一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高压开关电源装置，特别涉及一种采用微纹波化k式变换器的电子束 焊机电源高压稳压方法及装置。
【背景技术】
[0002] 电子束焊机巧lectronBeamWelding,简称邸W)高压稳定电源主要用于为电子枪 提供加速电压，其性能的好坏直接决定着电子束焊接工艺和焊接质量。其电源具有效率高。 能量密度大。稳压范围宽等一系列优点，得到越来越广泛的应用，但由于它存在的固有高纹 波输出电压，使其适用范围受到了限制。然而开关电源由于其自身结构必然会产生纹波，高 压电压的电容滤波需要一定的电容量但是在高压条件下只能选择小容量级别的电容，因为 变换器电容电流有很大峰值电流因此可能还会出现电容失效的可能，另一个是高压开关电 源中开关器件的频率也有很多限制，因为一方面考虑到提高开关频率要减少电感、电容、变 压器的大小，该样可W降低谐波含量；另一方面，开关频率太高又会引起较大的开关损耗， 使变换器的效率会有所降低，因此输出纹波成为了开关电源中关键性问题。
[0003] 现有技术中，采用滤波法滤除输出纹波是常用的方法之一，滤波器包括有源、无源 滤波器，滤波器是在输出回路中并联或者串联若干电阻电容来实现的，该方法必须通过详 细严谨的计算得出纹波频率特性，从而选出精确的阻值和容值，该方法一旦电容、电阻失效 或阻值和容值计算不精确，有可能混入新的纹波、噪声，反而加大了输出纹波，该方法适用 于小功率开关电源，在大电流大功率的开关电源中有不同的损耗，开关电源的体积也会随 之增大。
[0004] 由于开关电源纹波产生的其中一个主要因素在于开关管的开通关断，因此可W在 开关管部分设计吸收开关尖锋脉冲的电路，但是该方法适用于开关外置的拓扑结构，对于 一些内置集成开关管的集成模块就无能为力，而且该方法需要精确复杂的计算，操作性较 差。
[0005] 直流电源侧增加高频纹渡技术，通过在直流电源侧增加高频纹渡处理单元来降低 开关电源的纹波，但该个方案需要增加额外的控制回路和复杂的辅助电路，价格比较高，且 整个开关电源系统由分立元件构成，存在集成度差和功率密度低的不足。
[0006] 冲量控制技术中，提出了基于冲量等效原理的冲量控制技术如单周控制技术，并 将其应用于直流开关电源中W消除直流开关电源的输出低频纹波，同时采用了BUCK(降压 变换器）电路进行的仿真研究表明：其输出低频纹波也只是理论上小于5mV，并不是完全消 除，限制了高压开关电源的频率和输出电压，应用范围有限。
[0007] 高压开关电源输出纹波的问题，一直是大功率高压稳压电源所存在的技术难题， 同时在传统的电压控制模式中，无论电路内部何处产生干扰，最终都要经过反馈电路才能 获得调节，而影响了调节的速度，系统中任何位置的变化均要传到输出端，并经过反馈之后 才能使系统做出相应的调整，该样系统的动态响应特性比较差。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种采用微纹波化k式变换器的电 子束焊机电源高压稳压方法及装置，该方法对输入电压要求不高，输出平滑的直流电压，输 出脉动小，可调节输出电流脉动纹波大小，将输出电流脉动纹波降到最小，操作简单，不需 大量复杂的计算、推导；该装置的体积小，传输效率高，抗电网干扰能力较强，电源开关的损 耗小。
[0009] 实现本发明目的的技术方案：
[0010] 一种采用微纹波化k式变换器的电子束焊机电源高压稳压方法，包括如下步骤：
[0011] 1)H相交流电源经升压、整流、滤波后，获得高压电压；
[0012] 2)高压电压经过直流变换器，通过控制开关器件的通断占空比来调整输出电压；
[0013] 3)输出电压通过比例积分微分变化率控制器（Propo;rtiona；L-Integral-Differe ntialController,简称PID)的电压外环和电流内环反馈，并与设定值比较，比较得出的误 差的电压作为控制信号经过脉宽调制（PulseWi化hMo化lation，简称PWM)电路，通过控制 功率器件的占空比，可W调整输出电压的大小；
[0014] 4)在输出电容处获得纹波极小的高压稳压输出电压。
[0015] 步骤2)中直流变换器为化k电路：
[001引化k电路包括输入电感Li和输出电感12,两个电感Li、L2之间相互禪合，当开关管Vt导通时，电感L1中的电流线性增长，电容C1通过VT和L2形成放电回路，二极管VD处于反 偏状态，电感Li和L义间的互感系数是M，可W推导如下公式
[0017]
【主权项】
1. 一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压方法，其特征在于，包括 如下步骤： 1) 三相交流电源经升压、整流、滤波后，获得高压电压； 2) 高压电压经过直流变换器，通过控制开关器件的通断占空比来调整输出电压； 3) 输出电压通过比例积分微分变化率控制器（Proportional-Integral-Differenti al Controller,简称PID)的电压外环和电流内环以及过流保护反馈，并与设定值比较，I：匕 较得出的误差的电压作为控制信号经过脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM)电 路，通过控制功率器件的占空比，可以调整输出电压的大小； 4) 在输出电容处获得纹波极小的1?压稳压输出电压。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中直流变换器为Cuk电路： Cuk电路包括输入电感L1和输出电感L 2，两个电感LpL2之间相互耦合，当开关管V :导 通时，电感L1中的电流线性增长，电容C i通过V L 2形成放电回路，二极管V D处于反偏状 态，电感LJP L 2之间的互感系数是M，可以推导如下公式
式中仏是Cuk电路的输入电压，di /dt是输入电感1^的电流变化率，di 2/dt是输出电 感1^2的电流变化率，M是互感系数；
式中仏是Cuk电路的输入电压，di /dt是输入电感1^的电流变化率，di 2/dt是输出电 感1^2的电流变化率，M是互感系数； 令
式中仏是Cuk电