一種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其連接在交流市電與負(fù)載之間，包括：一將所述交流市電的電壓轉(zhuǎn)換成一直流穩(wěn)定電壓的功率穩(wěn)壓器；一連接在所述功率穩(wěn)壓器與所述負(fù)載之間、并將所述直流穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓的直流轉(zhuǎn)換器；一產(chǎn)生類三角波信號(hào)的波形發(fā)生器；以及一控制電路，其第一輸入端連接至所述波形發(fā)生器以接收所述類三角波信號(hào)，其第二輸入端連接至所述負(fù)載以接收所述負(fù)載的負(fù)載電流，其輸出端連接至所述直流轉(zhuǎn)換器以驅(qū)動(dòng)所述直流轉(zhuǎn)換器輸出所述輸出電壓。本實(shí)用新型可以解決現(xiàn)有技術(shù)中加速器鈦的窗邊緣容易損壞以及負(fù)載電流會(huì)隨著負(fù)載的變化而改變的缺陷。
【專利說明】—種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工業(yè)電子輻照設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的電流型掃描電源。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)輻照加速器的應(yīng)用越來越廣泛，其工作原理是利用高能電子束使物質(zhì)產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，用以有效殺滅醫(yī)療衛(wèi)生用品和食品攜帶的害蟲和微生物，同時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)、物理效應(yīng)則可用于材料改性、環(huán)境保護(hù)與新材料制備等。工業(yè)輻照加速器的電子束束流截面為毫米量級(jí)，為了保證電子束能夠均勻的照射被輻照物品，應(yīng)在束流出射的平面二維方向上施加兩極磁場(chǎng)，使之對(duì)被福照物表面作X-Y掃描，通過掃描系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)X方向和Y方向的控制。其中，掃描系統(tǒng)包括X方向掃描磁鐵、Y方向掃描磁鐵和勵(lì)磁電源，它們都是通過掃描系統(tǒng)中的掃描電源供電。
[0003]目前，使用的工業(yè)輻照加速器掃描電源基本上都是電壓型的，因而一方面，負(fù)載電流會(huì)隨著負(fù)載的變化而改變，而且電流線性度對(duì)負(fù)載依賴性很大，尤其是低頻時(shí)；另一方面，束流在掃描被輻照物品時(shí)通常是從上到下，從左到右的順序進(jìn)行掃描，因而在掃描邊緣處由于掃描速度大，很容易在短時(shí)間內(nèi)掃描兩次，導(dǎo)致束流在加速器的鈦窗邊緣處積累，造成鈦窗的局部損壞。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中加速器鈦窗邊緣容易損壞以及負(fù)載電流會(huì)隨著負(fù)載的變化而改變的缺陷，提供一種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其連接在交流市電與負(fù)載之間，該掃描電源包括:
[0007]—將所述交流市電的電壓轉(zhuǎn)換成一直流穩(wěn)定電壓的功率穩(wěn)壓器；
[0008]一連接在所述功率穩(wěn)壓器與所述負(fù)載之間、并將所述直流穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓的直流轉(zhuǎn)換器；
[0009]一產(chǎn)生類三角波信號(hào)的波形發(fā)生器；以及
[0010]一控制電路，其第一輸入端連接至所述波形發(fā)生器以接收所述類三角波信號(hào)，其第二輸入端連接至所述負(fù)載以接收所述負(fù)載的負(fù)載電流，其輸出端連接至所述直流轉(zhuǎn)換器以驅(qū)動(dòng)所述直流轉(zhuǎn)換器輸出所述輸出電壓。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述功率穩(wěn)壓器包括依次連接在所述交流市電與所述直流轉(zhuǎn)換器之間的一整流器和一穩(wěn)壓電路。
[0012]進(jìn)一步地，所述整流器包括依次連接在所述交流市電與所述穩(wěn)壓電路之間的一全橋整流電路模塊和一 RC濾波電路模塊。
[0013]進(jìn)一步地，所述穩(wěn)壓電路為BUCK降壓電路。
[0014]前述一種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，所述直流轉(zhuǎn)換器為H橋變換器。
[0015]前述一種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，所述波形發(fā)生器包括一單片機(jī)以及一連接在所述單片機(jī)與所述控制電路之間的類三角波產(chǎn)生電路。
[0016]進(jìn)一步地，所述類三角波產(chǎn)生電路包括:
[0017]運(yùn)算放大器，其正輸入端接地；
[0018]第一電阻器，其一端連接所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；
[0019]第一電位器和第三電容器，依次串聯(lián)在所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與輸出端之間；以及
[0020]第二電阻器，其一端連接在所述第一電位器和第三電容器之間，另一端邊接至所述運(yùn)算放大器的輸出端。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述控制電路包括依次連接在所述波形發(fā)生器和所述直流轉(zhuǎn)換器之間的一 PI補(bǔ)償器、一脈沖寬度調(diào)制電路模塊和一驅(qū)動(dòng)電路模塊。
[0022]進(jìn)一步地，所述PI補(bǔ)償器包括:
[0023]誤差放大器，其正輸入端接地；
[0024]第二電位器和第三電阻器，其中，所述第二電位器的一端和所述第三電阻器的一端連接，且所述第三電阻器的另一端連接至所述誤差放大器的負(fù)輸入端；
[0025]第四電阻器和第四電容器，其中，所述第四電阻器的一端和所述第四電容器的一端連接，且所述第四電阻器的另一端連接至所述誤差放大器的負(fù)輸入端，所述第四電容器的另一端連接至所述誤差放大器的輸出端；
[0026]第五電容器，其一端連接至所述第四電阻器的所述另一端，另一端連接至所述誤差放大器的輸出端；以及
[0027]第五電阻器，其一端接至所述第五電容器的所述一端。
[0028]根據(jù)以上的技術(shù)方案，本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)的有益效果是:一方面，本實(shí)用新型向負(fù)載輸出的是類三角波電流，其將在三角波斜率開始變化的地方產(chǎn)生波形突跳，從而防止電子束在掃描時(shí)進(jìn)行二次掃描，能夠保護(hù)鈦窗，防止其因局部束流過大而損壞；另一方面，由于本實(shí)用新型的掃描電源是電流型的，所以負(fù)載變化對(duì)掃描電流波形的影響不大，從而保證了負(fù)載電流不會(huì)隨著負(fù)載的改變而變化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型的掃描電源的整體原理框圖；
[0030]圖2為圖1中的功率穩(wěn)壓器的電路原理圖；
[0031]圖3為圖1中的直流轉(zhuǎn)換器的電路原理圖；
[0032]圖4為圖1中的類三角波產(chǎn)生電路的電路原理圖；
[0033]圖5為圖4中的類三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生的參考波形；
[0034]圖6為圖1中的PI補(bǔ)償器的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施范例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0036]如圖1所示，本實(shí)用新型的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源包括:功率穩(wěn)壓器1、直流轉(zhuǎn)換器2、波形發(fā)生器3和控制電路4。其中，功率穩(wěn)壓器I的輸入端與220V標(biāo)準(zhǔn)交流市電相連，用于將來自電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電壓，因而即使在交流市電幅值不斷變化的情況下也能保證輸出穩(wěn)定的直流電壓；直流轉(zhuǎn)換器2的輸入端與功率穩(wěn)壓器I的輸出端相連，輸出端與負(fù)載5相連，以將功率穩(wěn)壓器I輸出的穩(wěn)定直流電壓轉(zhuǎn)化為負(fù)載5所需的輸出電壓傳送至負(fù)載5 ;波形發(fā)生器3包括單片機(jī)31和類三角波產(chǎn)生電路32，其中單片機(jī)31先采樣并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的方波輸出至類三角波產(chǎn)生電路32，然后通過類三角波產(chǎn)生電路32產(chǎn)生需要的類三角波以作為參考信號(hào)；控制電路4由依次連接在波形發(fā)生器3和直流轉(zhuǎn)換器2之間的PI補(bǔ)償器41、脈沖寬度調(diào)制電路模塊42和驅(qū)動(dòng)電路模塊43組成，用于對(duì)波形發(fā)生器3輸出的參考信號(hào)與負(fù)載5電流反饋信號(hào)之間的誤差信號(hào)進(jìn)行PI補(bǔ)償，并生成頻率50KHZ的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)至直流轉(zhuǎn)換器2，以控制直流轉(zhuǎn)換器2輸出負(fù)載5所需的輸出電壓。
[0037]下面詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的各個(gè)組成部分:
[0038]如圖1和2所示，本實(shí)用新型的功率穩(wěn)壓器I包括依次連接在交流市電與直流轉(zhuǎn)換器2之間的整流器11和穩(wěn)壓電路12，其中，整流器11包括由四個(gè)二極管DZX1-DZX4組成的全橋整流電路模塊以及由電阻器RXl和第一電容器Cl組成的RC濾波電路模塊，其作用是為穩(wěn)壓電路12提供穩(wěn)定的直流輸入電壓；穩(wěn)壓電路12采用如圖2所示的由功率開關(guān)管Q1、二極管D5、電感器L2、第二電容器C2和保險(xiǎn)絲Fl組成的BUCK降壓電路實(shí)現(xiàn)，通過降壓達(dá)到后級(jí)直流轉(zhuǎn)換器2所需要的母線電壓，此處設(shè)計(jì)了一個(gè)電壓負(fù)反饋電路，用于采樣母線電壓，通過閉環(huán)控制策略，可以使輸出的電壓更加穩(wěn)定可靠。本實(shí)用新型通過功率穩(wěn)壓器I實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入電網(wǎng)電壓的能量轉(zhuǎn)換。
[0039]本實(shí)用新型的直流轉(zhuǎn)換器2采用圖3所示的由四個(gè)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管T1-T4組成的H橋變換器實(shí)現(xiàn)，每個(gè)晶體管T1-T4均以脈寬調(diào)制方式工作于開關(guān)狀態(tài)，通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)H橋變換器的輸出電壓，其中，每?jī)蓚€(gè)晶體管為一組(Tl和T4為一組，T2和T3為一組)，同組的晶體管同時(shí)開通和關(guān)斷，不同組的晶體管不能同時(shí)開通，并且兩組在開通時(shí)要有大約4us的死區(qū)時(shí)間。此處的直流轉(zhuǎn)換器2用于將輸入電網(wǎng)電壓的能量按照負(fù)載5所需要的方式傳遞到負(fù)載5。
[0040]本實(shí)用新型的波形發(fā)生器3包括單片機(jī)31和類三角波產(chǎn)生電路32，單片機(jī)31用于產(chǎn)生頻率和幅度可調(diào)的方波，其中，頻率是通過單片機(jī)31根據(jù)其輸入管腳的電壓來改變的，而該管腳的輸入電壓可以通過一個(gè)旋鈕控制，當(dāng)旋鈕扭動(dòng)時(shí)，相應(yīng)的分壓電阻器變化引起外部輸入電壓變化，進(jìn)而改變單片機(jī)31產(chǎn)生的方波，這屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述，此夕卜，單片機(jī)31可采用本領(lǐng)域常用的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，例如STC12C5206AD等；類三角波產(chǎn)生電路32采用的是如圖4所示的類積分電路，其包括運(yùn)算放大器0P、以及依次串聯(lián)在運(yùn)算放大器OP的負(fù)輸入端與輸出端之間的第一電位器RPl和第三電容器C3，還包括連接至運(yùn)算放大器OP的負(fù)輸入端的第一電阻器Rl以及并聯(lián)在電容器C3兩端的第二電阻器R2，其中，運(yùn)算放大器OP的正輸入端接地。在該類積分電路中，通過電容器C3和電位器RPl的串聯(lián)可以產(chǎn)生需要的類三角波，波形如圖5所示，S卩，波形在三角波斜率開始變化的地方出現(xiàn)90度的波形突跳，從而防止電子束在掃描時(shí)進(jìn)行二次掃描，能夠保護(hù)鈦窗，防止其因局部束流過大而損壞。其中，該突跳值為圖4中的第一電位器RPl與第三電阻器R3的比值，因此通過控制該比值，即可得到不同的突跳值。
[0041]再次參閱圖1，本實(shí)用新型的控制電路4包括依次連接在波形發(fā)生器3和直流轉(zhuǎn)換器2之間的PI補(bǔ)償器41、脈沖寬度調(diào)制電路模塊42和驅(qū)動(dòng)電路模塊43。其中，PI補(bǔ)償器41是一個(gè)單極點(diǎn)-單零點(diǎn)的比例積分電路，其通過反饋信號(hào)輸入端與負(fù)載5相連，并通過參考信號(hào)輸入端與類三角波產(chǎn)生電路32相連，如圖6所示，此處的PI補(bǔ)償器41包括:誤差放大器EA，其正輸入端接地；第二電位器RP2和第三電阻器R3，其中第二電位器RP2的一端和第三電阻器R3的一端連接，且第三電阻器R3的另一端連接至誤差放大器EA的負(fù)輸入端；第四電阻器R4和第四電容器C4，其中第四電阻器R4的一端和第四電容器C4的一端連接，且第四電阻R4的另一端連接至誤差放大器EA的負(fù)輸入端，第四電容器R4的另一端連接至誤差放大器EA的輸出端；第五電容器C5，其一端連接至第四電阻器R4的另一端，另一端連接至誤差放大器EA的輸出端；以及第五電阻器R5，其一端接至第五電容器C5的一端。
[0042]另外，本實(shí)用新型的脈沖寬度調(diào)制電路模塊42和驅(qū)動(dòng)電路模塊43同樣通過模擬電路實(shí)現(xiàn)，它們實(shí)現(xiàn)的電路原理均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0043]上述控制電路4的工作原理是這樣的:首先，通過誤差放大器EA比較波形發(fā)生器3輸出的給定參考信號(hào)和從負(fù)載5獲得的電流反饋信號(hào)并得到電流誤差信號(hào)，其中，由于電路中很多地方存在衰減，因而可以通過微調(diào)第二電位器RP2對(duì)衰減的反饋信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，使之更接近參考信號(hào)；然后，電流誤差信號(hào)經(jīng)誤差放大器放大并積分得到調(diào)節(jié)控制信號(hào)，該信號(hào)被送往脈沖寬度調(diào)制電路模塊42，以產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的PWM波；該P(yáng)WM波隨后輸出至驅(qū)動(dòng)電路43，以控制H橋變換器中的晶體管T1-T4的開通和關(guān)斷，以調(diào)節(jié)其輸出電壓。
[0044]本實(shí)用新型的掃描電源的工作過程如下:
[0045]上電后，功率穩(wěn)壓器I開始工作，通過帶有電壓負(fù)反饋功能的穩(wěn)壓電路12得到穩(wěn)定直流電壓，然后該穩(wěn)定直流電壓輸出至直流轉(zhuǎn)換器2以作為其母線電壓；同時(shí)，單片機(jī)31向類三角波產(chǎn)生電路32輸出方波，以通過類三角波產(chǎn)生電路32產(chǎn)生類三角波參考波形；然后通過PI補(bǔ)償器41比較類三角波參考波形與負(fù)載電流反饋波形，并根據(jù)兩者的誤差得到誤差調(diào)節(jié)信號(hào)；該誤差調(diào)節(jié)信號(hào)被輸出至脈沖寬度調(diào)制電路模塊42，并在其中產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的PWM信號(hào)，然后通過驅(qū)動(dòng)電路模塊43控制直流轉(zhuǎn)換器的晶體管T1-T4的開通和關(guān)斷，以調(diào)節(jié)輸出電壓，從而控制負(fù)載電流的變化。由于本實(shí)用新型的掃描電源是電壓型，因而在工作過程中，負(fù)載5上的電流始終能夠跟蹤給定的參考信號(hào)。另外，本實(shí)用新型向負(fù)載5輸出的是類三角波電流，其將在三角波斜率開始變化的地方產(chǎn)生90度的波形突跳，從而防止電子束在掃描時(shí)進(jìn)行二次掃描，能夠保護(hù)鈦窗，防止其因局部束流過大而損壞。
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其連接在交流市電與負(fù)載之間，其特征在于，該掃描電源包括: 一將所述交流市電的電壓轉(zhuǎn)換成一直流穩(wěn)定電壓的功率穩(wěn)壓器； 一連接在所述功率穩(wěn)壓器與所述負(fù)載之間、并將所述直流穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓的直流轉(zhuǎn)換器； 一產(chǎn)生類三角波信號(hào)的波形發(fā)生器；以及 一控制電路，其第一輸入端連接至所述波形發(fā)生器以接收所述類三角波信號(hào)，其第二輸入端連接至所述負(fù)載以接收所述負(fù)載的負(fù)載電流，其輸出端連接至所述直流轉(zhuǎn)換器以驅(qū)動(dòng)所述直流轉(zhuǎn)換器輸出所述輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其特征在于，所述功率穩(wěn)壓器包括依次連接在所述交流市電與所述直流轉(zhuǎn)換器之間的一整流器和一穩(wěn)壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其特征在于，所述整流器包括依次連接在所述交流市電與所述穩(wěn)壓電路之間的一全橋整流電路模塊和一 RC濾波電路模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其特征在于，所述穩(wěn)壓電路為BUCK降壓電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其特征在于，所述直流轉(zhuǎn)換器為H橋變換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其特征在于，所述波形發(fā)生器包括一單片機(jī)以及一連接在所述單片機(jī)與所述控制電路之間的類三角波產(chǎn)生電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其特征在于，所述類三角波產(chǎn)生電路包括: 運(yùn)算放大器，其正輸入端接地； 第一電阻器，其一端連接所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端； 第一電位器和第三電容器，依次串聯(lián)在所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與輸出端之間；以及 第二電阻器，其一端連接在所述第一電位器和第三電容器之間，另一端邊接至所述運(yùn)算放大器的輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其特征在于，所述控制電路包括依次連接在所述波形發(fā)生器和所述直流轉(zhuǎn)換器之間的一 PI補(bǔ)償器、一脈沖寬度調(diào)制電路模塊和一驅(qū)動(dòng)電路模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于產(chǎn)生類三角波勵(lì)磁電流的掃描電源，其特征在于，所述PI補(bǔ)償器包括: 誤差放大器，其正輸入端接地； 第二電位器和第三電阻器，其中，所述第二電位器的一端和所述第三電阻器的一端連接，且所述第三電阻器的另一端連接至所述誤差放大器的負(fù)輸入端； 第四電阻器和第四電容器，其中，所述第四電阻器的一端和所述第四電容器的一端連接，且所述第四電阻器的另一端連接至所述誤差放大器的負(fù)輸入端，所述第四電容器的另一端連接至所述誤差放大器的輸出端； 第五電容器，其一端連接至所述第四電阻器的所述另一端，另一端連接至所述誤差放大器的輸出端；以及 第五電阻器，其一端接至所述第五電容器的所述一端。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK203967988SQ201420343827
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】李 瑞, 郁亞男, 黃毛毛, 胡志敏, 武萬鋒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所