复合脉冲电子束偏压电路、偏压电源和电子枪

本发明涉及电子束加工设备，特别涉及一种复合脉冲电子束偏压电路、偏压电源和电子枪。

背景技术：

1、高频复合脉冲电子束焊接是一种先进的焊接技术，它结合了高频和低频脉冲的特点，以实现对焊接过程更精细地控制，以提高焊接质量和效率。在电子束增材制造过程中，这种复合脉冲电子束焊接技术对焊接质量和效率有着显著的影响，低频脉冲主要用于提供稳定的熔化速率和热量输入，而高频脉冲则用于更精确地控制熔滴过渡和熔池动态行为。

2、目前高频脉冲电子束偏压电源技术门槛高，因此较难进一步研制高频复合脉冲电子束偏压电源。其中，高压油箱处使用斩波电路实现脉冲偏压还存在很多技术难题，例如驱动信号容易受到复杂电磁环境影响、驱动信号传递需要几十千伏的高压隔离、实现可靠关闭mos管输出的控制电路较为复杂和高压放电时容易损坏等；

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种复合脉冲电子束偏压电路、偏压电源和电子枪。

2、一种复合脉冲电子束偏压电路，包括：低压电路、控制模块和高压电路；

3、所述低压电路包括降压式变换电路和逆变电路，所述降压式变换电路的输入端用于与电源的输出端连接，所述降压式变换电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与所述高压电路的输入端连接，所述高压电路的输出端用于与负载连接；

4、所述控制模块的第一输出端与所述降压式变换电路的控制端连接，所述控制模块的第二输出端与所述逆变电路的驱动端连接；

5、所述降压式变换电路用于接收电源的直流电压信号，所述控制模块用于控制所述降压式变换电路的开关频率和占空比，以使得所述降压式变换电路对所述电源的直流电压信号的脉冲偏压的幅值和频率进行调节，将调节后的直流电压信号发送至所述逆变电路；

6、所述逆变电路用于接收调节了脉冲偏压的幅值和频率的直流电压信号，所述控制模块用于控制所述逆变电路工作，以使得所述逆变电路将所述直流电压信号转换为交流电压信号，将所述交流电压信号发送至高压电路；

7、所述高压电路用于将所述逆变电路输出的交流电压信号转换为高频复合脉冲偏压波形信号。

8、上述的复合脉冲电子束偏压电路，通过在低压侧使用降压式变换电路生成脉冲电压，然后通过逆变电路提升频率，避免了在高压侧直接进行斩波操作，这样可以减少高压斩波带来的技术挑战和潜在风险。同时减少了斩波操作产生的电磁干扰。

技术特征：

1.一种复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，包括：低压电路、控制模块和高压电路；

2.根据权利要求1所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述降压式变换电路包括：输入滤波电容、第一电子开关管、蓄能电感、续流二极管和输出滤波电容；

3.根据权利要求2所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述低压电路还包括：放电电路，所述放电电路包括放电电阻和第二电子开关管，所述放电电阻的第一端与所述蓄能电感的第二输出端连接，所述放电电阻的第二端和所述第二电子开关管的第一端连接，所述第二电子开关管的第二端与所述降压式变换电路的负极输出端连接，所述第二电子开关管的控制端与所述控制模块的第三输出端连接。

4.根据权利要求1所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述降压式变换电路包括低频低压降压式变换电路和高频低压降压式变换电路；

5.根据权利要求4所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，还包括：第一高压隔离变压器t1、第二高压隔离变压器t2和阻尼电阻r3；

6.根据权利要求5所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述高压电路包括低频脉冲偏压电源高压电路、高频脉冲偏压电源高压电路和过流保护电路；

7.根据权利要求6所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述低频脉冲偏压电源高压电路包括低频整流电路和低频自动放电电路；

8.根据权利要求7所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述低频脉冲偏压电源高压电路还包括第一滤波电容c7，所述第一滤波电容c7的第一端与所述低频自动放电电路的正极输出端连接，所述第一滤波电容c7的第二端与所述低频自动放电电路的负极输出端连接。

9.根据权利要求7所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述低频脉冲偏压电源高压电路还包括第三电阻r10，所述第三电阻r10的第一端与所述低频自动放电电路的正极输出端连接，所述第三电阻r10的第二端与所述低频自动放电电路的负极输出端连接，用于维持所述第三二极管d10的正向导通压降。

10.根据权利要求7所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述低频脉冲偏压电源高压电路还包括低频保护电路，所述低频保护电路包括第四电阻r8和第一压敏电阻rv1，所述第四电阻r8的第一端与所述低频自动放电电路的正极输出端连接，所述第四电阻r8的第二端与所述第一压敏电阻rv1的第一端连接，所述第一压敏电阻rv1的第二端与所述低频自动放电电路的负极输出端连接。

11.根据权利要求6所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述高频脉冲偏压电源高压电路包括高频整流电路、高频自动放电电路；

12.根据权利要求11所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述高频脉冲偏压电源高压电路还包括第二滤波电容c9，所述第二滤波电容c9的第一端与所述高频自动放电电路的正极输出端连接，所述第二滤波电容c9的第二端与所述高频自动放电电路的负极输出端连接。

13.根据权利要求11所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述高频脉冲偏压电源高压电路还包括第七电阻r14，所述第七电阻r14的第一端与所述高频自动放电电路的正极输出端连接，所述第七电阻r14的第二端与所述高频自动放电电路的负极输出端连接，用于维持所述第六二极管d18的正向导通压降。

14.根据权利要求11所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述高频脉冲偏压电源高压电路还包括高频保护电路，所述高频保护电路包括第八电阻r12和第二压敏电阻rv2，所述第八电阻r12的第一端与所述第六电阻r11的第一端连接，所述第八电阻r12的第二端与所述第二压敏电阻rv2的第一端连接，所述第二压敏电阻rv2的第二端与所述第五二极管d14的负极连接。

15.根据权利要求11所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，所述过流保护电路的输入端与所述高频自动放电电路的负极输出端连接，所述过流保护电路的输出端与负载的控制端连接，所述过流保护电路包括第十电阻r16、第三电容c11、第九电阻r15和第三压敏电阻rv3；

16.根据权利要求1所述的复合脉冲电子束偏压电路，其特征在于，还包括：隔离恒压源；所述隔离恒压源用于与三相电源连接，所述隔离恒压源具有正极输出端和负极输出端，所述隔离恒压源的正极输出端和负极输出端分别与所述降压式变换电路的输入端连接，所述隔离恒压源用于将三相交流电转换为直流电，通过正极输出端和负极输出端输出至所述降压式变换电路的输入端。

17.一种偏压电源，其特征在于，包括根据权利要求1至16中任一项所述的复合脉冲电子束偏压电路。

18.一种电子枪，其特征在于，包括电子枪本体，以及权利要求17中所述的偏压电源，所述电子枪本体包括加速电源、灯丝加热电源、电阻r4、电阻r5、电阻r6、灯丝、控制栅极和阳极；

技术总结本发明提供复合脉冲电子束偏压电路，包括：低压电路、控制模块和高压电路；降压式变换电路的输入端与电源的输出端连接，降压式变换电路的输出端与逆变电路的输入端连接，逆变电路的输出端与高压电路的输入端连接，高压电路的输出端与负载连接；控制模块的第一输出端与降压式变换电路连接，控制模块的第二输出端与逆变电路连接；降压式变换电路对脉冲偏压幅值和频率调节，逆变电路将直流电压信号转换为交流电压信号发送至高压电路；高压电路将交流电压信号转换为高频复合脉冲偏压波形信号。在低压侧使用降压式变换电路生成脉冲电压，逆变电路提升频率，避免在高压侧直接进行斩波操作，减少高压斩波技术挑战和潜在风险，减少斩波操作的电磁干扰。技术研发人员：齐铂金,刘恒,杨明轩受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12