一种电子帘加速器专用高频高压电源的制作方法

1.本实用新型涉及一种加速器用的高压电源。具体说涉及一种电子帘加速器专用高频高压电源 。


背景技术：

2.电子帘加速器专用高频高压电源核心部分是高频高压电源和电子枪，其中高压电源的控制精度和灵活程度都能够直接影响电子枪的寿命和高频高压电源 的故障率。目前的技术手段对于电子帘加速器的控制精度和灵活性都难以达到长时间使用，对于现有的电子帘加速器来说，电子枪的寿命普遍较短，电子帘加速器因为电子枪内灯丝在升温过程中，会释放气体，这些气体在高压电场下，会电离成大量带电离子，导致电子帘放电造成损坏，而且灯丝在600-700度会发生截面灯丝改变现象，从而产生热斑导致灯丝加热不均匀而致使电子枪灯丝损坏；现有的电子帘加速器对于管电流的控制都采用灯丝模拟闭环控制和栅压数字闭环控制的分体控制，很难实现一个反馈量同时控制电流和栅压的闭环，会出现管电流控制精度不够，无法精准调整的缺陷；现有的电子帘加速器高压系统在运行过程中极易出现打火、放气以及放电的异常状态，从而引起的保护不到位，损坏一些敏感电子器件，最终导致电子帘加速器的故障率频繁发生。由于现有技术存在的缺陷，使得电子帘加速器专用高频高压电源 工作效率低下，无法连续长时间工作，使用寿命短，适应性差，不能广泛使用。


技术实现要素：

3.根据上述现有电子帘加速器高频高压电源存在的问题，本实用新型提出一种电子帘加速器专用高频高压电源 。
4.为实现上述目的，本实用新型的提出一种用于电子帘加速器专用高频高压电源 ，包括：stm32f103微处理器、rj45通信口、人机交换模块、电源变换电路、kv闭环控制电路、ma闭环控制电路、保护电路、外围输入口、外围信息采集电路、灯丝驱动模块、栅压驱动模块、高压驱动模块、高压发生器；
5.其中微处理器的接口pa14连接型号为bsm75gb170dn2的高压驱动模块，微处理器的接口pa13连接型号为50n65的灯丝驱动模块，微处理器的接口pa11连接型号为irf540n的栅压驱动模块，高压驱动模块、灯丝驱动模块及栅压驱动模块分别与高压发生器连接，微处理控制器的接口pb3连接型号为bsm75gb170dn2的电源变换电路，微处理控制器的接口vss_2连接型号为sg3525的ma闭环控制电路，微处理控制器的接口pa15连接型号为sg3525的kv闭环控制电路，微处理控制器的接口pb14连接保护电路，微处理控制器的接口pb13连接型号为w5500的rj45通信模块的接口发送端，微处理控制器的接口pb12连接rj45通信模块的接口接收端，rj45通信模块通信接口连接人机交换模块，微处理控制器的输入接口连接外围信息采集电路的输出接口，外围出入口连接外围信息采集电路。
6.其中，电子帘加速器专用高频高压电源 采用微处理器为控制核心，该 核心控制
系统还包括灯丝驱动模块，栅压驱动模块、高压驱动模块、外围信息采集模块；微处理器分别控制灯丝驱动模块、栅压驱动模块、高压驱动模块的正常运行，通过对管压和管流采集来的电压和电流信号进行处理，然后生成相对应的灯丝控制信号、栅压控制信号和高压控制信号，进行控制灯丝驱动模块、栅压驱动模块和高压驱动模块，从而控制电子帘加速器专用高频高压电源 产生系统可控的高压电源供电子帘加速器负载使用；微处理器与rj45通信模块、电源变换电路、保护电路、外围信息采集电路相连接，人机交换模块与rj45通信模块相连接，当系统送电后，由上位机人机交换模块发出指令，微处理器接收指令并根据指令发出实时控制信号使系统正常运行，当系统出现异常，保护电路迅速发出保护指令送给微处理器，微处理器根据异常发出一系列的保护动作并通过rj45通信接口传递给人机交换模块，保护高压系统及负载。
7.其中，电子帘加速器专用高频高压电源 采用双闭环控制管流调节，这两个双闭环控制分别是灯丝驱动模块和栅压驱动模块都采用数字模拟双闭环的控制技术，微处理器和第四控制芯片u4（sg3525）实现灯丝驱动模块的数字模拟的双闭环控制，微处理器和第五控制芯片u5(sg3525)实现栅压驱动模块的数字模拟双闭环控制器，系统在工作时电子枪阴极会工作在阴极发射限制状态和空间电荷限制状态，当工作在阴极发射限制状态时，通过灯丝驱动模块的模拟闭环调整和栅压驱动模块的数字闭环调整改变灯丝电流，从而控制发射电流，当工作在空间电荷限制状态时，通过灯丝驱动模块数字闭环调整和栅压驱动模块模拟闭环调整改变引出电压控制从而控制发射电流。
8.其中，采用400hz交流电源为灯丝驱动模块电源驱动灯丝。
9.其中，对灯丝驱动模块电路采用逐波限流控制。
10.其中，在高压发生器内加入放气限流电阻，保护电路采用增加浪涌保护抑制器、隔离模块采样，星形接地技术手段。
11.其中，在人机交换模块中设有自动训机的功能，当电子帘加速器一段时间没有使用，则根据停机时间判断是否需要对灯丝进行训机。
12.其中，微处理器的接口连接外围输入信息采集电路，外围信息采集电路连接外围输入口，外围输入口接入冷却装置内的流量和温度信号输出端口，及时读取系统的温度和流量，再通过rj45通信模块将该信号向外传递，当高压电源发现读取到的流量有故障或者在0.5秒内没有读取到冷却泵发送的数据帧，则确定冷却系统有故障，并立即关断高压，以保护电子帘加速器。
13.其中，本套电源设有多种调试模式，分别对管压，管流，灯丝，栅压，前级输出电压进行独立调试，对各项保护功能进行独立测试。
14.本实用新型的有益技术效果为：采用以上技术，很好的克服了现有技术的不足与弊端，高压发生器的控制电路采用带前级调压的全桥电路，输出稳定度高；采用双边多倍压整流电路，输出纹波低，使输出的电压压纯度更高，进一步实现电子束的高效发射，实现高产额的优点；采用硬件打火识别电路，可以在放电瞬间自动限制输入高压发生器的能力，提高了系统在故障时有进一步的保护能力，使得系统放电仍然能够保证高压发生器完好；灯丝和栅压采用模拟和数字双闭环控制技术，实现控制灵活性，使系统可稳定有效运行；灯丝变压器采用树脂浇筑模块化设计，增大灯丝模块的绝缘，避免灯丝模块在高端高压时发生打火现象；高压绝缘设计采用油纸复合绝缘以减小体积，让整个系统 重量轻，体积小，可便
于移动的优点。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
16.图1为本实用新型的结构框图
17.图2系统控制电路连接图
18.图3系统控制电路stm32f103微处理器连接部分局部放大图
19.图4系统控制电路控制芯片连接部分局部放大图
20.图5系统主功率电源变换部分局部放大图
21.图中：1、电源变化电路 ，2、kv闭环控制电路 ，3、ma闭环控制电路， 4、 rj45通信口 ，5、stm32f103微处理器， 6、保护电路，7、人机交换模块，8、灯丝驱动模块， 9、栅压驱动模块，10、高压驱动模块， 11、外围信息采集电路， 12、 高压发生器，13、外围输入口。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例，仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
24.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
25.一种用于电子帘加速器专用高频高压电源 ，如图所示，包括：stm32f103微处理器5、rj45通信口4、人机交换模块7、电源变换电路1、kv闭环控制电路2、ma闭环控制电路3、保护电路6、外围输入口13、外围信息采集电路11、灯丝驱动模块8、栅压驱动模块9、高压驱动模块10、高压发生器12；
26.其中微处理器5的接口pa14连接型号为bsm75gb170dn2的高压驱动模块10，微处理器5的接口pa13连接型号为50n65的灯丝驱动模块8，微处理器5的接口pa11连接型号为irf540n的栅压驱动模块9，高压驱动模块10、灯丝驱动模块8及栅压驱动模块9分别与高压发生器12连接，微处理控制器5的接口pb3连接型号为bsm75gb170dn2的电源变换电路1，微处理控制器5的接口vss_2连接型号为sg3525的ma闭环控制电路3，微处理控制器5的接口pa15连接型号为sg3525的kv闭环控制电路2，微处理控制器5的接口pb14连接保护电路6，微处理控制器5的接口pb13连接型号为w5500的rj45通信模块4的接口发送端，微处理控制器5的接口pb12连接rj45通信模块4的接口接收端，rj45通信模块4通信接口连接人机交换模块
7，微处理控制器5的输入接口连接外围信息采集电路11的输出接口，外围出入口13连接外围信息采集电路11。
27.所述rj45通信口，用于上位机人机交换信号的发送和接收。
28.所述人机交换模块，用于上位机显示控制，人员操作控制系统运行。
29.所述电源变化电路，用于将输入380v交流电压整流变化为高压电源信号，灯丝电源信号，栅压电源信号，及系统所需若干辅助电源信号。
30.所述kv闭环控制电路，用于将高压发生器输出高压调整控制为上位机设定高压。
31.所述ma闭环控制电路，用于高压发生器输出管电流调整控制为上位机设定管流。
32.所述保护电路，用于系统异常时候及时保护各电路。
33.所述外围输入口，用于采集外围输入信号，将外围信息送给采集电路。
34.所述外围信息采集电路，用于将外围输入信号调整为微处理器可识别的有用信号，进一步做出根据采集信息进行调整。
35.所述灯丝驱动模块，用于接收电源变换电路变换后的灯丝电源，而后送往高压发生器内部。
36.所述栅压驱动模块，用于接收电源变换电路变换后的栅压电源，而后送往高压发生器内部。
37.所述高压驱动模块，用于接收电源变换电路变换后的高压电源，而后送往高压发生器内部。
38.所述高压发生器，用于接收灯丝、栅压、高压电源，经高压发生器内升压送给负载输出。
39.在一实例中电子帘加速器专用高频高压电源 采用微处理器5为控制核心，该 核心控制系统还包括灯丝驱动模块8，栅压驱动模块9、高压驱动模块10、外围信息采集模块11；微处理器5分别控制灯丝驱动模块8、栅压驱动模块9、高压驱动模块10的正常运行，通过对管压和管流采集来的电压和电流信号进行处理，然后生成相对应的灯丝控制信号、栅压控制信号和高压控制信号，进行控制灯丝驱动模块8、栅压驱动模块9和高压驱动模块10，从而控制电子帘加速器专用高频高压电源 产生系统可控的高压电源供电子帘加速器负载使用。微处理器5与rj45通信模块4、电源变换电路1、保护电路6、外围信息采集电路11相连接，人机交换模块7与rj45通信模块4相连接，当系统送电后，由上位机人机交换模块7发出指令，微处理器5接收指令并根据指令发出实时控制信号使系统正常运行，当系统出现异常，保护电路6迅速发出保护指令送给微处理器5，微处理器5根据异常发出一系列的保护动作并通过rj45通信接口4传递给人机交换模块7，保护高压系统及负载。
40.在一实施例中，电子帘加速器专用高频高压电源 采用双闭环控制管流调节，这两个双闭环控制分别是灯丝驱动模块8和栅压驱动模块9都采用数字模拟双闭环的控制技术。在图2中微处理器和第四控制芯片u4（sg3525）实现灯丝驱动模块的数字模拟的双闭环控制，微处理器和第五控制芯片u5(sg3525)实现栅压驱动模块的数字模拟双闭环控制器，系统在工作时电子枪阴极会工作在阴极发射限制状态和空间电荷限制状态，当工作在阴极发射限制状态时，通过灯丝驱动模块8的模拟闭环调整和栅压驱动模块9的数字闭环调整改变灯丝电流，从而控制发射电流，当工作在空间电荷限制状态时，通过灯丝驱动模块8数字闭环调整和栅压驱动模块9模拟闭环调整改变引出电压控制从而控制发射电流。双闭环控制
方式是系统运行的核心，任一闭环控制方式出现故障都会产生管压管流的抖动，对于高压电源管流的抖动会引起管压十几甚至几十千伏的抖动，一旦超过高压系统的极限耐压就会发生击穿爬电等损坏，造成大量的经济损失，因此采用所述灯丝驱动模块和栅压驱动模块的数字模拟双闭环控制方式保证系统稳定的工作在高精度的状态。
41.在一实时例中，采用400hz交流电源为灯丝驱动模块8电源驱动灯丝。这样可以消除灯丝直流电场导致的电子发射不均匀性。灯丝在此频率下，感抗较小，可以有效加热，为进一步防止灯丝电流过高进而温度过高，灯丝局部温度过高导致寿命缩短。
42.其中对灯丝驱动模块电路采用逐波限流控制，可以防止由于灯丝阻抗的突变导致灯丝电流的不稳定，使电子枪内电子均匀有效的发射。
43.其中在高压发生器内加入放气限流电阻，保护电路6采用增加浪涌保护抑制器、隔离模块采样，星形接地技术手段，这样可以有效防止电子帘在工作中打火，导致高压上的各种电源和元件以及地电位端敏感性部件打坏。
44.其中在人机交换模块中设有自动训机的功能，当电子帘加速器一段时间没有使用，则根据停机时间判断是否需要对灯丝进行训机。训机时逐步提高加热电流，防止因为电子帘加速器的电子枪内灯丝在升温过程中释放的气体在高压电场下，会电离成大量带电离子，导致电子帘放电，而且灯丝在600-700度会发生截面灯丝改变现象，加入训机功能可控制灯丝加热过程直接跳过600-700度区域防止热斑，进一步延长电子枪的实用寿命。
45.在一实例中微处理器5的接口连接外围输入信息采集电路11，外围信息采集电路11连接外围输入口13，外围输入口13接入冷却装置内的流量和温度信号输出端口，及时读取系统的温度和流量，再通过rj45通信模块4将该信号向外传递。当高压电源发现读取到的流量有故障或者在0.5秒内没有读取到冷却泵发送的数据帧，则确定冷却系统有故障，并立即关断高压，以保护电子帘加速器。
46.此外本套电源设有多种调试模式，分别对管压，管流，灯丝，栅压，前级输出电压进行独立调试，对各项保护功能进行独立测试，为保证设备高效正常运行，前期调试是必不可少的步骤，加入多种调试模式可以大量提高操作人员的调试效率。
47.简单的说,本实用新型电子帘专用高频高压电源 采用具有双边倍压整流电流的20khz高频发生器，最大功率2000w，主变驱动电路采用ac380v电源输入，整流为500v直流电压，再经过buck电路调压为0-500v可调压直流电，最后用全桥逆变电路斩波为20khz 高频交流电，驱动高压发生器高压包，灯丝驱动电路采用ac220v电源输入，整流为280v直流电，再经过buck电路调压为0-200v可调压直流电，最后用半桥斩波为400hz交流电，驱动高压灯丝变压器，栅压驱动采用36v开关电源输入，经过buck电路调压为0-30v可调压直流电，最后推挽电路变换为40khz交流电，驱动栅压包。为了能够使电子帘加速器专用高频高压电源 稳定高效运行，采用400hz交流电源给灯丝驱动电路供电，由于空间电荷和发射限制的影响，灯丝驱动模块8和栅压驱动模块9均采用双闭环的控制技术，对于系统中易出现的打火，放气等异常现象带来的影响，高压发生器内采用限流、隔离、星形接地等多种技术手段保护高压发生器正常运行，其原理这里不再赘述。
48.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。