摘 要：電子束高壓電源系統(tǒng)是電子束3D打印設(shè)備的重要組成部分，這套電子束高壓電源系統(tǒng)主要應(yīng)用在電子束熔融技術(shù)的系統(tǒng)中，它包括三部分，高壓直流電源，柵偏電源，燈絲電源。其高壓直流電源電壓的調(diào)整率、紋波大小以及束流的穩(wěn)定度直接決定著電子束焊接的質(zhì)量。現(xiàn)有的一般的高壓大功率直流電源系統(tǒng)，由于功率比較大，關(guān)斷速度慢。而一般的柵偏電源由于懸浮在高壓負60kv上控制起來有一些技述難度。本套高壓直流電源使用軟開關(guān)技術(shù)，效率高，高壓輸出使用橋式整流電路，關(guān)斷速度快。懸浮柵偏電源使用光纖隔離控制。最終產(chǎn)品成功開發(fā)，滿足25μs以內(nèi)高速關(guān)斷高壓電源的設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：電子束熔融；高壓電源；軟開關(guān)技術(shù)；橋式整流；光纖控制；高速關(guān)斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.127

電子束選區(qū)熔化（EBM）電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)（EBM）是在真空環(huán)境下以電子束為熱源，以金屬粉末為成形材料，通過不斷在粉末床上鋪展金屬粉末然后用電子束掃描熔化，使一個個小的熔池相互熔合并凝固這樣不斷進行形成一個完整的金屬零件實體。這種技術(shù)可以成形出結(jié)構(gòu)復(fù)雜性能優(yōu)良的金屬零件，但是整套系統(tǒng)對高壓電源系統(tǒng)有較高的要求。[1]要求高壓電源系統(tǒng)響應(yīng)迅速，懸浮燈絲，并且懸浮柵偏電源。目前國際上的EBM生產(chǎn)廠商主要有瑞士ARCAM公司，國內(nèi)的西北有色金屬研究院，也在進行研制開發(fā)，但主要高壓電源的技術(shù)問題沒有完全解決。主要問題是快速關(guān)斷技術(shù)以及電源的放電快速保護和快速恢復(fù)功能。本文設(shè)計的高壓電源系統(tǒng)在快速關(guān)斷采用全固態(tài)斬波控制脈沖關(guān)斷。高壓側(cè)電流取樣直接送到cpld控制核心進行快速放電快速保護。

1 系統(tǒng)總圖

高壓直流電源產(chǎn)生負60kv高壓用來提供電子加速電場。最大功率3kW，在懸浮燈絲電流系統(tǒng)中功率等級相對較高。主要是對燈絲就有一個較高的要求。燈絲懸浮在負高壓上，燈絲電流0-20A連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度2mA，穩(wěn)定度優(yōu)于0.1%；電源0-10V；燈絲電源的難點是懸浮輸出是直流需要精確控制。通過調(diào)節(jié)燈絲來控制束流。柵偏電源用來快速關(guān)斷，要求能快速啟動與快速關(guān)斷。輸出電壓0-2000V.柵偏電源是整套系統(tǒng)的難點。本套系統(tǒng)針對其相應(yīng)速度設(shè)計采用固態(tài)開關(guān)。

2 高壓直流電源

交流220V輸入，經(jīng)過保險絲濾波器，再經(jīng)過整流濾波電路產(chǎn)生300V直流電壓，然后經(jīng)過逆變電路變?yōu)楦哳l交流送給變壓器初級進行升壓變換，再通過橋式整流濾波電路進行整流濾波。

（1）全橋逆變。主回路由4只GIBT（Q1-Q4）、主變壓器、串聯(lián)諧振電感L1、隔直電容C1、電流互感器CT1組成。對于開關(guān)電源移相全橋與普通的全橋相比有諸多優(yōu)點，例如可以通過參數(shù)的設(shè)計實現(xiàn)準諧振、實現(xiàn)零電壓開通（ZVS）、零電流關(guān)斷（ZCS），從而達到減小功率器件發(fā)熱，提高電源效率的目的。

（2）高壓變壓器以及全橋整流濾波。為了實現(xiàn)快速關(guān)斷，高壓電源的輸出整流濾波沒有采用傳統(tǒng)的倍壓升壓整流濾波電路，而是采用橋式整流，這就要求高壓變壓器要能承受60kv以上的高壓。而本套系統(tǒng)要求盡肯能的小體積。為了解決上述問題，本套系統(tǒng)高壓變壓器采用蜂房繞法，油式絕緣。但是油式絕緣內(nèi)部散熱效率低，考慮到這一問題我采取對整個高壓部分密封到一個高壓殼里的措施。并進行循環(huán)油風(fēng)冷散熱。

4 結(jié)論

通過開發(fā)設(shè)計高速保護電路設(shè)計效果非常突出，可以達到ns級別的保護。系統(tǒng)響應(yīng)及時。

而柵偏電源的響應(yīng)速度也可以達到ns級別。完全滿足設(shè)計要求的25us以內(nèi)。高壓直流電源由于采用軟開關(guān)技術(shù)系統(tǒng)發(fā)熱特別小。

參考文獻：

[1]張學(xué)軍.3D打印技術(shù)研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)[J].材料工程，2016（44） ：122-128.

作者簡介：趙志國（1987-），男，遼寧大連人，研究生在讀，研究方向：電力電子高電壓技術(shù)環(huán)保。