专利名称：一种适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种适用于电子束焊接的电源，更确切地说，是指一种适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置。
背景技术：
脉冲电子束焊接与常规连续束流电子束焊接一样，灯丝发射的电子在加速电压20kV 200kV的高压加速场下加速到光速的O. 3 O. 7倍轰击被焊接工件，电子的动能即刻将变为热能，使焊接工件接缝熔化，随后的冷却使融化金属陆续形成所要求的焊缝，区别是连续束流电子束焊接是指电子束流以连续束流形式进行焊接，而脉冲电子束焊接是把电子束流调制成周期变化的脉冲方波束流进行焊接。·脉冲电子束焊接除了具备连续束流电子束焊接加热功率密度大、焊缝深宽比大、焊接速度快、可焊材料多等特点外，还具备以下特点在同等平均功率输入的情况下，相比常规直流电子束焊接，脉冲电子束焊接能最大程度发挥焊接过程中的“匙孔”效应，穿透深度要大30 % 50 %，深宽比也大30 % 50 %。脉冲电子束焊接对需要进行电子束焊接的薄壁件能够起到降低热输入和防止被焊工件过热，减少焊接变形的效果。因此脉冲电子束焊接具有连续束流电子束焊接不可比拟的优势。在脉冲电子束焊接的工艺参数中，脉冲频率对焊接接头质量有重要的影响，比如随着脉冲频率的提高，脉冲电子束焊接对焊缝熔深和熔宽、接头组织产生显著影响，尤其是脉冲频率超过20kHz时，由于热激波所传播的冲击载荷，在材料内部传播和反射，具有破碎作用，可以击碎粗大的柱状晶，细化焊缝晶粒，这些经过细化的晶粒再次成为晶粒形核长大的核心，通过晶粒细化，可提高焊接接头的拉升强度和韧性。因此高频脉冲有着低频脉冲没有的特点，能够大幅度提闻电子束焊接质量。脉冲束流的控制方式受电子枪结构影响，目前电子枪一般采用三极枪形式，该方式脉冲束流的控制主要通过调节栅极偏压电源输出脉冲电压实现，因此要想实现高频脉冲束流电子束焊接，必须将栅极偏压电源(以下称高频脉冲偏压电源)输出电压调制成高频脉冲电压输出。由于高频脉冲偏压电源是串接在高压电源上，其浮地电压高达几十千伏甚至上百千伏以上，同时由于脉冲频率特别高，达到几万赫兹，因此实现高频脉冲电子束焊接和对高频脉冲束流波形精确控制非常困难。目前存在的低频脉冲偏压电源较难实现高频脉冲输出，主要是由于电路中存在电容和电感等储能元器件使得当脉冲频率较高时波形畸变严重，已经严重影响脉冲电子束流的品质。而目前应用在电子束焊接领域之外的高频脉冲偏压电源(属于开关电源)主电路拓扑目前有两种拓扑结构斩波式和逆变加斩波式。斩波式拓扑结构具有结构较简单，成本低的优点，但由于高频脉冲偏压电源必须要有高压隔离，因此该拓扑结构不适合电子束焊接高频脉冲偏压电源。逆变加斩波式拓扑结构主要通过调节加在高压隔离变压器次边高压侧斩波降压电路实现脉冲偏压，这种脉冲偏压生成方式不受前级电容和电感等元器件值大小的影响，产生的脉冲偏压波形准确、无畸变，但若应用在电子束焊接电源中，由于其必须串联在几十千伏甚至上百千伏以上高压电源上，斩波降压电路的开关管的驱动需要几十千伏甚至上百千伏的高压隔离，实际操作起来比较困难，以及若电源放电非常容易破坏高压驱动，维修时需要拆开高压油箱，因此该方式实现高频脉冲电子束焊接具有工作时稳定性较差和维修时非常不方便的缺点。
发明内容
为了解决上述缺陷和针对高频脉冲电子束焊接的特点，本发明提供了一种适用于高频脉冲电子束焊接的新型偏压电源装置，通过调节高压隔离变压器前级低压电路方式生成高频脉冲偏压，该方式结构简单，稳定性高和维修方便。通过控制前级低压电路实现偏压脉冲频率IOkHz 100kHz、幅值O 2000V和占空比O 100%连续调节，对应实现脉冲束流频率IOkHz IOOkHz、幅值O 200mA和占空比O 100%连续调节。本发明是一种适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，该偏压电源装置包括基值偏压产生模块、高频脉冲偏压产生模块、PWM (脉冲宽度调制)模块和驱动电路模块； 所述的基值偏压产生模块包括有第一直流稳压电源(101)、第一半桥逆变电路
(102)、第一高频升压变压器(103)、第一高压整流电路(104)和第一滤波电路(105)；所述的高频脉冲偏压产生模块包括有第二直流稳压电源(201)、第二半桥逆变电路(202)、第二高频升压变压器(203)、和第二高压整流电路(204)；所述的PWM电路包括有第一 PWM电路(109)、第二 PWM电路(208)；所述的驱动电路包括有第一驱动电路(108)、第二驱动电路(107)、第三驱动电路(207)、第四驱动电路(206)；第一直流稳压电源(101)用于把交流三相380V电压调节成可控的直流电压信号Ultll，并输出给第一半桥逆变电路(102)；第一半桥逆变电路(102)对接收的可控的直流电压信号U102转换成第一交流方波电压Ultl3输出给第一高频升压变压器(103)的原边；第一高频升压变压器(103)用于对第一交流方波电压Ultl3进行升压处理，并将升压后的第一交流方波电压Ultl4输出给第一整流电路(104)；第一高压整流电路(104)用于对第一交流方波电压Ultl3进行整流处理，将第一交流方波整流成第一直流方波电压，并将第一直流方波电压U104输出给第一滤波电路(105)；第一滤波电路(105)用于将第一直流方波电压Ultl4进行滤波处理,输出0-2000V的直流电压信号Ultl5 ；第一电流传感器(106)用于采集第一高频升压变压器(103)的原边的回路电流If2，并将该回路电流If2作为过流保护信号作用到第一 PWM电路(109)；第一 PWM电路(109)把恒定电压信号U109转换成PWM方波P1和P2分别作用到第一驱动电路(108)和第二驱动电路(107)的输入端；第一驱动电路(108)将PWM方波P1弱信号功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第一半桥逆变电路(102)上开关管Trt的栅极；第二驱动电路(107)将PWM方波P2弱信号功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第一半桥逆变电路(102)下开关管1；2的栅极；第二 PWM电路(208)第一方面用于产生PWM方波P3和PWM方波P4 ;第二方面将PWM方波P3作用在第三驱动电路(109)的输入端；第三方面将PWM方波P4作用在第四驱动电路
(108)的输入端；第二直流稳压电源(201)用于把交流三相380V电压调节成可控的直流电压信号U2tll，并输出给第二半桥逆变电路(202)；第二半桥逆变电路(202)对接收的可控的直流电压信号U201转换成第二交流方波电压U2tl2输出给第二高频升压变压器(203)的原边；第二高频升压变压器(203)用于对第二交流方波电压U2tl2进行升压处理，并将升压后的第二交流方波电压U2tl2输出给第二高压整流电路(204)；第二高压整流电路(204)用于将第二交流方波电压U202进行整流处理，输出O 2000V、频率为IOkHz IOOkHz和占空比为O 100%的直流方波电压信号U205,该直流方波·电压信号U205作用到电子枪栅极上；的直流方波脉冲电压信号U204 ；第二电流传感器(205)用于采集第二高频升压变压器(203)的原边的回路电流If2，并将该回路电流If2作为过流保护信号作用到第二 PWM电路(208)；第二 PWM电路(208)把恒定电压信号U208转换成PWM方波P3和P4分别作用到第三驱动电路(207)和第四驱动电路(206)的输入端；第三驱动电路(207)将PWM方波P3弱信号功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第二桥式逆变电路(202)上开关管Iri的栅极；第四驱动电路(206)将PWM方波P4弱信号功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第二半桥逆变电路(202)下开关管Trt的栅极。本发明一种适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置的优点在于①基值偏压产生模块和高频脉冲偏压产生模块采用两路独立电路串联构成，既能够实现高频脉冲束流焊接，又能够实现常规连续束流焊接，同时有利于高频脉冲偏压基值和高频脉冲偏压幅值调节和高频脉冲波形的精确控制；并且高频脉冲偏压产生模块通过控制前级低压电路的方式实现后级高压最终高频脉冲偏压输出，比在高压端调节生成高频脉冲方式更加方便、安全和可靠。②采用本发明偏压电源装置进行高频脉冲电子束焊接，一是在相同平均功率下，脉冲电子束焊的峰值功率比常规连续束流电子束焊接高得多，从而可有效地增加熔深，改善焊缝质量。二是随着脉冲频率的提高，特别是脉冲频率超过20kHz时，由于热激波所传播的冲击载荷，在材料内部传播和反射，具有破碎作用，可以击碎粗大的柱状晶，具有细化焊缝晶粒功能。
图I是本发明输出高频脉冲偏压与高频脉冲电子束流关系示意图。图2是本发明一种适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置的功能结构框图。图3是本发明高频脉冲偏压产生电路原理图。图4是本发明高频脉冲频率和占空比。图4A是本发明第一 PWM电路原理图。图4B是本发明第二 PWM电路原理图。图5A是本发明第一驱动电路原理图。
图5B是本发明第二驱动电路原理图。图5C是本发明第三驱动电路原理图。图是本发明第四驱动电路原理图。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。本发明是一种适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，利用该偏压装置，配合加速电源和阴极加热电源能够产生频率IOkHz IOOkHz、幅值O 200mA和占空比O 100%连续调节的高频脉冲电子束流。参见脉冲偏压与高频脉冲束流关系示意图I所示，说明高频脉冲束流产生原理。图I (a)为偏压基值电压，由基值偏压产生模块产生，偏压基值电压Ubo大小在O 2000V之间调节；图2 (b)为高频偏压脉冲电压，由高频脉冲偏压产生模块产生，脉冲幅值Uptl在O 2000V之间调节，脉冲频率在IOkHz IOOkHz之间调节，脉冲占空比在O 100%之间调节；图I (C)为脉冲偏压输出电压，由基值偏压产生模块路和高频脉冲偏压产生模块共同控制产生，偏压脉冲基值Ub在O 2000V之间调节，偏压脉冲幅值Up在O 2000V之间调节，脉冲频率在IOkHz IOOkHz之间调节，脉冲占空比δ在O 100%之间调节，其中
^ = ·^-χ οο% T表示一个脉冲周期，tp表示在一个脉冲周期T内的脉冲持续时间；图I (d)
为脉冲束流，由脉冲束流基值Ib和脉冲束流幅值Ip组成，其中高频脉冲束流基值Ib大小由高频脉冲偏压幅值Up控制，高频脉冲束流幅值Ip由高频脉冲偏压基值Ub大小控制，高频脉冲束流频率和占空比分别由高频脉冲偏压频率和占空比控制。参见图2所示，本发明偏压电源装置包括高频基值偏压产生模块、高频脉冲偏压产生模块、PWM (脉冲宽度调制)模块和驱动电路模块。基值偏压产生模块包括第一直流稳压电源101、第一半桥逆变电路102、第一高频升压变压器103、第一高压整流电路104和第一滤波电路105。高频脉冲偏压产生模块包括有第二直流稳压电源201、第二半桥逆变电路202、第二高频升压变压器203和第二高压整流电路204。PWM (脉冲宽度调制)模块包括有第一 PWM电路109和第二 PWM电路208。驱动电路模块包括有第一驱动电路108、第二驱动电路107、第三驱动电路207和第四驱动电路206。参见图2所示，下面将以每个电路输入输出信号的流程进行详细说明其实现的功倉泛。(一)第一直流稳压电源101第一直流稳压电源101用于把交流三相380V电压调节成大小可调的直流电压信号Ultll，并输出给第一半桥逆变电路102。(二)第一半桥逆变电路102第一半桥逆变电路102对接收的工作直流电压信号U101转换成交流方波电压信号(简称为第一交流方波电压U102)输出给第一高频升压变压器103的原边。(三)第一高频升压变压器103
第一高频升压变压器103用于对第一交流方波电压Ultl2进行升压处理，并将升压后的交流方波电压信号(简称为第一升压交流方波电压Ultl3)输出给第一高压整流电路104。(四)第一高压整流电路104第一高压整流电路104对第一升压交流方波电压U103进行高压整流处理，输出的直流脉冲电压信号Ultl4,并将直流脉冲电压信号U104输出给第一高压滤波电路105。(五)第一高压滤波电路105第一高压滤波电路105对高压整流后的直流脉冲电压信号U104进行高压滤波处理，最终输出的直流电压信号Ultl5，所述直流电压信号U105的偏压脉冲基值记为Ubo。(六)第一PWM 电路 109第一 PWM电路109把恒定电压信号转换成PWM第一方波P1和PWM第二方波P2分别作用到第一驱动电路108和第二驱动电路107的输入端。(七)第一驱动电路108第一驱动电路108将PWM第一方波P1弱信号进行功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第一半桥逆变电路102上开关管的栅极。(八)第二驱动电路107第二驱动电路107将PWM第二方波P2弱信号进行功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第一半桥逆变电路102下开关管的栅极。(九)第一电流传感器106第一电流传感器106用于采集第一高频升压变压器103的原边回路电流If1,并将该回路电流If1作为过流保护信号作用到第一 PWM电路109。在本发明中，第一直流稳压电源101、第一半桥逆变电路102、第一高频升压变压器103、第一高压整流电路104和第一滤波电路105构成基值偏压产生模块。该基值偏压产生模块用于产生直流电压，并作为高频脉冲偏压的基值。(十)第二直流稳压电源201第二直流稳压电源201用于把交流三相380V电压调节成大小可调的直流电压信号U2tll,并输出给第一半桥逆变电路202。H)第二半桥逆变电路202第二半桥逆变电路202对接收的工作直流电压信号U201转换成交流方波电压信号(简称为第二交流方波电压U202 )输出给第二高频升压变压器203的原边。(十二)第二高频升压变压器203第二高频升压变压器203用于对第二交流方波电压U202进行升压处理，并将升压后的交流方波电压信号(简称为第二升压交流方波电压U2tl3)输出给第二高压整流电路204。(十三)第二高压整流电路204第二高压整流电路204对第二升压交流方波电压U203进行高压整流处理，输出的高频脉冲直流电压信号U2Q4，高频脉冲幅值为O 2000V、频率为IOkHz IOOkHz和占空比为O 100%，该高频脉冲直流方波电压信号U204作用到电子枪栅极上。(十四)第二PWM电路208第二 PWM电路208第一方面用于产生PWM第三方波P3和PWM第四方波P4,并将PWM第三方波P3作用在第三驱动电路207的输入端和将PWM第四方波P4作用在第四驱动电路206的输入端；第二方面通过调节图4B电路，用于调节PWM第三方波P3和PWM第四方波P4的频率和占空比。(十五)第三驱动电路207第三驱动电路207将PWM第三方波P3弱信号进行功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第二桥式逆变电路203上开关管的栅极。(十六)第四驱动电路206第四驱动电路206将PWM第四方波P4弱信号进行功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第二桥式逆变电路203下开关管的栅极。在本发明中，第二直流稳压电源201、第二半桥逆变电路202、第二高频升压变压器203和第二高压整流电路204构成高频脉冲偏压产生模块，该模块用于产生高频脉冲直流电压。·所述直流电压信号U105的偏压脉冲基值记为Ub。所述直流方波电压信号U205的偏压脉冲幅值记为UP。在本发明中，通过分别控制高频基值偏压产生模块的第一直流稳压电源101和高频脉冲偏压产生模块的第二直流稳压电源201调节偏压脉冲基值Ub和偏压脉冲幅值Up ;通过控制闻频脉冲偏压广生|旲块的半桥逆变电路实现幅值、频率和占空比可调的闻频脉冲偏压。在本发明中，高频脉冲偏压的产生方式为通过图2第二 PWM电路208控制半桥逆变电路202将第二直流稳压电源201输出的直流电压信号Utj (如图3 (a))变换成图3 (b)所示的交流方波Ua，其脉冲频率、占空比由第二 PWM电路208控制，幅值由第二直流稳压电源201调节。交流方波经第二高频升压变压器203升压变换成图3 (c)所示交流方波Uha,再经输出第二高压整流电路204整流成图3 (d)所示的高频脉冲直流方波Upso高频脉冲的频率通过第二 PWM电路208调节，如图4B所示。第二 PWM电路采用PWM专用产生芯片SG2525，其中SG2525的6脚和5脚外接定时阻容元件以及7脚放电端，确定振荡器工作频率，SG2525的振荡频率可通过下式来计算
.IJ 二-；
Ct(Q.7Rt + 3Rd)其中RT为定时电阻，单位(Ι Ω ) ；Rd为死区时间电阻，单位(Ω )。在本发明中，SG2525内部振荡器及可调节的死区时间电路如图4B所示，振荡器的时标电容Ct通过外接电阻Rd至晶体管T放电。从图4B中可以看出，改变Rd大小就可以改变(^的放电时间，也就改变了死区时间的长短；而(^的充电电流则是由Rt确定的恒定电流源决定的，也即改变Rt的值，可以改变Ct的充电电流大小。由于在电路控制中，死区时间一般是固定的，也即电容Ct和电阻Rd的数值是固定的，要调整芯片输出脉冲的频率，最为方便可行的办法是调整电阻Rt的数值大小。设置三极管T工作在放大区，通过调整三极管T上的基极电压Uf的大小调整6脚上的电流大小，最终调整SG2525输出PWM脉冲频率。其中SG2525的9脚是PWM比较器补偿信号输入端，通过调整9脚电压大小调节输出PWM占空比大小。
当基值偏压产生模块工作，而高频偏压脉冲产生模块不工作时，基值偏压产生模块输出负极信号经过图2第二高压整流电路204的二极管到达电子枪栅极，此时偏压电源装置能够实现常规直流偏压，即能够实现常规连续束流电子束焊接。当基值偏压产生模块和高频偏压脉冲产生模块均工作时，该偏压装置能够实现基值和峰值可调的高频脉冲偏压，即能够实现高频脉冲电子束焊接。基值偏压产生模块控制高频偏压脉冲基值，高频偏压脉冲产生模块分别控制高频偏压脉冲幅值、高频偏压脉冲频率和高频偏压脉冲占空比。在本发明中，高频基值偏压产生模块和高频脉冲偏压产生模块中的PWM电路采用PWM专用芯片SG2525，双极性集成运放电路选取TL084芯片。第一 PWM电路109如图4A所示，是为基值偏压产生模块半桥逆变电路上开关管和下开关管产生PWM方波，各端子连接关系如下
基值偏压产生模块的半桥逆变电路PWM发生器U2的第9脚与电容C7、电阻R9和电阻R8相连，电容C7和电阻R9的另一端与信号地相连，电阻R8的另一端接到信号电源+5V ；PWM发生器U2的第2脚与电阻R10相连，第I脚与电阻Rn、电阻R12和电容C8相连，电阻R11和电阻Rltl的另一端连接在一起，共同接到信号电源+5V，电阻R12和电容C8的另一端共同接到信号地；PWM发生器U2的第12脚接信号地，第3脚接电阻R13,电阻R13的另一端接信号地；PWM发生器U2的第13脚和第15脚连接在一起，共同接到信号电源+15V和电容C9,电容C9的另一端接信号地；PWM发生器U2的第5脚接电容Cltl,第7脚接电阻R15后接电容C1(l，第6脚接电阻R14,第8脚接电容C13,电容C1(l、电容C13和电阻R14的另一端连接在一起，共同接信号地；PWM发生器U2的第16脚接电容C11,第4脚接电容C12,电容C12和电容C11的另一端共同接信号地；PWM发生器U2的第11脚接输出信号P1接到第一驱动电路的电阻Rl-I的一端，PWM发生器U2的第14脚接输出信号P2接到第二驱动电路的电阻R1-2的一端。基值偏压产生模块第一高频升压变压器103原边电流传感器采样信号If1连接电阻R3、电阻R4和电容C2,电阻R3和电容C2另一端接地，电阻R4另一端与电容C3和运放芯片Ul的第5脚和第3脚相连，电容C3另一端接地，电阻Rp电阻R2和电容C1连接到一点共同连接到运放芯片Ul的第2脚，R1的另一脚接信号电源+15V，电阻R2和电容C1另一脚共同接地。电阻R5、电阻R6和电容C4连接到一点共同连接到运放芯片Ul的第6脚，R5的另一脚接信号电源-15V，电阻R6和电容C4另一脚共同接地。运放芯片U1的第I脚、Ul的第7脚、电阻R7和电容C5连接到一点共同连接到与非门芯片U5的第I脚，电阻R7的另一脚接信号电源+5V，电容C5的另一脚接地，与非门芯片U5的第14脚和电容C6共同接到信号电源+5V，电容C6的另一脚接地，与非门芯片Ull的第9脚接到PWM发生器U2的第10脚，当电流传感器采样信号Ifl超出保护值时，运放芯片Ul的第5脚或第3脚电位大于运放芯片UlO的第6脚或第2脚电位，运放芯片Ul的第I脚或第7脚的电位输出为低，与非门芯片U5的第9脚的电位输出为高，对应PWM发生器U2的第10脚的电位为高，因此PWM发生器U2关断第11脚和第14脚输出，此时电流保护起作用。第一驱动电路108如图5A所示，电阻Rl-I的另一端接光电隔离芯片的U7的第2脚，光电隔离芯片的U7的第3脚接信号地，光电隔离芯片的U7第5脚接驱动地GND1，光电隔离芯片的U7的第6脚接三极管Ql的基极，光电隔离芯片的U7的第7脚和光电隔离芯片的U7的第8脚连接在一起，共同接驱动电源+5V1，同时驱动电源+5V1还连接有电阻R2-1和R3-1，电阻R2-1的另一端与三极管Ql的基极相连，电阻R3-1的另一端与三极管Ql的集电极和驱动芯片U8的第2脚和第4脚相连，三极管Ql的发射极与驱动地GNDl相连；驱动芯片U8的第6脚与驱动电源+15V1和电容Cl-I相连，电容Cl-I的另一端与驱动地GNDl相连，驱动芯片U8的第3脚与驱动地GNDl相连，驱动芯片U8的第5脚与电阻R5-1相连，驱动芯片U8的第7脚与电阻R4-1相连；电阻R5-1和电阻R4-1的另一端连在一起，共同与第一半桥逆变电路上开关管的栅极相连。第二驱动电路107如图5B所示，电阻R1-2的另一端接光电隔离芯片的U9的第2脚，光电隔离芯片的U9的第3脚接信号地，光电隔离芯片的U9第5脚接驱动地GND1，光电隔离芯片的U9的第6脚接三极管Q2的基极，光电隔离芯片的U9的第7脚和光电隔离芯片的U9的第8脚连接在一起，共同接驱动电源+5V1，同时驱动电源+5V1还连接有电阻R2-2和R3-2，电阻R2-2的另一端与三极管Q2的基极相连，电阻R3-2的另一端与三极管Q2的集电极和驱动芯片UlO的第2脚和第4脚相连，三极管Q2的发射极与驱动地GNDl相连；驱动芯片UlO的第6脚与驱动电源+15V1和电容C1-2相连，电容C1-2的另一端与驱动地GNDl相连，驱动芯片UlO的第3脚与驱动地GNDl相连，驱动芯片UlO的第5脚与电阻R5-2相连， 驱动芯片UlO的第7脚与电阻R4-2相连；电阻R5-2和电阻R4-2的另一端连在一起，共同与第一半桥逆变电路下开关管的栅极相连。第二 PWM电路208如图4B所示，是为高频偏压脉冲产生模块第二半桥逆变电路上开关管和下开关管产生PWM方波，并通过调节电路调节脉冲频率和占空比，各端子连接关系如下高频偏压脉冲产生模块的半桥逆变电路PWM发生器U4的第9脚与电容C2tl和外加电压信号Ud相连，电容C2tl另一端与信号地相连；PWM发生器U4的第2脚与电阻R23相连，第I脚与电阻R24、电阻R25和电容C21相连，电阻R23和电阻R24的另一端连接在一起，共同接到信号电源+5V，电阻R25和电容C21的另一端共同接到信号地；PWM发生器U4的第12脚接信号地，第3脚接电阻R26,电阻R26的另一端接信号地；PWM发生器U4的第13脚和第15脚连接在一起，共同接到信号电源+15V和电容C22,电容C22的另一端接信号地；PWM发生器U4的第5脚接电容C；，第7脚接电阻Rd后接电容C；，第6脚接电阻Ra，电阻Ra连接到三极管的集电极，同时三极管的发射极和电容Ct、电阻Rt连接到一点，公共接到信号地，三极管的基极通过电阻Rb连接到外加电压信号Uf。PWM发生器U4的第16脚接电容C23，第4脚接电容C24,电容C23和电容C24的另一端共同接信号地；PWM发生器U4的第11脚接输出信号P3接到第三驱动电路的电阻R1-3的一端，PWM发生器U4的第14脚接输出信号P4接到第四驱动电路的电阻R1-4的一端。高频偏压脉冲产生模块的第二高频升压变压器203原边电流传感器采样信号If2连接电阻R18、电阻R19和电容C15,电阻R18和电容C15另一端接地，电阻R19另一端与电容C16和运放芯片U3的第5脚和第3脚相连，电容C16另一端接地，电阻R16、电阻R17和电容C14连接到一点共同连接到运放芯片U3的第2脚，R16的另一脚接信号电源+15V，电阻R17和电容C14另一脚共同接地。电阻R5、电阻R2tl和电容C17连接到一点共同连接到运放芯片U3的第6脚，R2tl的另一脚接信号电源-15V，电阻R21和电容C17另一脚共同接地。运放芯片U3的第I脚、U3的第7脚、电阻R22和电容C18连接到一点共同连接到与非门芯片U6的第I脚，电阻R22的另一脚接信号电源+5V，电容C18的另一脚接地，与非门芯片U6的第14脚和电容C19共同接到信号电源+5V，电容C19的另一脚接地，与非门芯片U6的第9脚接到PWM发生器U4的第10脚，当电流传感器采样信号If2超出保护值时，运放芯片U3的第5脚或第3脚电位大于运放芯片U3的第6脚或第2脚电位,运放芯片U3的第I脚或第7脚的电位输出为低，与非门芯片U6的第9脚的电位输出为高，对应PWM发生器U4的第10脚的电位为高，因此PWM发生器U4关断第11脚和第14脚输出，此时电流保护起作用。第三驱动电路207如图5C所示，电阻R1-3的另一端接光电隔离芯片的Ull的第2脚，光电隔离芯片的Ull的第3脚接信号地，光电隔离芯片的Ull第5脚接驱动地GNDl，光电隔离芯片的Ull的第6脚接三极管Q3的基极，光电隔离芯片的Ull的第7脚和光电隔离芯片的Ull的第8脚连接在一起，共同接驱动电源+5V1，同时驱动电源+5V1还连接有电阻R2-3和R3-3，电阻R2-3的另一端与三极管Q3的基极相连，电阻R3-3的另一端与三极管Q3的集电极和驱动芯片U12的第2脚和第4脚相连，三极管Q3的发射极与驱动地GNDl相连；驱动芯片U12的第6脚与驱动电源+15V1和电容C1-3相连，电容C1-3的另一端与驱 动地GNDl相连，驱动芯片U12的第3脚与驱动地GNDl相连，驱动芯片U12的第5脚与电阻R5-3相连，驱动芯片U12的第7脚与电阻R4-3相连；电阻R5-3和电阻R4-3的另一端连在一起，共同与第二板桥逆变电路上开关管的栅极G相连。第四驱动电路206如图所示，电阻R1-4的另一端接光电隔离芯片的U13的第2脚，光电隔离芯片的U13的第3脚接信号地，光电隔离芯片的U13第5脚接驱动地GNDl，光电隔离芯片的U13的第6脚接三极管Q4的基极，光电隔离芯片的U13的第7脚和光电隔离芯片的U13的第8脚连接在一起，共同接驱动电源+5V1，同时驱动电源+5V1还连接有电阻R2-4和R3-4，电阻R2-4的另一端与三极管Q4的基极相连，电阻R3-4的另一端与三极管Q4的集电极和驱动芯片U14的第2脚和第4脚相连，三极管Q4的发射极与驱动地GNDl相连；驱动芯片U14的第6脚与驱动电源+15V1和电容C1-4相连，电容C1-4的另一端与驱动地GNDl相连，驱动芯片U14的第3脚与驱动地GNDl相连，驱动芯片U14的第5脚与电阻R5-4相连，驱动芯片U14的第7脚与电阻R4-4相连；电阻R5-1和电阻R4-4的另一端连在一起，共同与第二半桥逆变电路下开关管的栅极G相连。
权利要求
1.一种适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于该偏压电源装置包括基值偏压产生模块、高频脉冲偏压产生模块、PWM (脉冲宽度调制)模块和驱动电路模块；所述的基值偏压产生模块包括有第一直流稳压电源(101)、第一半桥逆变电路(102)、第一高频升压变压器(103)、第一高压整流电路(104)和第一滤波电路(105)； 所述的高频脉冲偏压产生模块包括有第二直流稳压电源(201)、第二半桥逆变电路(202)、第二高频升压变压器(203)、和第二高压整流电路(204)； 所述的PWM电路包括有第一 PWM电路(109)、第二 PWM电路(208)； 所述的驱动电路包括有第一驱动电路(108)、第二驱动电路(107)、第三驱动电路(207)、第四驱动电路(206)； 第一直流稳压电源(101)用于把交流三相380V电压调节成可控的直流电压信号U101,并输出给第一半桥逆变电路(102)； 第一半桥逆变电路(102)对接收的可控的直流电压信号Ultl2转换成第一交流方波电压Ultl3输出给第一高频升压变压器(103)的原边； 第一高频升压变压器(103)用于对第一交流方波电压U103进行升压处理，并将升压后的第一交流方波电压Ultl4输出给第一整流电路(104)； 第一高压整流电路(104)用于对第一交流方波电压Ultl3进行整流处理，将第一交流方波整流成第一直流方波电压，并将第一直流方波电压U104输出给第一滤波电路(105)； 第一滤波电路(105)用于将第一直流方波电压Ultl4进行滤波处理,输出0-2000V的直流电压信号U105 ； 第一电流传感器(106)用于采集第一高频升压变压器(103)的原边的回路电流1&，并将该回路电流If2作为过流保护信号作用到第一 PWM电路(109)； 第一 PWM电路(109)把恒定电压信号U109转换成PWM方波P1和P2分别作用到第一驱动电路(108)和第二驱动电路(107)的输入端； 第一驱动电路(108)将PWM方波P1弱信号功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第一半桥逆变电路(102)上开关管Trt的栅极； 第二驱动电路(107)将PWM方波P2弱信号功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第一半桥逆变电路(102)下开关管1；2的栅极； 第二 PWM电路(208)第一方面用于产生PWM方波P3和PWM方波P4 ;第二方面将PWM方波P3作用在第三驱动电路(109)的输入端；第三方面将PWM方波P4作用在第四驱动电路(108)的输入端； 第二直流稳压电源(201)用于把交流三相380V电压调节成可控的直流电压信号U201,并输出给第二半桥逆变电路(202)； 第二半桥逆变电路(202)对接收的可控的直流电压信号U201转换成第二交流方波电压U202输出给第二高频升压变压器(203)的原边； 第二高频升压变压器(203)用于对第二交流方波电压U202进行升压处理，并将升压后的第二交流方波电压U202输出给第二高压整流电路(204)； 第二高压整流电路(204)用于将第二交流方波电压U202进行整流处理，输出O 2000V、频率为IOkHz IOOkHz和占空比为O 100%的直流方波电压信号U205,该直流方波电压信号U205作用到电子枪栅极上；的直流方波脉冲电压信号U204 ；第二电流传感器(205)用于采集第二高频升压变压器(203)的原边的回路电流If2,并将该回路电流If2作为过流保护信号作用到第二 PWM电路(208)； 第二 PWM电路(208)把恒定电压信号U208转换成PWM方波P3和P4分别作用到第三驱动电路(207)和第四驱动电路(206)的输入端； 第三驱动电路(207)将PWM方波P3弱信号功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第二桥式逆变电路(202)上开关管1；3的栅极； 第四驱动电路(206)将P丽方波P4弱信号功率放大，放大后的PWM方波用来驱动第二半桥逆变电路(202)下开关管Trt的栅极。
2.根据权利要求I所述的适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于第二 PWM电路(208)控制半桥逆变电路(202)将第二直流稳压电源(201)输出的直流电压信号U0变换成交流方波Ua，其脉冲频率、占空比由第二 PWM电路(208)控制，幅值由第二直流稳压电源(201)调节。交流方波经第二高频升压变压器(203)升压变换成交流方波UHA，再经输出第二高压整流电路(204)整流成高频脉冲直流方波Upso
3.根据权利要求I所述的适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于高频脉冲的频率通过第二 PWM电路(208)调节，第二 PWM电路(208)采用PWM专用产生芯片SG2525，其中SG2525的6脚和5脚外接定时阻容元件以及7脚放电端，确定振荡器工作频率，SG2525的振荡频率通过
4.根据权利要求I所述的适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于第一 PWM电路(109)是为基值偏压产生模块半桥逆变电路上开关管和下开关管产生PWM方波，各端子连接关系如下 基值偏压产生模块的半桥逆变电路PWM发生器U2的第9脚与电容C7、电阻R9和电阻R8相连，电容C7和电阻R9的另一端与信号地相连，电阻R8的另一端接到信号电源+5V ；PWM发生器U2的第2脚与电阻Rltl相连，第I脚与电阻Rn、电阻R12和电容C8相连，电阻R11和电阻Rltl的另一端连接在一起，共同接到信号电源+5V，电阻R12和电容C8的另一端共同接到信号地；PWM发生器U2的第12脚接信号地，第3脚接电阻R13,电阻R13的另一端接信号地；PWM发生器U2的第13脚和第15脚连接在一起，共同接到信号电源+15V和电容C9，电容C9的另一端接信号地；PWM发生器U2的第5脚接电容Cltl，第7脚接电阻R15后接电容Cltl，第6脚接电阻R14,第8脚接电容C13,电容C1(l、电容C13和电阻R14的另一端连接在一起，共同接信号地；PWM发生器U2的第16脚接电容C11,第4脚接电容C12,电容C12和电容C11的另一端共同接信号地；PWM发生器U2的第11脚接输出信号P1接到第一驱动电路的电阻Rl-I的一端，PWM发生器U2的第14脚接输出信号P2接到第二驱动电路的电阻R1-2的一端。
基值偏压产生模块第一高频升压变压器103原边电流传感器采样信号If1连接电阻R3、电阻R4和电容C2,电阻R3和电容C2另一端接地，电阻R4另一端与电容C3和运放芯片Ul的第5脚和第3脚相连，电容C3另一端接地，电阻％、电阻R2和电容C1连接到一点共同连接到运放芯片Ul的第2脚，R1的另一脚接信号电源+15V，电阻R2和电容C1另一脚共同接地。电阻R5、电阻R6和电容C4连接到一点共同连接到运放芯片Ul的第6脚，R5的另一脚接信号电源-15V，电阻R6和电容C4另一脚共同接地。运放芯片Ul的第I脚、Ul的第7脚、电阻R7和电容C5连接到一点共同连接到与非门芯片U5的第I脚，电阻R7的另一脚接信号电源+5V,电容C5的另一脚接地，与非门芯片U5的第14脚和电容C6共同接到信号电源+5V，电容C6的另一脚接地，与非门芯片Ull的第9脚接到PWM发生器U2的第10脚，当电流传感器采样信号Ifl超出保护值时，运放芯片Ul的第5脚或第3脚电位大于运放芯片UlO的第6脚或第2脚电位，运放芯片Ul的第I脚或第7脚的电位输出为低，与非门芯片U5的第9脚的 电位输出为高，对应PWM发生器U2的第10脚的电位为高，因此PWM发生器U2关断第11脚和第14脚输出，此时电流保护起作用。
5.根据权利要求I所述的适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于第一驱动电路(108)中，电阻Rl-I的另一端接光电隔离芯片的U7的第2脚，光电隔离芯片的U7的第3脚接信号地，光电隔离芯片的U7第5脚接驱动地GNDl，光电隔离芯片的U7的第6脚接三极管Ql的基极，光电隔离芯片的U7的第7脚和光电隔离芯片的U7的第8脚连接在一起，共同接驱动电源+5V1，同时驱动电源+5V1还连接有电阻R2-1和R3-1，电阻R2-1的另一端与三极管Ql的基极相连，电阻R3-1的另一端与三极管Ql的集电极和驱动芯片U8的第2脚和第4脚相连，三极管Ql的发射极与驱动地GNDl相连；驱动芯片U8的第6脚与驱动电源+15V1和电容Cl-I相连，电容Cl-I的另一端与驱动地GNDl相连，驱动芯片U8的第3脚与驱动地GNDl相连，驱动芯片U8的第5脚与电阻R5-1相连，驱动芯片U8的第7脚与电阻R4-1相连；电阻R5-1和电阻R4-1的另一端连在一起，共同与第一半桥逆变电路上开关管的栅极相连。
6.根据权利要求I所述的适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于第二驱动电路(107)中，电阻R1-2的另一端接光电隔离芯片的U9的第2脚，光电隔离芯片的U9的第3脚接信号地，光电隔离芯片的U9第5脚接驱动地GNDl，光电隔离芯片的U9的第6脚接三极管Q2的基极，光电隔离芯片的U9的第7脚和光电隔离芯片的U9的第8脚连接在一起，共同接驱动电源+5V1，同时驱动电源+5V1还连接有电阻R2-2和R3-2，电阻R2-2的另一端与三极管Q2的基极相连，电阻R3-2的另一端与三极管Q2的集电极和驱动芯片UlO的第2脚和第4脚相连，三极管Q2的发射极与驱动地GNDl相连；驱动芯片UlO的第6脚与驱动电源+15V1和电容C1-2相连，电容C1-2的另一端与驱动地GNDl相连，驱动芯片UlO的第3脚与驱动地GNDl相连，驱动芯片UlO的第5脚与电阻R5-2相连，驱动芯片UlO的第7脚与电阻R4-2相连；电阻R5-2和电阻R4-2的另一端连在一起，共同与第一半桥逆变电路下开关管的栅极相连。
7.根据权利要求I所述的适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于第二 PWM电路(208)是为高频偏压脉冲产生模块第二半桥逆变电路上开关管和下开关管产生PWM方波，并通过调节电路调节脉冲频率和占空比，各端子连接关系如下 高频偏压脉冲产生模块的半桥逆变电路PWM发生器U4的第9脚与电容C2tl和外加电压信号Ud相连，电容C2tl另一端与信号地相连；PWM发生器U4的第2脚与电阻R23相连，第I脚与电阻R24、电阻R25和电容C21相连，电阻R23和电阻R24的另一端连接在一起，共同接到信号电源+5V，电阻R25和电容C21的另一端共同接到信号地；PWM发生器U4的第12脚接信号地，第3脚接电阻R26,电阻R26的另一端接信号地；PWM发生器U4的第13脚和第15脚连接在一起，共同接到信号电源+15V和电容C22,电容C22的另一端接信号地；PWM发生器U4的第5脚接电容C；，第7脚接电阻Rd后接电容C；，第6脚接电阻Ra，电阻Ra连接到三极管的集电极，同时三极管的发射极和电容CT、电阻Rt连接到一点，公共接到信号地，三极管的基极通过电阻Rb连接到外加电压信号Uf。PWM发生器U4的第16脚接电容C23，第4脚接电容C24,电容C23和电容C24的另一端共同接信号地；PWM发生器U4的第11脚接输出信号P3接到第三驱动电路的电阻R1-3的一端，PWM发生器U4的第14脚接输出信号P4接到第四驱动电路的电阻R1-4的一端。
高频偏压脉冲产生模块的第二高频升压变压器203原边电流传感器采样信号If2连接··电阻R18、电阻R19和电容C15,电阻R18和电容C15另一端接地，电阻R19另一端与电容C16和运放芯片U3的第5脚和第3脚相连，电容C16另一端接地，电阻R16、电阻R17和电容C14连接到一点共同连接到运放芯片U3的第2脚，R16的另一脚接信号电源+15V，电阻R17和电容C14另一脚共同接地。电阻R5、电阻R2tl和电容C17连接到一点共同连接到运放芯片U3的第6脚，R20的另一脚接信号电源-15V，电阻R21和电容C17另一脚共同接地。运放芯片U3的第I脚、U3的第7脚、电阻R22和电容C18连接到一点共同连接到与非门芯片U6的第I脚，电阻R22的另一脚接信号电源+5V，电容C18的另一脚接地，与非门芯片U6的第14脚和电容C19共同接到信号电源+5V，电容C19的另一脚接地，与非门芯片U6的第9脚接到PWM发生器U4的第10脚，当电流传感器采样信号If2超出保护值时，运放芯片U3的第5脚或第3脚电位大于运放芯片U3的第6脚或第2脚电位,运放芯片U3的第I脚或第7脚的电位输出为低，与非门芯片U6的第9脚的电位输出为高，对应PWM发生器U4的第10脚的电位为高，因此PWM发生器U4关断第11脚和第14脚输出，此时电流保护起作用。
8.根据权利要求I所述的适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于第三驱动电路(207)中，电阻R1-3的另一端接光电隔离芯片的Ull的第2脚，光电隔离芯片的Ull的第3脚接信号地，光电隔离芯片的Ull第5脚接驱动地GNDl，光电隔离芯片的Ull的第6脚接三极管Q3的基极，光电隔离芯片的Ull的第7脚和光电隔离芯片的Ull的第8脚连接在一起，共同接驱动电源+5V1，同时驱动电源+5V1还连接有电阻R2-3和R3-3，电阻R2-3的另一端与三极管Q3的基极相连，电阻R3-3的另一端与三极管Q3的集电极和驱动芯片U12的第2脚和第4脚相连，三极管Q3的发射极与驱动地GNDl相连；驱动芯片U12的第6脚与驱动电源+15V1和电容C1-3相连，电容C1-3的另一端与驱动地GNDl相连，驱动芯片U12的第3脚与驱动地GNDl相连，驱动芯片U12的第5脚与电阻R5-3相连，驱动芯片U12的第I脚与电阻R4-3相连；电阻R5-3和电阻R4-3的另一端连在一起，共同与第二板桥逆变电路上开关管的栅极G相连。
9.根据权利要求I所述的适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，其特征在于第四驱动电路(206)中，电阻R1-4的另一端接光电隔离芯片的U13的第2脚，光电隔离芯片的U13的第3脚接信号地，光电隔离芯片的U13第5脚接驱动地GNDl，光电隔离芯片的U13的第6脚接三极管Q4的基极，光电隔离芯片的U13的第7脚和光电隔离芯片的U13的第8脚连接在一起，共同接驱动电源+5V1，同时驱动电源+5V1还连接有电阻R2-4和R3-4，电阻R2-4的另一端与三极管Q4的基极相连，电阻R3-4的另一端与三极管Q4的集电极和驱动芯片U14的第2脚和第4脚相连，三极管Q4的发射极与驱动地GNDl相连；驱动芯片U14的第6脚与驱动电源+15V1和电容C1-4相连，电容C1-4的另一端与驱动地GNDl相连，驱动芯片U14的第3脚与驱动地GNDl相连，驱动芯片U14的第5脚与电阻R5-4相连，驱动芯片U14的第I脚与电阻R4-4 相连；电阻R5-1和电阻R4-4的另一端连在一起，共同与第二半桥逆变电路下开关管的栅极G相连。
全文摘要
本发明公开了一种适用于高频脉冲电子束焊接的偏压电源装置，该装置包括基值偏压产生模块、高频脉冲偏压产生模块、脉冲宽度调制模块和驱动电路模块。其中，基值偏压产生模块和高频脉冲偏压产生模块采用两路独立电路串联构成，既能够实现高频脉冲束流焊接，又能够实现常规连续束流焊接，同时有利于高频脉冲偏压基值和高频脉冲偏压幅值调节和高频脉冲波形的精确控制；并且高频脉冲偏压产生模块通过控制前级低压电路的方式实现后级高压最终高频脉冲偏压输出，比在高压端调节生成高频脉冲方式更加方便、安全和可靠。
文档编号B23K15/00GK102886598SQ20121034548
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者齐铂金, 徐国宇 申请人:北京航空航天大学