濾波電路201用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出MOV 直流電壓信號U201，并輸出給第二斬波降壓電路202。(十五)第二斬波降壓電路202第二斬波降壓電路202用于對接收的MOV直流電壓信號U201進行直流電壓調節至工作電壓信號U202，并輸出給第二半橋逆變電路203。(十六)第二半橋逆變電路203第二半橋逆變電路203對接收的工作電壓信號U202轉換成交流方波電壓信號 U2tl3(簡稱為第三交流方波電壓U2J輸出給第二高頻升壓變壓器204的原邊。(十七)第二高頻升壓變壓器204第二高頻升壓變壓器204用于對第三交流方波電壓U203進行升壓處理，并將升壓后的交流方波電壓信號隊04 (簡稱為第四交流方波電壓U204)輸出給第二整流濾波電路205。(十八)第四整流濾波電路205第四整流濾波電路205依據0 2000V的直流電壓信號U105對第四交流方波電壓 U204進行整流濾波處理，輸出幅值為0 2000V、頻率為0 3kHz和占空比為0 100%的直流方波電壓信號U2tl5,該直流方波電壓信號U205作用到電子槍柵極上。所述直流電壓信號U105的偏壓脈沖基值記為Ubo所述直流方波電壓信號U205的偏壓脈沖峰值記為UP。(十九)第二電壓傳感器210第二電壓傳感器210用于采集第二斬波降壓電路202的輸出工作電壓信號U2tl2，并將該工作電壓信號U2tl2作為電壓閉環反饋作用到第二電壓閉環電路211。( 二十)第二電壓閉環電路211第二電壓閉環電路211對給定電壓信號Ug2和工作電壓信號U202進行PI閉環調節輸出恒定電壓信號U211給第三PWM電路212。(二^^一)第三 PWM 電路 212第三PWM電路212把恒定電壓信號U211轉換成PWM方波P2作用到第二驅動電路 213的輸入端。(二十二)第二驅動電路213第二驅動電路213把PWM方波P2弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二斬波降壓電路202開關管T,2的柵極。( 二十三)第二電流傳感器206第二電流傳感器206用于采集第二高頻升壓變壓器204的原邊的回路電流If2,并將該回路電流If2作為過流保護信號作用到第四PWM電路207。(二十四)第四PWM電路207第四PWM電路207第一方面用于產生PWM方波P5和PWM方波P6 ；第二方面將PWM方波P5作用在第五驅動電路209的輸入端；第三方面將PWM方波P6作用在第六驅動電路 208的輸入端。( 二十五)第五驅動電路209第五驅動電路209將PWM方波P5弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二半橋逆變電路203上開關管Trf的柵極。 ( 二十六)第六驅動電路208第六驅動電路208將PWM方波P6弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二半橋逆變電路203下開關管Trf的柵極。在本發明中，通過分別控制偏壓基值產生模塊和偏壓脈沖產生模塊的斬波降壓電路調節偏壓脈沖基值和偏壓脈沖峰值；通過控制偏壓脈沖產生模塊的半橋逆變電路實現幅值、頻率和占空比可調的偏壓脈沖；偏壓脈沖產生方式為偏壓脈沖產生模塊通過控制半橋逆變電路開關管Trf和開關管Trfi的關斷頻率實現最終脈沖輸出，即控制圖5B中第四PWM 電路的PWM發生器U2芯片SG2525的外部信號輸入端(第10腳)的關斷頻率實現SG2525 的PWM輸出端(第11腳和第14腳)關斷頻率。當SG2525的PWM輸出端關斷時，開關管 Tr5和開關管Trf的全部關斷，此時偏壓脈沖產生電路輸出為零；當SG2525的PWM輸出端正常時，開關管1；5和開關管Trf的交替開通，此時偏壓脈沖產生電路輸出為固定值，通過圖5B 中脈沖調節電路輸出的脈沖控制SG2525的外部信號輸入端的關斷頻率實現最終的偏壓脈沖輸出。該控制方式相比在斬波降壓電路實現脈沖輸出或其他方式實現脈沖輸出，波形畸變小，控制精度高和能夠實現更高的頻率(3kHz)，若在斬波降壓電路實現脈沖輸出最高頻頻在200Hz左右。當偏壓基值產生模塊和偏壓脈沖產生模塊均工作時，該偏壓電源裝置能夠實現脈沖偏壓，即能夠實現脈沖電子束焊接。偏壓基值產生模塊控制偏壓脈沖基值，偏壓脈沖產生電路分別控制偏壓脈沖峰值、偏壓脈沖頻率和偏壓脈沖占空比。當偏壓基值產生模塊工作，而偏壓脈沖產生模塊不工作時，偏壓基值產生模塊輸出負極信號經過電阻IV流經整流橋 的二極管到達電子槍柵極，此時偏壓電源裝置能夠實現常規直流偏壓，即能夠實現常規連續束流電子束焊接。在本發明中，參見圖3所示的偏壓基值產生模塊，首先將380V工頻交流電進行三相全波整流濾波后，得到大約MOV左右的直流，包括整流橋A、濾波電感L1和濾波電容C1, 然后經過斬波降壓模塊將得到的直流電進行調節，包括功率開關管Tri、功率二極管D1、濾波電感L2和濾波電容C3,最后經過半橋逆變模塊把直流逆變成交流電接到高頻升壓變壓器T1 原邊，包括功率開關管Tri和功率開關管Trt，電容C5和電容C6。后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T1、整流橋化、濾波電容C9、限流電阻R1組成，高頻升壓變壓器T1首先將原邊的電壓升壓，然后經過整流橋4和濾波電容C9將交流變成直流。偏壓基值產生模塊輸出電壓正極通過限流電阻隊串聯到高壓電源的負極。在本發明中，參見圖3所示的偏壓脈沖產生模塊，該模塊的輸入直接并聯到整流橋B1輸出端，然后經過濾波電容C2濾波成直流，直流經過斬波降壓模塊進行調節，包括功率開關管Trf、功率二極管D2、濾波電感L3和濾波電容C4,最后經過半橋逆變模塊把直流逆變成交流電接到高頻升壓變壓器T2原邊，包括功率開關管Trf和功率開關管Trfi,電容C7和電容 C8。后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T2、整流橋 、濾波電容Cltl、限流電阻&組成，高頻升壓變壓器T2首先將原邊的電壓升壓，然后經過整流橋&和濾波電容Cltl將交流變成直流。偏壓脈沖產生電路輸出電壓正極通過限流電阻&串聯到偏壓基值產生電路輸出電壓的負極，偏壓脈沖產生電路輸出電壓負極串聯到電子槍的柵極。在本發明中，偏壓基值產生模塊和偏壓脈沖產生模塊中的PWM電路采用PWM專用芯片SG2525，雙極性集成運放電路選取TL084芯片。第一 PWM電路如圖4A所示，是為偏壓基值產生電路斬波降壓部分開關管Tri產生 PWM方波，各端子連接關系如下偏壓基值產生電路斬波降壓部分輸出C3兩端連接電壓傳感器，電壓采樣信號Ufl 連接電阻R17和電阻R19，電阻R17輸出端接在運放芯片U;3B的第6腳，運放芯片U3B的第6 腳與第7腳之間串聯有電阻&2，電阻R25接在運放芯片TOB的第5腳和信號地之間；電阻R19 輸出端接在運放芯片U;3B的第9腳，運放芯片TOB的第9腳與第8腳之間串聯有電容C7,電阻R21接在運放芯片U3B的第10腳和信號地之間；偏壓基值產生電路幅值輸出電壓給定信號Ugl連接電阻R18和電阻1 2(|，電阻R18的輸出端接在運放芯片U3B的第6腳，電阻的輸出端接在運放芯片TOB的第9腳；運放芯片TOB的第7腳連接電阻R23，運放芯片TOB的第8腳連接電阻R24，電阻Ii23 和電阻I^24的輸出端連接在一起，共同接在運放芯片U3A的第12腳上；芯片運放芯片U3A的第13腳連接第14腳，第14腳與二極管D1的陰極連接，二極管D1的陽極與PWM發生器U4 的第9腳連接，運放芯片U3A的第14腳的輸出為輸出恒壓控制調節信號；偏壓基值產生電路斬波降壓部分PWM發生器U4的第9腳與電容C8相連，電容C8 的另一端與信號地相連；PWM發生器U4的第2腳與電阻Rltl相連，第1腳與電阻Rn、電阻R12 和電容C9相連，電阻R11和電阻Rltl的另一端連接在一起，共同接到信號電源+5V，電阻R12和電容C9的另一端共同接到信號地；PWM發生器U4的第12腳接信號地，第3腳接電阻隊3，電阻R13的另一端接信號地；PWM發生器U4的第13腳和第15腳連接在一起，共同接到信號電源+15V和電容C13，電容C13的另一端接信號地；PWM發生器U4的第5腳接電容C12，第7腳接電阻R15后接電容C12，第6腳接電阻R16，第8腳接電容C14，電容C12、電容C14和電阻R16的另一端連接在一起，共同接信號地；PWM發生器U4的第16腳接電容C11,第4腳接電容Cltl， 電容Cltl和電容C11的另一端共同接信號地；PWM發生器U4的第11腳接二極管D2的陽極， PWM發生器U4的第14腳接二極管D3的陽極，二極管&和二極管D3的陰極接在一起和電阻 R14相連，輸出信號P1接到第一驅動電路的電阻Rl-I的一端，電阻R14的另一端接信號地。第一驅動電路如圖6A所示，電阻Rl-I的另一端接光電隔離芯片的U 13的第2腳， 光電隔離芯片的U 13的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 13第5腳接驅動地GND 1，光電隔離芯片的U 13的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 13的第7腳和光電隔離芯片的U 13的第8腳連接在一起，共同接驅動電源+5V1，同時驅動電源+5V1還連接有電阻R2-1和R3-1，電阻R2-1的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-1的另一端與三極管Ql的集電極和驅動芯片U14的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發射極與驅動地GNDl 相連；驅動芯片U14的第6腳與驅動電源+15V1和電容C 1-1相連，電容C 1_1的另一端與驅動地GND 1相連，驅動芯片U 14的第3腳與驅動地GND 1相連，驅動芯片U 14的第5腳與電阻R5-1相連，驅動芯片U 14的第7腳與電阻R4-1相連；電阻R5-1和電阻R4-1的另一端連在一起，共同與功率開關管Trl的柵極G相連。
第二 PWM電路如圖4B所示，是為偏壓基值產生電路半橋逆變部分開關管Iri和開關管Trt產生PWM方波，各端子連接關系如下偏壓基值產生電路半橋逆變部分高頻變壓器T1原邊電流傳感器采樣信號Ifl連接電阻1 52、電阻I^53和電容C5tl，電阻Ii52和電容C5tl另一端接地，電阻Ii53另一端與電容C51和運放芯片U 12的2腳相連，電容C51另一端接地，電阻Ii51和電阻R55串聯接到運放芯片U 12 的3腳，R55的另一腳接+5V，R51的另一腳接地。運放芯片U12的1腳、電阻R54和電容C51連接到一點共同連接到與非門芯片U13的1腳，電阻R54的另一腳接+5V，電容C52的另一腳接地，與非門芯片U13的14腳和電容Cra共同接到+5V，電容C53的另一腳接地，與非門芯片U 13的9腳接到PWM發生器U5的10腳，當電流傳感器采樣信號Ifl超出保護值時，運放芯片 U12的2腳電位大于3腳電位，運放芯片U 12的1腳輸出為低，與非門芯片U 13的9腳輸出為高，對應PWM發生器U5的10腳為高，因此PWM發生器U5關斷輸出，電流保護起作用。 PWM發生器U5的第2腳與電阻R25相連，第1腳與電阻R26、電阻R27和電容C15相連，電阻R25 和電阻I^26的另一端連接在一起，共同接到信號電源+5V，電阻Ii27和電容C15的另一端共同接到信號地；PWM發生器U5的第12腳接信號地，第3腳接電阻R3tl，電阻R3tl的另一端接信號地；PWM發生器U5的第13腳和第15腳連接在一起，共同接到信號電源+15V和電容C21， 電容C21的另一端接信號地；PWM發生器U5的第5腳接電容C2tl，第7腳接電阻R28后接電容 C2tl,第6腳接電阻I^29，第8腳接電容C19，電容C19、電容C2tl和電阻R29的另一端連接在一起， 共同接信號地；PWM發生器U5的第16腳接電容C17，第4腳接電容C16，電容C16和C17的另一端共同接信號地；PWM發生器U5的第11腳輸出信號P3，第14腳輸出信號P4，輸出信號P3 和輸出信號P4分別接到第三驅動電路的電阻R1-3和第四驅動電路的電阻R1-4的一端。第三驅動電路如圖6C所示，電阻R1-3的另一端接光電隔離芯片的U 17的第2腳， 光電隔離芯片的U 17的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 17第5腳接驅動地GND 1，光電隔離芯片的U 17的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 17的第7腳和光電隔離芯片的U 17的第8腳連接在一起，共同接驅動電源+5V1，同時驅動電源+5V1還連接有電阻R2-3和R3-3，電阻R2-3的另一端與三極管Q 1的基極相連，電阻R3-3的另一端與三極管Ql的集電極和驅動芯片U18的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發射極與驅動地 GNDl相連；驅動芯片U18的第6腳與驅動電源+15V1和電容C 1-3相連，電容C 1-3的另一端與驅動地GND 1相連，驅動芯片U 18的第3腳與驅動地GND 1相連，驅動芯片U 18的第5腳與電阻R5-3相連，驅動芯片U18的第7腳與電阻R4-3相連；電阻R5-3和電阻R4-3 的另一端連在一起，共同與功率開關管Tr3的柵極G相連。第四驅動電路如圖6D所示，電阻R1-4的另一端接光電隔離芯片的U 19的第2腳， 光電隔離芯片的U 19的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 19第5腳接驅動地GND 1，光電隔離芯片的U 19的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 19的第7腳和光電隔離芯片的U 19的第8腳連接在一起，共同接驅動電源+5V1，同時驅動電源+5V1還連接有電阻R2-4和R3-4，電阻R2-4的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-4的另一端與三極管Ql的集電極和驅動芯片U20的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發射極與驅動地GNDl 相連；驅動芯片U20的第6腳與驅動電源+15V1和電容C 1-1相連，電容C 1_1的另一端與驅動地GND 1相連，驅動芯片U20的第3腳與驅動地GND 1相連，驅動芯片U20的第5腳與電阻R5-4相連，驅動芯片U20的第7腳與電阻R4-4相連；電阻R5-1和電阻R4-4的另一端
13連在一起，共同與功率開關管Tr4的柵極G相連。第三PWM電路如圖5A所示，是為偏壓基值產生電路斬波降壓部分開關管1；2產生 PWM方波，各端子連接關系如下偏壓脈沖產生電路斬波降壓部分輸出C4兩端連接電壓傳感器，電壓采樣信號Uf2 連接電阻&和電阻R33，電阻R31輸出端接在運放芯片U6B的第6腳，運放芯片TOB的第6 腳與第7腳之間串聯有電阻民6，電阻R44接在運放芯片U6B的第5腳和信號地之間；電阻Ii33 輸出端接在運放芯片U6C的第9腳，運放芯片U6C的第9腳與第8腳之間串聯有電容C3tl， 電阻R35接在運放芯片U6C的第10腳和信號地之間；偏壓脈沖產生電路幅值輸出電壓給定信號Ug2連接電阻Ii33和電阻R32，電阻Ii32的輸出端接在運放芯片U6B的第6腳，電阻R34的輸出端接在運放芯片U6C的第9腳；運放芯片U6B的第7腳連接電阻R37，運放芯片U6C的第8腳連接電阻R38，電阻R37 和電阻R38的輸出端連接在一起，共同接在運放芯片U6A的第12腳上；芯片運放芯片U6A的第13腳連接第14腳，第14腳與二極管D4的陰極連接，二極管D4的陽極與PWM發生器U7 的第9腳連接，運放芯片U6A的第14腳的輸出為輸出恒壓控制調節信號；PWM發生器U7的第9腳與電容C23相連，C23的另一端與信號地相連；PWM發生器U7 的第2腳與電阻R39相連，PWM發生器U7的第1腳與電阻R4(1、電阻R46和電容C24相連，電阻 R39和電阻R4tl的另一端連接在一起，共同接到信號電源+5V，電阻R12和電容C9的另一端共同接到信號地；PWM發生器U7的第12腳接信號地，PWM發生器U7的第3腳接電阻R45，電阻 R45的另一端接信號地；PWM發生器U7的第13腳和PWM發生器U7的第15腳連接在一起，共同接到信號電源+15V和電容C29，電容C29的另一端接信號地；PWM發生器U7的第5腳接電容C28，PWM發生器U7的第7腳接電阻R42后接電容C28，PWM發生器U7的第6腳接電阻R43， PWM發生器U7的第8腳接電容C27，電容C27、電容C28和電阻R43的另一端連接在一起，共同接信號地；PWM發生器U7的第16腳接電容C26，第4腳接電容C25，電容C25和電容C26的另一端共同接信號地；PWM發生器U7的第11腳接二極管D5的陽極，PWM發生器U7的第14腳接二極管D6的陽極，二極管D5和二極管D6的陰極接在一起和電阻R41相連，輸出信號P2接到第二驅動電路的電阻R1-2的一端，電阻R41的另一端接信號地。第二驅動電路如圖6B所示，電阻R1-2的另一端接光電隔離芯片的U 15的第2腳， 光電隔離芯片的U 15的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 15第5腳接驅動地GND 1，光電隔離芯片的U 15的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 15的第7腳和光電隔離芯片的U 15的第8腳連接在一起，共同接驅動電源+5V1，同時驅動電源+5V1還連接有電阻R2-2和R3-2，電阻R2-2的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-2的另一端與三極管Ql的集電極和驅動芯片U15的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發射極與驅動地GNDl 相連；驅動芯片U16的第6腳與驅動電源+15V1和電容C 1-2相連，電容C 1_2的另一端與驅動地GND 1相連，驅動芯片U 16的第3腳與驅動地GND 1相連，驅動芯片U 16的第5腳與電阻R5-2相連，驅動芯片U16的第7腳與電阻R4-2相連；電阻R5-2和電阻R4-2的另一端連在一起，共同與功率開關管Tr2的柵極G相連。第四PWM電路如圖5B所示，是為偏壓基值產生電路半橋逆變部分開關管Trf和開關管Trf產生PWM方波，其中的脈沖調節電路跟PWM生成器共同控制偏壓脈沖產生電路產生脈沖偏壓。各端子連接關系如下
脈沖調節電路的連接關系為運放芯片Ul的第3腳連接電阻&和電阻R7，電阻R7 另一端接地，電阻&另一端接信號電源+5V，運放芯片U 1的第2腳連接DSP產生的PWM脈沖輸入信號PWM-I，運放芯片U 1的第1腳通過電阻R4連接到信號電源+5V，并把運放芯片 Ul的第1腳通過由觸發器U8和觸發器U9組成的同步電路連接到與非門芯片U2，與非門芯片U2的第9腳連接到PWM發生器U2的第10腳。通過控制信號PWM-I的頻率和占空比實現不同頻率和占空比脈沖偏壓輸出，其工作過程為當DSP產生的脈沖PWM-I輸出為低(零) 時，運放芯片U 1的第2腳電位低于運放芯片Ul的第3腳電位，運放芯片Ul的第1腳電位為高，運放芯片Ul的第1腳通過同步電路連接到與非門芯片Ull的第1腳，因此與非門芯片 U 11的第9腳電位為低(零)，從而PWM發生器U2的第10腳電位為零，此時PWM發生器正常輸出；當DSP產生的脈沖PWM-I輸出為高(+5V)時，運放芯片Ul的第2腳電位高于運放芯片Ul的第3腳電位，運放芯片U 1的第1腳電位為低(零)，運放芯片U 1的第1腳通過同步電路連接到與非門芯片Ull的第1腳，因此與非門芯片Ull的第9腳電位為高(+5V)， 從而PWM發生器U2的第10腳電位為高，此時PffM發生器關斷輸出。觸發器U8和觸發器U9組成的同步電路的作用是保證在整個周期切換。觸發器U8 和觸發器U9組成的同步電路連接關系為運放芯片Ul的第1腳連接到觸發器U8A的第5 腳和觸發器U9B的第5腳，觸發器U8A的第1腳連接二極管D8的陰極，觸發器U8A的第2腳空置，觸發器U8A的第3腳與觸發器U8B的第9腳、觸發器U8B的第12腳和電容C45連接， 電容C45另一端接地，觸發器U8A的第4腳和觸發器U8A的第7腳接地，觸發器U8A的第6 腳與觸發器U9A的第5腳、觸發器WA的第2腳連接，觸發器U9A的第15腳連接到信號電源+5V。觸發器U8B的第8腳和觸發器U8B的第10腳接地，觸發器U8B的第13腳與觸發器U9B的第11腳和電容C44連接，電容C44另一端接地。觸發器WA的第1腳與觸發器U9B 的第8腳連接，觸發器WA的第3腳與二極管D7的陽極、電容C4(l、電阻R6tl、二極管D8的陽極和與非門芯片Ull連接，電容C4tl的另一端接地，電阻R6tl的另一端接信號電源+5V。觸發器 U9A的第4腳、觸發器WA的第6腳和觸發器WA的第7腳共同接地，觸發器WA的第14腳接信號電源+5V。觸發器U9B的第12腳空置，觸發器U9B的第13腳接二極管D7的陰極，觸發器U9B的第10腳接地。偏壓脈沖產生電路半橋逆變部分高頻變壓器T2原邊電流傳感器采樣信號If2連接電阻R46、電阻R49和電容C46，電阻R46和電容C46另一端接地，電阻R46另一端與電容C47和運放芯片U 10的第2腳相連，電容C47另一端接地，電阻R47和電阻R48串聯接到運放芯片UlO 的第3腳，R47的另一腳接信號電源+5V，電阻R48的另一腳接地。運放芯片U 10的第1腳、 電阻R5tl和電容C48連接到一點共同連接到與非門芯片Ull的第2腳，電阻R5tl的另一腳接信號電源+5V，電容C48的另一腳接地，與非門芯片Ull的第14腳和電容C41共同接到信號電源+5V，電容C41的另一腳接地，與非門芯片U 11的第9腳接到PWM發生器U2的第10腳， 當電流傳感器采樣信號If2超出保護值時，運放芯片UlO的第2腳電位大于運放芯片UlO的第3腳電位，運放芯片UlO的第1腳的電位輸出為低，與非門芯片Ull的第9腳的電位輸出為高，對應PWM發生器U2的第10腳的電位為高，因此PWM發生器U5關斷輸出，電流保護起作用。PWM發生器U2的第2腳與電阻隊相連，PWM發生器U2第1腳與電阻R2、電阻R3和電容C2相連，電阻隊和電阻&的另一端連接在一起，共同接到信號電源+5V，電阻R3和電容C2的另一端共同接到信號地。PWM發生器U2的第12腳接信號地，PWM發生器U2的第3腳接電阻R4,電阻R4的另一端接信號地。PWM發生器U2的第13腳和PWM發生器U2第15腳連接在一起，共同接到信號電源+15V和電容C6，電容C6的另一端接信號地。PWM發生器U2 的第5腳接電容C6,第7腳接電阻Rtl后接電容C6，PWM發生器U2的第6腳接電阻R5, PWM發生器U2的第8腳接電容C5,電容C6、電容C5和電阻&的另一端連接在一起，共同接信號地； PWM發生器U2的第16腳接電容C4，PWM發生器U2的第4腳接電容C3,電容C3和電容C4的另一端共同接信號地；PWM發生器U2的第11輸出信號P5,第14輸出信號P6,輸出信號P5和輸出信號P6分別接到接到第五驅動電路的電阻R1-5和第六驅動電路的電阻R1-6的一端。第五驅動電路如圖6E所示，電阻R1-5的另一端接光電隔離芯片的U21的第2腳， 光電隔離芯片的U21的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U21第5腳接驅動地GND 1，光電隔離芯片的U21的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U21的第7腳和光電隔離芯片的U21的第8腳連接在一起，共同接驅動電源+5V1，同時驅動電源+5V1還連接有電阻 R2-5和R3-5，電阻R2-5的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-5的另一端與三極管Ql 的集電極和驅動芯片U22的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發射極與驅動地GNDl相連； 驅動芯片U22的第6腳與驅動電源+15V1和電容C 1-5相連，電容C 1_5的另一端與驅動地GND 1相連，驅動芯片U22的第3腳與驅動地GND 1相連，驅動芯片U22的第5腳與電阻 R5-5相連，驅動芯片U22的第7腳與電阻R4-5相連；電阻R5-5和電阻R4-5的另一端連在一起，共同與功率開關管Tr5的柵極G相連。第六驅動電路如圖6F所示，電阻R1-4的另一端接光電隔離芯片的U 19的第2腳， 光電隔離芯片的U 19的第3腳接信號地，光電隔離芯片的U 19第5腳接驅動地GND 1，光電隔離芯片的U 19的第6腳接三極管Q 1的基極，光電隔離芯片的U 19的第7腳和光電隔離芯片的U 19的第8腳連接在一起，共同接驅動電源+5V1，同時驅動電源+5V1還連接有電阻R2-4和R3-4，電阻R2-4的另一端與三極管Ql的基極相連，電阻R3-4的另一端與三極管Ql的集電極和驅動芯片U20的第2腳和第4腳相連，三極管Ql的發射極與驅動地GNDl 相連；驅動芯片U20的第6腳與驅動電源+15V1和電容C 1-1相連，電容C 1_1的另一端與驅動地GND 1相連，驅動芯片U20的第3腳與驅動地GND 1相連，驅動芯片U20的第5腳與電阻R5-4相連，驅動芯片U20的第7腳與電阻R4-4相連；電阻R5-1和電阻R4-4的另一端連在一起，共同與功率開關管Tr4的柵極G相連。脈沖偏壓與脈沖束流關系示意圖如圖7所示，圖7(a)為偏壓基值電壓，由偏壓基值產生電路控制，大小在0 2000V之間調節；圖7(b)為偏壓脈沖電壓，由偏壓脈沖產生電路控制，脈沖幅值在0 2000V之間調節，脈沖頻率在0 3kHz之間調節，脈沖占空比在 0 100%之間調節；圖7(c)為脈沖偏壓輸出電壓，由偏壓基值產生電路和偏壓脈沖產生電路共同控制，偏壓脈沖基值隊在0 2000V之間調節，偏壓脈沖峰值Up幅值在0 2000V 之間調節，脈沖頻率在0 3kHz之間調節，脈沖占空比tp/T X 100 %在0 100 %之間調節， T表示一個脈沖周期，tp表示在一個脈沖周期T內的脈沖持續時間；圖7 (d)為脈沖束流，由脈沖束流基值Ib和脈沖束流峰值Ip組成，其中脈沖束流基值Λ大小由脈沖偏壓峰值Up幅值控制，脈沖束流峰值Ip由脈沖偏壓基值Ub大小控制，脈沖束流頻率和占空比分別由脈沖偏壓頻率和占空比控制。本發明設計的一種脈沖電子束焊接偏壓電源裝置，包括脈沖偏壓基值產生電路和脈沖偏壓峰值產生電路，脈沖偏壓基值產生電路和脈沖偏壓峰值產生電路均有前級低壓電路和后級高壓電路組成，通過控制前級低壓電路實現脈沖偏壓。脈沖偏壓基值產生電路前級低壓電路主要有整流模塊，包括整流橋B1、濾波電感 L1和濾波電容C1 ；斬波降壓模塊，包括功率開關管Tri、功率二極管D1、濾波電感L2和濾波電容C3 ；半橋逆變模塊，包括功率開關管Iri和Trt，電容C5和C6,后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T1、整流橋化、濾波電容C9、限流電阻R1組成；脈沖偏壓峰值產生電路前級低壓電路主要有整流模塊，濾波電容C1并聯到整流橋 B1后面；斬波降壓模塊，包括功率開關管Trf、功率二極管D2、濾波電感L3和濾波電容C4 ；半橋逆變模塊，包括功率開關管Trf和Trf，電容C7和C8，后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器 T2、整流橋B3、濾波電容Cltl、限流電阻&組成，其中限流電阻&串聯到脈沖偏壓基值產生電路的負極，脈沖偏壓峰值產生電路負極串聯到電子槍柵極。采用本發明脈沖電子束焊接偏壓電源裝置，可以根據不同焊件的需求，自由選擇常規連續束流焊接和脈沖電子束焊接。采用本發明脈沖電子束焊接偏壓電源裝置進行脈沖電子束焊接，在同樣平均功率下，脈沖電子束焊接的峰值功率比常規連續束流電子束焊接高得多，使得電子束流穿孔效應更明顯，從而增加熔深和改善焊縫質量。在實際焊接中，對于大厚度焊件(厚度大于 100mm)，相比常規連續束流電子束焊接，脈沖電子束焊接可有效地增加熔深30 % 50 % ；同時對于薄壁零件(厚度小于Imm)焊接，脈沖電子束焊接起到降低熱輸入和防止被焊工件過熱，減少焊接變形的效果。
權利要求
1. 一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于該偏壓電源裝置包括偏壓基值產生模塊、偏壓脈沖產生模塊、電壓閉環電路、PWM電路和驅動電路；所述的偏壓基值產生模塊包括有第一整流濾波電路(101)、第一斬波降壓電路(102)、 第一半橋逆變電路(103)、第一高頻升壓變壓器(104)和第二整流濾波電路(105)；所述的偏壓脈沖產生模塊包括有第三整流濾波電路001)、第二斬波降壓電路002)、 第二半橋逆變電路003)、第二高頻升壓變壓器(204)和第四整流濾波電路O05)； 所述的電壓閉環電路包括有第一電壓閉環電路(111)和第二電壓閉環電路011)； 所述的PWM電路包括有第一 PWM電路(112)、第二PWM電路(107)、第三PWM電路012)、 第四PWM電路Q07)；所述的驅動電路包括有第一驅動電路(113)、第二驅動電路013)、第三驅動電路 (109)、第四驅動電路(108)、第五驅動電路(209)和第六驅動電路O08)；第一整流濾波電路(101)用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出MOV 直流電壓信號仏…并輸出給第一斬波降壓電路(102)；第一斬波降壓電路(10 用于對接收的MOV直流電壓信號^ll進行直流電壓調節至工作電壓信號^l2，并輸出給第一半橋逆變電路(103)；第一半橋逆變電路(10 對接收的工作電壓信號Ultl2轉換成第一交流方波電壓Rci3輸出給第一高頻升壓變壓器(104)的原邊；第一高頻升壓變壓器(104)用于對第一交流方波電壓Ultl3進行升壓處理，并將升壓后的第二交流方波電壓Ao4輸出給第二整流濾波電路(105)；第二整流濾波電路(10 依據60kV 150kV高壓電源輸出的_60kV _150kV電壓對第二交流方波電壓U104進行整流濾波處理，輸出0 2000V的直流電壓信號U105 ；第一電壓傳感器(110)用于采集第一斬波降壓電路(102)的輸出工作電壓信號Ultl2，并將該工作電壓信號UiciJt為電壓閉環反饋作用到第一電壓閉環電路(111)；第一電壓閉環電路(111)對給定電壓信號~和工作電壓信號Rci2進行PI閉環調節輸出恒定電壓信號U111給第一 PWM電路(112)；第一 PWM電路(112)把恒定電壓信號U111轉換成PWM方波P1作用到第一驅動電路(113) 的輸入端；第一驅動電路(11 將PWM方波P1弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一斬波降壓電路(10 開關管Tri的柵極；第一電流傳感器(106)用于采集第一高頻升壓變壓器(104)的原邊回路電流If1，并將該回路電流If1作為過流保護信號作用到第二 PWM電路(107)；第二 PWM電路(107)第一方面用于產生PWM方波PjP PWM方波P4 ；第二方面將PWM方波P3作用在第三驅動電路(109)的輸入端；第三方面將PWM方波P4作用在第四驅動電路 (108)的輸入端；第三驅動電路(109)將PWM方波P3弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一半橋逆變電路(103)上開關管Iri的柵極；第四驅動電路(108)將PWM方波P4弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第一半橋逆變電路(103)下開關管Trt的柵極；第三整流濾波電路(201)用于對交流三相380V電壓進行整流濾波處理后，輸出MOV直流電壓信號隊…輸出給第二斬波降壓電路O02)；第二斬波降壓電路(20 用于對接收的MOV直流電壓信號U201進行直流電壓調節至工作電壓信號U2tl2,并輸出給第二半橋逆變電路Q03)；第二半橋逆變電路(20 對接收的工作電壓信號U2tl2轉換成第三交流方波電壓^tl3輸出給第二高頻升壓變壓器O04)的原邊；第二高頻升壓變壓器(204)用于對第三交流方波電壓U2tl3進行升壓處理，并將升壓后的第四交流方波電壓隊04輸出給第二整流濾波電路O05)；第四整流濾波電路(20 依據0 2000V的直流電壓信號Ultl5對第四交流方波電壓U2tl4 進行整流濾波處理，輸出幅值為0 2000V、頻率為0 3kHz和占空比為0 100%的直流方波電壓信號U2tl5,該直流方波電壓信號U205作用到電子槍柵極上；第二電壓傳感器(210)用于采集第二斬波降壓電路(202)的輸出工作電壓信號U2tl2，并將該工作電壓信號U2tl2作為電壓閉環反饋作用到第二電壓閉環電路011)；第二電壓閉環電路011)對給定電壓信號 和工作電壓信號U2tl2進行PI閉環調節輸出恒定電壓信號U211給第三PWM電路012)；第三PWM電路(212)把恒定電壓信號U211轉換成PWM方波P2作用到第二驅動電路(213) 的輸入端；第二驅動電路(21 把PWM方波P2弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二斬波降壓電路O02)開關管T,2的柵極；第二電流傳感器(206)用于采集第二高頻升壓變壓器(204)的原邊的回路電流If2，并將該回路電流If2作為過流保護信號作用到第四PWM電路Q07)；第四PWM電路(207)第一方面用于產生PWM方波P5和PWM方波P6 ；第二方面將PWM方波P5作用在第五驅動電路Ο09)的輸入端；第三方面將PWM方波P6作用在第六驅動電路 (208)的輸入端；第五驅動電路(209)將PWM方波P5弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二半橋逆變電路(20 上開關管Trf的柵極；第六驅動電路(208)將PWM方波P6弱信號功率放大，放大后的PWM方波用來驅動第二半橋逆變電路(20 下開關管Trf的柵極。
2.根據權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于當偏壓基值產生模塊和偏壓脈沖產生模塊均工作時，該偏壓電源裝置能夠實現脈沖偏壓，即能夠實現脈沖電子束焊接；偏壓基值產生模塊控制偏壓脈沖基值，偏壓脈沖產生電路分別控制偏壓脈沖峰值、偏壓脈沖頻率和偏壓脈沖占空比。
3.根據權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于當偏壓基值產生模塊工作，而偏壓脈沖產生模塊不工作時，偏壓基值產生模塊輸出負極信號經過電阻IV流經整流橋 的二極管到達電子槍柵極，此時偏壓電源裝置能夠實現常規直流偏壓，即能夠實現常規連續束流電子束焊接。
4.根據權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于通過分別控制偏壓基值產生模塊和偏壓脈沖產生模塊的斬波降壓電路調節偏壓脈沖基值和偏壓脈沖峰值；通過控制偏壓脈沖產生模塊的半橋逆變電路實現幅值、頻率和占空比可調的偏壓脈沖。
5.根據權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于脈沖偏壓基值產生電路前級低壓電路主要有整流模塊，包括整流橋B1、濾波電感L1和濾波電容 C1 ；斬波降壓模塊，包括功率開關管Tri、功率二極管D1、濾波電感L2和濾波電容C3 ；半橋逆變模塊，包括功率開關管Iri和功率開關管Trt，電容C5和電容C6,后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T1、整流橋4、濾波電容C9、限流電阻R1組成；脈沖偏壓峰值產生電路前級低壓電路主要有整流模塊，濾波電容C1并聯到整流橋B1后面；斬波降壓模塊，包括功率開關管Trf、功率二極管D2、濾波電感L3和濾波電容C4 ；半橋逆變模塊，包括功率開關管Trf和功率開關管Trf，電容C7和電容C8，后級高壓電路主要由高頻升壓變壓器T2、整流橋B3、濾波電容C1(l、限流電阻&組成，其中限流電阻&串聯到脈沖偏壓基值產生電路的負極，脈沖偏壓峰值產生電路負極串聯到電子槍柵極。
6.根據權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于脈沖偏壓基值產生電路電壓可以在0 2000V之間任意調節，脈沖偏壓峰值產生電路電壓幅值可以在0 2000V之間任意調節。
7.根據權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于脈沖偏壓頻率0 2kHz連續可調，脈沖偏壓占空比0 100%連續可調。
8.根據權利要求1所述的適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其特征在于既能實現脈沖偏壓，又能實現常規直流偏壓，即在同一臺設備上實現脈沖電子束焊接和常規連續束流電子束焊接自由切換，滿足不同焊接工藝的需求。
全文摘要
本發明公開了一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，該偏壓電源裝置包括偏壓基值產生模塊、偏壓脈沖產生模塊、電壓閉環電路、PWM電路和驅動電路。偏壓基值產生模塊的輸出正極串聯到60kV～150kV高壓電源的輸出負極，偏壓基值產生模塊輸出負極和偏壓脈沖產生電路輸出正極串聯，偏壓脈沖產生電路輸出負極串聯到電子槍的柵極，該裝置與高壓電源和陰極加熱電源共同作用產生幅值、占空比和頻率均可調節的脈沖束流。
文檔編號H02M9/06GK102357730SQ201110272609
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者徐國寧, 齊鉑金 申請人:北京航空航天大學