適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置及脈沖電子束焊機(jī)的制作方法
【專利摘要】適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置及脈沖電子束焊機(jī)，其中，該偏壓電源裝置包括：基值生成電路，其用于產(chǎn)生第一直流電壓，其輸出端正極形成偏壓電源裝置的電源正極；脈沖生成電路，其輸出端正極與基值生成電路的輸出端負(fù)極連接，輸出端負(fù)極形成偏壓電源裝置的電源負(fù)極，用于產(chǎn)生脈沖電壓，以使得第一直流電壓與脈沖電壓疊加形成所需要的偏置電壓。該偏壓電源裝置的基值生成電路與脈沖生成電路彼此相互獨(dú)立、互不干擾，這樣有利于實(shí)現(xiàn)對脈沖偏壓基值和峰值的精確調(diào)節(jié)。
【專利說明】
適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置及脈沖電子束焊機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電子束加工設(shè)備領(lǐng)域，具體地說，涉及一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置及脈沖電子束焊機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖電子束焊是指將電子束流調(diào)制成脈沖方波形式進(jìn)行焊接的一種焊接新技術(shù)，與傳統(tǒng)連續(xù)束流電子束焊相比，脈沖電子束焊能夠最大程度發(fā)揮高能束焊接過程中的“匙孔”效應(yīng)，增大焊縫熔深，增加深寬比，并且能夠加快焊接熱循環(huán)，提高熔池冷卻速度，細(xì)化組織晶粒，減小焊接變形。
[0003]如圖1所示，目前電子束焊機(jī)一般采用三級電子槍，三級電子槍100包括陽極101、燈絲陰極102和控制柵極103。其中，燈絲陰極102連接在燈絲加熱電源104的兩端，同時(shí)，燈絲加熱電源的輸出端負(fù)極還通過電阻Rb與偏壓電源105的輸出端正極連接，控制柵極103與偏壓電源105的輸出端負(fù)極連接。偏壓電源105可以通過調(diào)節(jié)控制柵極103的偏壓來控制電子束流大小。根據(jù)偏壓與束流的關(guān)系，使偏壓電源調(diào)制成以脈沖的形式輸出電壓即可實(shí)現(xiàn)脈沖電子束焊接。
[0004]由于偏壓電源串聯(lián)在高壓電源上，其對地電壓高達(dá)幾十千伏甚至上百千伏，因此要實(shí)現(xiàn)偏壓電源的脈沖輸出和對輸出電壓波形的控制非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種適用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，其包括:
[0006]基值生成電路，其用于產(chǎn)生第一直流電壓，其輸出端正極形成偏壓電源裝置的電源正極；
[0007]脈沖生成電路，其輸出端正極與所述基值生成電路的輸出端負(fù)極連接，輸出端負(fù)極形成所述偏壓電源裝置的電源負(fù)極，用于產(chǎn)生脈沖電壓，以使得第一直流電壓與所述脈沖電壓疊加形成所需要的偏置電壓。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述基值生成電路包括:
[0009]第一穩(wěn)壓電源，其用于產(chǎn)生第一直流基準(zhǔn)電壓；
[0010]第一逆變電路，其與所述第一穩(wěn)壓電源連接；
[0011 ]第一變壓器，其原邊與所述第一逆變電路連接；
[0012]第一整流濾波電路，其與所述第一變壓器的副邊連接；
[0013]第一負(fù)載電阻，其一端與所述第一整流濾波電路的輸出端正極連接并形成所述基值生成電路的輸出端正極，另一端與所述第一整流濾波電路的輸出端負(fù)極連接并形成所述基值生成電路的輸出端負(fù)極。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述脈沖生成電路包括:
[0015]峰值生成電路，其用于產(chǎn)生第二直流電壓，其輸出端負(fù)極形成所述脈沖生成電路的輸出端負(fù)極；
[0016]脈沖切換電路，其第一外接端形成所述脈沖生成電路的輸出端正極，第二外接端與所述峰值生成電路的輸出端正極連接，第三外接端與所述峰值生成電路的輸出端負(fù)極相連；
[0017]脈沖控制電路，其與所述脈沖切換電路的控制端連接，用于產(chǎn)生脈沖控制信號以控制所述脈沖切換電路的工作狀態(tài)，從而控制所述脈沖生成電路產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖電壓。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述峰值生成電路與所述基值生成電路的電路結(jié)構(gòu)相同。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述脈沖切換電路包括:
[0020]開關(guān)單元，其第一外接端形成所述脈沖切換電路的第一外接端，與所述基值生成電路的輸出端負(fù)極連接，第二外接端形成所述脈沖切換電路的第二外接端，與所述峰值生成電路的輸出端正極連接，控制端形成所述脈沖切換電路的控制端，與所述脈沖控制電路連接，其用于在所述控制信號的作用下通過開通或關(guān)斷來控制所述第二直流電壓的輸出狀態(tài)；
[0021]續(xù)流二極管，其正極形成所述脈沖切換電路的第三外接端，與所述峰值生成電路的輸出端負(fù)極連接，負(fù)極與所述開關(guān)單元的第一外接端連接，其用于在所述開關(guān)單元關(guān)斷時(shí)為所述偏壓電源裝置提供內(nèi)部電流通道。
[0022]第三負(fù)載電阻，其與所述續(xù)流二極管并聯(lián)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述脈沖控制電路包括:
[0024]載波信號生成電路，其用于生成兩個(gè)反相的載波信號；
[0025]信號調(diào)制電路，其與所述載波信號生成電路連接，用于利用基帶信號分別對所述第一載波信號和第二載波信號進(jìn)行調(diào)制，分別得到第一調(diào)制信號和第二調(diào)制信號；
[0026]功率放大電路，其兩個(gè)輸入端分別與所述信號調(diào)制電路的兩個(gè)輸出端對應(yīng)連接；
[0027]電壓隔離電路，其輸入端與所述功率放大電路的輸出端連接；
[0028]信號解調(diào)電路，其輸入端與所述電壓隔離電路的輸出端連接，輸出端形成所述脈沖控制電路的輸出端來與所述脈沖切換電路的控制端連接。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述脈沖控制電路還包括:
[0030]基帶信號生成電路，其與所述信號調(diào)制電路連接，用于將所生成的基帶信號傳輸給所述信號調(diào)制電路。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述載波信號生成電路包括:
[0032]方波振蕩器，其用于產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率的基準(zhǔn)方波信號；
[0033]二分頻電路，其與所述方波振蕩器連接，用于對所述基準(zhǔn)方波信號進(jìn)行處理，得到頻率減半的第一載波信號和第二載波信號。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述信號調(diào)制電路配置為利用基帶信號采用二進(jìn)制幅移鍵控的方式進(jìn)行信號調(diào)制。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述脈沖控制電路能夠通過改變所述基帶信號的頻率和/或占空比來調(diào)節(jié)所述偏壓電源裝置輸出脈沖電壓的頻率和/或占空比。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述基帶信號的頻率范圍包括[O，10kHz]。
[0037]本發(fā)明還提供了一種脈沖電子束焊機(jī)，其包括如上任一項(xiàng)所述的偏壓電源裝置。
[0038]在本發(fā)明所提供的偏壓電源裝置中，基值生成電路與脈沖生成電路彼此相互獨(dú)立、互不干擾，這樣有利于實(shí)現(xiàn)對脈沖偏壓基值和峰值的精確調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對束流幅值的精確調(diào)節(jié)。
[0039]同時(shí)，該偏壓電源裝置利用由開關(guān)單元組成的脈沖切換電路來控制脈沖電壓的輸出，能夠克服前級電容、電感等級器件對所形成脈沖電壓波形的影響，從而實(shí)現(xiàn)上升沿以及下降沿均較陡的脈沖電壓波形，進(jìn)而使得產(chǎn)生的脈沖束流波形得以改善。
[0040]此外，該偏壓電源裝置采用載波技術(shù)來傳遞Pmi控制信號，其能夠傳遞O-1OOkHz、占空比為0-100%的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號，這樣也就能夠?qū)崿F(xiàn)O-1OOkHz的脈沖電壓，從而產(chǎn)生對應(yīng)頻率的脈沖束流。
[0041]并且，通過調(diào)節(jié)基值生成電路以及峰值生成電路所輸出的直流電壓以及脈沖控制電路所輸出的控制信號，該偏壓電源裝置既能夠產(chǎn)生直流電壓，又能夠產(chǎn)生脈沖電壓，即能夠在同一臺焊機(jī)上既實(shí)現(xiàn)連續(xù)束流電子束焊接又實(shí)現(xiàn)脈沖電子束焊接，從而滿足不同焊接工藝的需求。
[0042]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0043]附圖示出了本發(fā)明的各方面的各種實(shí)施例，并且它們與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，附圖所示的特定實(shí)施例僅是實(shí)例性的，并且它們無意限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)該認(rèn)識到，在某些示例中，被示出的一個(gè)元件也可以被設(shè)計(jì)為多個(gè)元件，或者多個(gè)元件也可以被設(shè)計(jì)為一個(gè)元件。在某些示例中，被示出為另一元件的內(nèi)部部件的元件也可以被實(shí)現(xiàn)為該另一元件的外部部件，反之亦然。為了更加清楚、詳細(xì)地說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明的各方面及其特征的優(yōu)點(diǎn)理解得更加透徹，現(xiàn)對附圖進(jìn)行介紹，在附圖中:
[0044]圖1是電子束焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的偏壓電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基值生成電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0047]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的峰值生成電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0048]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的脈沖切換電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0049]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的脈沖控制電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0050]圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的脈沖控制電路工作波形示意圖；
[0051]圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功率放大電路與電壓隔離電路的連接關(guān)系圖；
[0052]圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的偏壓電源裝置的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0054]同時(shí)，在以下說明中，出于解釋的目的而闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以提供對本發(fā)明實(shí)施例的徹底理解。然而，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以不用這里的具體細(xì)節(jié)或者所描述的特定方式來實(shí)施。
[0055]目前存在的脈沖偏壓電源主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是逆變控制式，通過控制升壓變壓器前級的低壓逆變電路實(shí)現(xiàn)脈沖偏壓；另一種是斬波控制式，通過控制升壓變壓器后級高壓側(cè)的斬波電路實(shí)現(xiàn)脈沖偏壓。
[0056]然而，在逆變控制式中，由于元器件寄生參數(shù)的存在，隨著脈沖頻率的增加，脈沖波形在經(jīng)過變壓器升壓、整流等處理后，脈沖波形會產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變現(xiàn)象，較難實(shí)現(xiàn)波形良好的尚頻脈沖偏壓輸出。
[0057]而在斬波控制式中，脈沖波形不受前級電容、電感等元器件的影響，脈沖偏壓畸變較小，波形良好，但是由于斬波電路的控制電路既需要傳遞開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號，又需要實(shí)現(xiàn)幾十千伏的高壓隔離，使得控制電路的設(shè)計(jì)比較困難，一旦出現(xiàn)高壓放電，容易損害驅(qū)動(dòng)電路元器件。
[0058]為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷并發(fā)展高頻脈沖電子束焊接，本發(fā)明提供了一種新的用于脈沖電子束焊接的偏壓電源裝置，該裝置尤其適用于O-1OOkHz的脈沖電子束焊接。
[0059]圖2示出了本實(shí)施例所提供的偏壓電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0060]如圖2所示，本實(shí)施例中，該偏壓電源裝置優(yōu)選地包括:基值生成電路200、脈沖生成電路201。其中，基值生成電路200用于產(chǎn)生第一直流電壓U1Q4，其輸出端正極作為整個(gè)偏壓電源裝置的電源正極，脈沖生成電路201用于產(chǎn)生脈沖電壓U2Q5，其輸出端正極接基值生成電路200的負(fù)極，輸出端負(fù)極作為整個(gè)偏壓電源裝置的電源負(fù)極。該偏壓電源裝置實(shí)際上等同于基值生成電路200與脈沖生成電路201的串聯(lián)，因此偏壓電源裝置的輸出電壓Ub應(yīng)為第一直流電壓UlQ4和脈沖電壓U2Q5之和，即Ub = UlQ4+U205。
[0061]需要指出的是，根據(jù)實(shí)際需要，基值生成電路200和脈沖生成電路201的位置可以互換，即脈沖生成電路201與基值生成電路200串聯(lián)，脈沖生成電路201的輸出端正極作為整個(gè)偏壓電源裝置的電源正極，而基值生成電路200的輸出端負(fù)極作為整個(gè)偏壓電源裝置的電源負(fù)極。
[0062]具體地，本實(shí)施例中，脈沖生成電路201優(yōu)選地包括峰值生成電路202、脈沖切換電路203及脈沖控制電路204。峰值生成電路202用于產(chǎn)生第二直流電壓U2Q4，其輸出端負(fù)極形成脈沖生成電路的輸出端負(fù)極。脈沖切換電路203的第一外接端形成脈沖生成電路201的輸出端正極，第二外接端和第三外接端分別與峰值生成電路202的輸出端正極和負(fù)極連接。脈沖切換電路203的控制端與脈沖控制電路204連接，其能夠通過控制端接收脈沖控制電路204傳輸來的脈沖控制信號，并在該脈沖控制信號的作用下控制第二直流電壓U.的輸出狀態(tài)，從而可以使脈沖生成電路產(chǎn)生脈沖的輸出電壓(即脈沖電壓)U205。
[0063]假設(shè)基值生成電路200所產(chǎn)生的第一直流電壓U1Q4的取值SVa，峰值生成電路202所產(chǎn)生的第二直流電壓U.的取值為Vb，當(dāng)脈沖切換電路203中的開關(guān)單元在控制信號的作用下導(dǎo)通時(shí)，脈沖生成電路201的輸出電壓U2q5等于第二直流電壓U2q4的取值Vb，此時(shí)該偏壓電源裝置的輸出電壓Ub = U1Q4+U2()5 = Va+Vb;而當(dāng)脈沖切換電路203中的開關(guān)單元在控制信號的作用下斷開時(shí)，脈沖生成電路201的輸出電壓為OV，此時(shí)該偏壓電源裝置的輸出電壓Ub =
Ul04+U205 — Va ο
[0064]因此當(dāng)控制信號以周期T變化時(shí)，偏壓電源裝置的輸出偏壓Ub將為一個(gè)基值為Va，峰值為Va+Vb，周期為T的脈沖電壓，此時(shí)該偏壓電源裝置工作于脈沖偏壓模式。而當(dāng)峰值生成電路202所產(chǎn)生的第二直流電壓U2Q4的取值Vb給定為O或脈沖切換電路203中的開關(guān)單元始終斷開時(shí)，偏壓電源裝置的輸出偏壓Ub將始終等于第一直流電壓U1Q4的輸出電SVa，此時(shí)該偏壓裝置工作于直流偏壓模式。
[0065]圖3示出了本實(shí)施例中基值生成電路200的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0066]如圖3所示，本實(shí)施例中，基值生成電路200優(yōu)選地包括:第一穩(wěn)壓電源301、第一逆變電路302、第一變壓器303、第一整流濾波電路304以及第一負(fù)載電阻305。其中，第一穩(wěn)壓電源301用于產(chǎn)生第一直流基準(zhǔn)電壓Uiqi，本實(shí)施例中，第一直流基準(zhǔn)電壓優(yōu)選地為0-500V范圍內(nèi)可調(diào)的直流電壓。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際需要，第一穩(wěn)壓電源301所輸出的第一直流基準(zhǔn)電源的取值范圍還可以為其他合理值，本發(fā)明不限于此。
[0067]第一逆變電路302與第一穩(wěn)壓電源301連接，其能夠?qū)Φ谝环€(wěn)壓電源301傳輸來的第一直流基準(zhǔn)電壓U1Q1進(jìn)行逆變處理，從而得到交流電壓U1Q2。第一逆變電路302在轉(zhuǎn)換得到交流電壓UlQ2后，會將交流電壓UlQ2傳輸給與之相連的第一變壓器303。
[0068]本實(shí)施例中，第一逆變電路302優(yōu)選地采用半橋逆變電路來實(shí)現(xiàn)，第一變壓器303優(yōu)選地采用高頻升壓變壓器來實(shí)現(xiàn)。高頻升壓變壓器能夠?qū)Φ谝荒孀冸娐?02傳輸來的交流方波進(jìn)行升壓，并將升壓后的高壓交流方波電壓U1Q3傳輸給第一整流濾波電路304。
[0069]需要指出的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第一逆變電路302和/或第一變壓器303還可以采用其他合理的電路形式來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明不限于此。
[0070]本實(shí)施例中，第一整流濾波電路304能夠?qū)Φ谝蛔儔浩?03傳輸來的電壓Uiq3進(jìn)行整流濾波，從而轉(zhuǎn)換得到第一直流電壓U1Q4，并將第一直流電壓U1Q4輸出至第一負(fù)載電阻R1的兩端。其中，當(dāng)?shù)谝环€(wěn)壓電源301輸出的第一直流基準(zhǔn)電壓在0-500V之間變動(dòng)時(shí)，第一整流濾波電路104輸出的第一直流電壓U1Q4則會優(yōu)選地在0-2500V之間變動(dòng)。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，通過調(diào)整第一變壓器303的參數(shù)，第一整流濾波電路304最終輸出的第一直流電壓U1Q4還可以取值為其他合理值，本發(fā)明不限于此。
[0071 ]圖4示出了本實(shí)施例中峰值生成電路202的電路結(jié)構(gòu)圖。從圖4中可以看出，本實(shí)施例所提供的峰值生成電路202與基值生成電路200的電路結(jié)構(gòu)相同，故在此不再對峰值生成電路202的電路結(jié)構(gòu)及其工作原理和過程進(jìn)行贅述。
[0072]如圖5所示，本實(shí)施例中，脈沖切換電路203優(yōu)選地包括:開關(guān)單元&、續(xù)流二極管D1以及第三負(fù)載電路R3。其中，開關(guān)單元Q1的第一外接端形成脈沖切換電路203的第一外接端，與基值生成電路200的輸出端負(fù)極連接;開關(guān)單元&的第二外接端形成脈沖切換電路203的第二外接端，與峰值生成電路202的輸出端正極連接;開關(guān)單元&的控制端與脈沖控制電路204連接。開關(guān)單元Q1能夠在脈沖控制電路204所輸出的控制信號Sn的作用下導(dǎo)通或斷開其第一外接端與第二外接端之間的連接，從而控制第二直流電壓U2Q4的的輸出狀態(tài)。
[0073]續(xù)流二極管D1的正極作為脈沖切換電路203的第三外接端與峰值生成電路202的輸出端負(fù)極連接，負(fù)極與開關(guān)管的第一外接端連接。第三負(fù)載電路R3并聯(lián)在續(xù)流二極管0:的兩端。
[0074]本實(shí)施例中，開關(guān)單元Q1優(yōu)選地采用開關(guān)管來實(shí)現(xiàn)。其中，當(dāng)開關(guān)管的控制端(SP柵極)接收到高電平信號時(shí)，開關(guān)管的第一外接端(即源極)與第二外接端(即漏極)之間被導(dǎo)通，此時(shí)脈沖生成電路201的輸出電壓等同于峰值生成電路202的輸出電壓，偏壓電源裝置可以等效為基值生成電路200與峰值生成電路202相串聯(lián)，輸出偏壓Ub即為第一直流電壓U104與第二直流電壓U2q4之和；當(dāng)開關(guān)管的柵極接收到低電平信號時(shí)，開關(guān)管的源極與漏極之間的電連接被斷開，此時(shí)峰值生成電路202不再參與偏置電壓的輸出，脈沖生成電路的輸出電壓U.為0V，整個(gè)偏壓電源裝置所輸出的電壓Ub即為第一直流電壓U104。
[0075]本實(shí)施例所提供的偏壓電源裝置利用由開關(guān)單元組成的脈沖切換電路來控制最終所生成的脈沖電壓，相較于現(xiàn)有方法，本實(shí)施例所采用的這種方式能夠有效減小所生成的脈沖電壓的畸變，從而使得所生成的脈沖電壓具有更好的波形。
[0076]本實(shí)施例中，控制信號Sn是由脈沖控制電路204生成的方波信號，圖6示出了脈沖控制電路204的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0077]如圖6所示，本實(shí)施例中，脈沖控制電路優(yōu)選地包括:載波信號生成電路600、信號調(diào)制電路603、功率放大電路604、電壓隔離電路605、信號解調(diào)電路606以及基帶信號生成電路607 0
[0078]為了更加清楚地闡述本實(shí)施例所提供的脈沖控制電路的電路原理以及工作過程，以下結(jié)合圖7所示的脈沖控制電路工作波形示意圖來對脈沖控制電路作進(jìn)一步的說明。
[0079]載波信號生成電路600用于生成第一載波信號和第二載波信號，這兩個(gè)載波信號相互反相。具體地，如圖6所示，載波信號生成電路600優(yōu)選地包括方波振蕩器601和二分頻電路602。其中，方波振蕩器601能夠生成高頻方波信號(即基準(zhǔn)方波信號)S1。本實(shí)施例中，方波振蕩器601所生成的方波信號S1的頻率優(yōu)選地大于2MHz，方波信號&的振幅為5V。
[0080]二分頻電路602與方波振蕩器601連接，其能夠?qū)Ψ讲ㄕ袷幤?01所傳輸來的高頻方波信號行分頻，從而得到第一載波信號S2和第二載波信號S3。如圖7所示，第一載波信號SdP第二載波信號S3的相位相反，且頻率均為高頻方波信號S1的頻率的一半，同時(shí)，這兩個(gè)載波信號的最大電壓值同為5V。
[0081]需要指出的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，載波信號生成電路600還可以采用其他合理的電路或器件來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明不限于此。
[0082]本實(shí)施例中，基帶信號生成電路607所生成的基帶信號優(yōu)選地為Pmi脈沖信號，根據(jù)實(shí)際需要，基帶信號生成電路607能夠調(diào)節(jié)所生成的基帶信號的頻率以及占空比。具體地，基帶信號生成電路607可以生成頻率在O-1OOkHz、占空比在0-100%范圍內(nèi)可調(diào)的基帶信號。
[0083]需要指出的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際需要，基帶信號生成電路607所產(chǎn)生的基帶信號的頻率可以處于其他合理區(qū)間，本發(fā)明不限于此。
[0084]信號調(diào)制電路603與載波信號生成電路600連接，其能夠?qū)⒒鶐盘朣4分別加載到第一載波信號S2和第二載波信號S3上，從而分別得到第一調(diào)制信號S5和第二調(diào)制信號S6。
[0085]具體地，本實(shí)施例中，信號調(diào)制電路603優(yōu)選地采用二進(jìn)制幅移鍵控(2ASK)的方式來利用基帶信號S4分別將第一載波信號SdP第二載波信號S3調(diào)制成第一調(diào)制信號S5和第二調(diào)制信號S6。如圖7所示，本實(shí)施例中，第一調(diào)制信號SdP第二調(diào)制信號S6為間斷的方波信號。
[0086]第一調(diào)制信號S5和第二調(diào)制信號S6均為弱信號，其最大電壓為5V。為了提高信號的驅(qū)動(dòng)能力，本實(shí)施例所提供的脈沖控制電路204采用功率放大電路604來分別對信號調(diào)制電路603傳輸來的第一調(diào)制信號S5和第二調(diào)制信號S6進(jìn)行功率放大并分別得到相互反相的電壓信號S7和電壓信號S8。本實(shí)施例中，經(jīng)過功率放大得到的電壓信號S7和電壓信號S8的最大電壓值達(dá)到12V。
[0087]電壓隔離電路605與功率放大電路604連接，本實(shí)施例中，電壓隔離電路605優(yōu)選地采用高壓隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)。圖8示出了本實(shí)施例中功率放大電路604與電壓隔離電路605的連接關(guān)系圖。
[0088]從圖8中可以看出，本實(shí)施例中，功率放大電路604分別將電壓信號S7和電壓信號Ss傳輸?shù)綐?gòu)成電壓隔離電路605的高壓隔離變壓器的初級線圈(即原邊)，電壓信號S7和電壓信號S8之間的壓差可以用電壓信號S9進(jìn)行表示。輸入的電壓信號S9經(jīng)電壓隔離電路605處理后，轉(zhuǎn)換為如圖7所示的間斷地正負(fù)交替的交流方波電壓信號S10。
[0089]本實(shí)施例中，電壓隔離電路605不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電能的傳輸，還能夠隔離高壓電路對脈沖控制電路的影響。
[0090]在此如圖6所示，信號解調(diào)電路606與電壓隔離電路605電連接，其能夠?qū)﹄妷焊綦x電路605傳輸來的電壓信號S1進(jìn)行解調(diào)，從而得到電壓信號S1中所包含的控制信號Sn。從圖7中可以看出，本實(shí)施例中，信號解調(diào)電路606解調(diào)得到的控制信號Sn與基帶信號S4的波形相同，但其最大電壓值由5V增大到了 12V。
[0091]為了更加清楚地說明本實(shí)施例所提供的偏壓電源裝置的工作原理以及工作過程，以下結(jié)合圖9所示的偏壓電源裝置的工作原理示意圖來進(jìn)行進(jìn)一步地闡述。
[0092]如圖9所示，本實(shí)施例中，基值生成電路200所生成的第一直流電壓U1Q4的電壓值為Va，峰值生成電路202所生成的第二整流電壓U2Q4的電壓值為Vb。
[0093]當(dāng)該偏壓電源裝置處于脈沖模式下時(shí)，脈沖控制電路204所生成的控制信號Sn是一周期為T、占空比為D(D = Td/T)的電壓信號，此時(shí)脈沖生成電路的輸出電壓1]2()5為脈沖方波形式的電壓，該電壓的基值為O，峰值為Vb。
[0094]由于整個(gè)偏壓電源裝置等效于基值生成電路200與脈沖生成電路201相串聯(lián)，因此此時(shí)所輸出的偏壓Ub將是一基值為Va、峰值為V。( Vc = Va+Vb )的脈沖方波電壓。
[0095]根據(jù)偏壓與束流的關(guān)系，當(dāng)偏壓的取值為VJt，對應(yīng)束流為Ip;當(dāng)偏壓的取值為V。時(shí)，對應(yīng)束流為lb。因此，利用脈沖的電壓Ub可以得到如圖9所示的基值為Ib、峰值為Ip的脈沖的電子束流I。，其中，電子束流I。的周期為T、占空比為σ為1-D= (T-Td)/T。
[0096]當(dāng)該偏壓電源裝置處于直流模式下時(shí)，需使峰值生成電路202所產(chǎn)生的第二直流電壓U.的取值Vb給定為O或脈沖切換電路203始終斷開，此時(shí)脈沖生成電路201的輸出電壓始終為0V，偏壓電源裝置輸出的偏壓Ub將始終為第一直流電壓U1Q4的電壓值￥3，根據(jù)偏壓與束流的關(guān)系可以得到幅值為^連續(xù)電子束流。
[0097]此外，本發(fā)明還提供了一種脈沖電子束焊機(jī)，該脈沖電子束焊機(jī)的偏壓電源裝置采用如上所述的偏壓電源裝置。
[0098]從上述描述中可以看出，在本實(shí)施例所提供的偏壓電源裝置中，基值生成電路與脈沖生成電路彼此相互獨(dú)立、互不干擾，這樣有利于實(shí)現(xiàn)對脈沖偏壓基值和峰值的精確調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對束流幅值的精確調(diào)節(jié)。
[0099]同時(shí)，該偏壓電源裝置利用由開關(guān)管組成的脈沖切換電路來控制脈沖生成電路最終的電壓輸出，這樣也就能夠克服前級電容、電感等級器件對脈沖偏壓波形的影響，從而實(shí)現(xiàn)上升沿以及下降沿均較陡的脈沖偏壓波形，進(jìn)而使得產(chǎn)生的脈沖束流波形得以改善。
[0100]此外，該偏壓電源裝置采用載波技術(shù)來傳遞Pmi控制信號，其能夠傳遞0-100kHZ、占空比為0-100 %的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號，這樣也就能夠?qū)崿F(xiàn)O-1OOkHz的脈沖偏壓，從而產(chǎn)生對應(yīng)頻率的脈沖束流。
[0101]并且，通過調(diào)節(jié)基值生成電路以及峰值生成電路所輸出的直流電壓以及脈沖控制電路所輸出的控制信號，該偏壓電源裝置既能夠產(chǎn)生直流電壓，又能夠產(chǎn)生脈沖電壓，即能夠在同一臺焊機(jī)上既實(shí)現(xiàn)連續(xù)束流電子束焊接又實(shí)現(xiàn)脈沖電子束焊接，從而滿足不同焊接工藝的需求。
[0102]應(yīng)該理解的是，本發(fā)明所公開的實(shí)施例不限于這里所公開的特定結(jié)構(gòu)，而應(yīng)當(dāng)延伸到相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的這些特征的等同替代。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在此使用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而并不意味著限制。
[0103]說明書中提到的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意指結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，說明書通篇各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”并不一定均指同一個(gè)實(shí)施例。
[0104]雖然上述示例用于說明本發(fā)明在一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用中的原理，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的原理和思想的情況下，明顯可以在形式上、用法及實(shí)施的細(xì)節(jié)上作各種修改而不用付出創(chuàng)造性勞動(dòng)。因此，本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書來限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
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，包括: 基值生成電路，其用于產(chǎn)生第一直流電壓，其輸出端正極形成偏壓電源裝置的電源正極； 脈沖生成電路，其輸出端正極與所述基值生成電路的輸出端負(fù)極連接，輸出端負(fù)極形成所述偏壓電源裝置的電源負(fù)極，用于產(chǎn)生脈沖電壓，以使得第一直流電壓與所述脈沖電壓疊加形成所需要的偏置電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述基值生成電路包括: 第一穩(wěn)壓電源，其用于產(chǎn)生第一直流基準(zhǔn)電壓； 第一逆變電路，其與所述第一穩(wěn)壓電源連接； 第一變壓器，其原邊與所述第一逆變電路連接； 第一整流濾波電路，其與所述第一變壓器的副邊連接； 第一負(fù)載電阻，其一端與所述第一整流濾波電路的輸出端正極連接并形成所述基值生成電路的輸出端正極，另一端與所述第一整流濾波電路的輸出端負(fù)極連接并形成所述基值生成電路的輸出端負(fù)極。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述脈沖生成電路包括: 峰值生成電路，其用于產(chǎn)生第二直流電壓，其輸出端負(fù)極形成所述脈沖生成電路的輸出端負(fù)極； 脈沖切換電路，其第一外接端形成所述脈沖生成電路的輸出端正極，第二外接端與所述峰值生成電路的輸出端正極連接，第三外接端與所述峰值生成電路的輸出端負(fù)極相連；脈沖控制電路，其與所述脈沖切換電路的控制端連接，用于產(chǎn)生脈沖控制信號以控制所述脈沖切換電路的工作狀態(tài)，從而控制所述脈沖生成電路產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖電壓。4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述峰值生成電路與所述基值生成電路的電路結(jié)構(gòu)相同。5.如權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述脈沖切換電路包括: 開關(guān)單元，其第一外接端形成所述脈沖切換電路的第一外接端，與所述基值生成電路的輸出端負(fù)極連接，第二外接端形成所述脈沖切換電路的第二外接端，與所述峰值生成電路的輸出端正極連接，控制端形成所述脈沖切換電路的控制端，與所述脈沖控制電路連接，其用于在所述控制信號的作用下通過開通或關(guān)斷來控制所述第二直流電壓的輸出狀態(tài)；續(xù)流二極管，其正極形成所述脈沖切換電路的第三外接端，與所述峰值生成電路的輸出端負(fù)極連接，負(fù)極與所述開關(guān)單元的第一外接端連接，其用于在所述開關(guān)單元關(guān)斷時(shí)為所述偏壓電源裝置提供內(nèi)部電流通道。 第三負(fù)載電阻，其與所述續(xù)流二極管并聯(lián)。6.如權(quán)利要求3?5中任一項(xiàng)所述的電路，其特征在于，所述脈沖控制電路包括: 載波信號生成電路，其用于生成兩個(gè)反相的載波信號； 信號調(diào)制電路，其與所述載波信號生成電路連接，用于利用基帶信號分別對所述第一載波信號和第二載波信號進(jìn)行調(diào)制，分別得到第一調(diào)制信號和第二調(diào)制信號； 功率放大電路，其兩個(gè)輸入端分別與所述信號調(diào)制電路的兩個(gè)輸出端對應(yīng)連接； 電壓隔離電路，其輸入端與所述功率放大電路的輸出端連接； 信號解調(diào)電路，其輸入端與所述電壓隔離電路的輸出端連接，輸出端形成所述脈沖控制電路的輸出端來與所述脈沖切換電路的控制端連接。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述脈沖控制電路還包括: 基帶信號生成電路，其與所述信號調(diào)制電路連接，用于將所生成的基帶信號傳輸給所述信號調(diào)制電路。8.如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述載波信號生成電路包括: 方波振蕩器，其用于產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率的基準(zhǔn)方波信號； 二分頻電路，其與所述方波振蕩器連接，用于對所述基準(zhǔn)方波信號進(jìn)行處理，得到頻率減半的第一載波信號和第二載波信號。9.如權(quán)利要求6?8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述信號調(diào)制電路配置為利用基帶信號采用二進(jìn)制幅移鍵控的方式進(jìn)行信號調(diào)制。10.如權(quán)利要求6?9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述脈沖控制電路能夠通過改變所述基帶信號的頻率和/或占空比來調(diào)節(jié)所述偏壓電源裝置輸出脈沖電壓的頻率和/或占空比。11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述基帶信號的頻率范圍包括[O，10kHz]ο12.—種脈沖電子束焊機(jī)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1?11中任一項(xiàng)所述的偏壓電源裝置。
【文檔編號】B23K15/02GK105880821SQ201610351675
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】齊鉑金, 范霽康
【申請人】北京航空航天大學(xué)