[发明专利]一种电子束微细加工设备加速电源装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种电子束微细加工设备加速电源装置及控制方法，其装置包括进线滤波器、低压整流桥、逆变单元、高压单元和调节器，所述进线滤波器的输入端与外部电网连接，所述进线滤波器的输出端、低压整流桥、逆变单元和高压单元的输入端依次串联，所述高压单元的高压输出端输出高压电，所述高压单元的信号端输出的高压反馈信号U送至所述调节器的第二输入端，所述调节器的第一输入端输入高压给定信号U^*，所述调节器的输出端与所述逆变单元的信号端连接。相对现有技术，本发明解决由于PWM变流器工作于电流断续状态导致加速电源输出端出现尖峰电压问题。

技术领域

本发明涉及及电子束加工设备领域，具体涉及一种电子束微细加工设备加速电源装置及控制方法。

背景技术

在电子束打孔、刻蚀、曝光等电子束微细加工设备中，对电子束流、束斑直径及扫描尺寸的稳定度要求颇为严格，而设备电子加速电源波动对电子束流大小、束斑直径及扫描尺寸都有直接影响，因而提高加速电源的稳定性和可靠性，降低其输出的纹波，是保证电子束高精度的必要措施。目前，电子束加速电源多采用电力电子脉宽调制(PWM)变流技术实现功率调节，在PWM变流器中，电感滤波元件有电流连续与电流断续两种工作状态。在电子束微细加工设备中加速高压电源的负载较轻，其PWM变流器一般工作于电流断续状态。变流器负载较轻时，负载电流小于临界负载电流时，电感电流就处于断续状态，当功率管开启瞬间电感呈阻性，输出端就会出现尖峰电压(约等于输入电压)，此尖峰电压经变压器放大直接反映到加速电源输出端，对加速电源及电子枪的运行构成极为不利的影响，且这种现象不能通过闭环控制进行抑制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种解决由于PWM变流器工作于电流断续状态导致加速电源输出端出现尖峰电压问题的电子束微细加工设备加速电源装置及控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电子束微细加工设备加速电源装置，包括进线滤波器、低压整流桥、逆变单元、高压单元和调节器，所述进线滤波器的输入端与外部电网连接，所述进线滤波器的输出端、低压整流桥、逆变单元和高压单元的输入端依次串联，所述高压单元的高压输出端输出高压电接至电子枪阴极，所述高压单元的信号端输出的高压反馈信号U送至所述调节器的第二输入端，所述调节器的第一输入端输入高压给定信号U^*，所述调节器的输出端与所述逆变单元的信号端连接；

所述进线滤波器，其用于接入交流电，消除高频电磁干扰信号在其输入端与输出端间的传递；

所述低压整流桥，其用于将交流电变换成不可控脉动直流电；

所述逆变单元，其用于将不可控直流电逆变成可控中频矩形波交流电；还用于将调节信号Uc转换成PWM信号的占空比，调整中频矩形波交流电的幅值，稳定高压输出；

所述高压单元，其用于将可控中频矩形波交流电进行升压和整流滤波，并输出平直的直流高压电，同时对输出高压值进行线性采样，输出高压反馈信号U；

所述调节器，其用于将高压给定信号U^*与高压反馈信号U的差值进行比例－积分(PI)运算，生成调节信号Uc。

本发明的有益效果是：采用电压闭环控制结构，电源由三相市电供电，采用AC→DC→AC→AC→DC电流变换方式，中间DC→AC逆变环节为中频逆变，在逆变过程同时实现高频脉宽调制调压功能；由中频高压变压器中频高压变压器实现电能的传递、升压和高压绝缘；调节器根据高压给定信号U*和电压反馈信号U的偏差信号△U(ΔU＝U^*-U)进行比例－积分(PI)运算输出信号Uc去调节逆变单元的脉宽调制波的占空比，改变逆变单元输出电压幅值，最终实现输出高压的稳定调节。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述逆变单元包括A相逆变器、B相逆变器和驱动脉冲发生器，所述A相逆变器和所述B相逆变器均与所述驱动脉冲发生器连接。