一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压装置，包括升压整流滤波电路、Cuk主电路、控制电路、输出电路；升压整流滤波电路的输出端与Cuk主电路的输入相连接，Cuk主电路的控制输入端与控制电路的输出端相连接，Cuk主电路的输出端与输出电路的输入端相连接，控制电路的输入端与输出电路的输出端相连接。在开关电源电路中引入Cuk电路，利用耦合电感的性质将Cuk电路的两个电感耦合，合理分配电感的耦合度，大幅度降低了电路纹波，同时加入前馈电路使输入端产生的波动直接从输入端获得调整，从而使得整个电源系统控制调节速度更高更稳定，并且结构简单，控制容易，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及高压开关电源装置，特别涉及一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压方法及装置。
技术介绍
电子束焊机(ElectronBeamWelding，简称EBW)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，这样可以降低谐波含量；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。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。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，因此可以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。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，但这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。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以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。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，这样系统的动态响应特性比较差。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压方法及装置，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。实现本技术目的的技术方案：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，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-DifferentialController，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(PulseWidthModulation，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高压稳压输出电压。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L2，两个电感L1、L2之间相互耦合，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L1和L2之间的互感系数是M，可以推导如下公式Ui=L1di1/dt+Mdi2/dtUi=L2di2/dt+Mdi1/dt---(1)]]>式中Ui是Cuk电路的输入电压，di1/dt是输入电感L1的电流变化率，di2/dt是输出电感L2的电流变化率，M是互感系数。由式(1)可得{di1dt=Ui(1-M/L2)L1(1-M2/L1L2)di2dt=Ui(1-M/L1)L2(1-M2/L1L2)---(2)]]>式中Ui是Cuk电路的输入电压，di1/dt是输入电感L1的电流变化率，di2/dt是输出电感L2的电流变化率，M是互感系数。令L1eq=L1(1-M/(L1L2))1-M/L2,L2eq=L2(1-M/(L1L2))1-M/L1]]>则式(2)简化为di1/dt=Ui/L1eqdi2/dt=Ui/L2eq---(3)]]>式中Ui是Cuk电路的输入电压，M是互感系数，di1/dt是输入电感L1的电流变化率，di2/dt是输出电感L2的电流变化率。很显然，加大L1eq和L2eq的数值就能降低L1或L2中的纹波电流。若电路中满足L1＝L2＝M，此时Cuk电路中输入纹波电流和输出纹波电流即可降为零，但是由于磁性器件因设计和加工的原因，元件耦合系数K总是小于1。为分析K对电路纹波的影响，可设L1和L2的线圈匝比则L1eq和L2eq的表达式变为L1eq=L1(1-K2)/(1-nK)L2eq=L2(1-K2)/(1-K/n)---(4)]]>式中K是元件的耦合系数。由式(4)可知，当nK＝1时，L1输入纹波电流为零纹波电流，当K＝n时，L2中的输出纹波电流为微纹波甚至零纹波电流要求，使得输入输出电流平滑。同理采用上述推导公式可以得出当开关管VT关断，二极管VD导通时的L1和L2电流变化率di1/dtdi2/dt计算公式：di1/dt=-U0/L1eqdi2/dt=-U0/L2eq---(5)]]>L1eq=L1(1-M/(L1L2))1-M/L2,L2eq=L2(1-M/(L1L2))1-M/L]]>M是互感系数，Uo是Cuk电路的输出电压。无论对于开关管VD导通，二极管VD截止或是开关管VT截止，二极管VD导通工作情况下，对于L1、L2、K以及L1和L2的电流变化率di1/dt、di2/dt之间的关系均可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压装置，其特征在于，包括升压整流滤波电路、Cuk主电路、控制电路、输出电路；所述升压整流滤波电路的作用是获得平滑的高压电压；所述Cuk主电路的作用是进行功率变换、调压，还能起到抑制电流脉动纹波的作用； 所述控制电路的作用是通过双闭环的反馈产生实际的电压电流值与设定值电压相比较，产生的控制信号经过PWM电路，控制功率器件的占空比，达到稳定焊接束流的作用； 升压整流滤波电路的输出端与Cuk主电路的输入相连接，Cuk主电路的控制输入端与控制电路的输出端相连接，Cuk主电路的输出端与输出电路的输入端相连接，控制电路的输入端与输出电路的输出端相连接。

【技术特征摘要】
2015.04.02 CN 20152019674071.一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压装置，其特征在于，包括升压整流滤波电路、Cuk主电路、控制电路、输出电路；
所述升压整流滤波电路的作用是获得平滑的高压电压；
所述Cuk主电路的作用是进行功率变换、调压，还能起到抑制电流脉动纹波的作用；
所述控制电路的作用是通过双闭环的反馈产生实际的电压电流值与设定值电压相比较，产生的控制信号经过PWM电路，控制功率器件的占空比，达到稳定焊接束流的作用；
升压整流滤波电路的输出端与Cuk主电路的输入相连接，Cuk主电路的控制输入端与控制电路的输出端相连接，Cuk主电路的输出端与输出电路的输入端相连接，控制电路的输入端与输出电路的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫金海，乔艳平，李威，张晓媛，王红，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：广西;45