基于UC移相控制技術(shù)的X射線管電源的研究

1、安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 近年來，近年來，X X射線檢測(cè)裝置在工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)射線檢測(cè)裝置在工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)用用X X射線測(cè)厚儀、無損檢測(cè)等領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用，而且射線測(cè)厚儀、無損檢測(cè)等領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用，而且其具有安裝方便、重量輕、可靠性高、故障率低等許多優(yōu)點(diǎn)。其具有安裝方便、重量輕、可靠性高、故障率低等許多優(yōu)點(diǎn)。但由于高壓直流電源技術(shù)的滯后阻礙了但由于高壓直流電源技術(shù)的滯后阻礙了X X射線檢測(cè)裝置的發(fā)展，射線檢測(cè)裝置的發(fā)展，所以如何解決高壓直流電源技術(shù)在所以如何解決高壓直流電源技術(shù)在X X射線檢測(cè)裝置中的應(yīng)用成射線

2、檢測(cè)裝置中的應(yīng)用成為人們?cè)絹碓疥P(guān)心的問題。為人們?cè)絹碓疥P(guān)心的問題。 本課題就是為了解決這一問題，提出了基于本課題就是為了解決這一問題，提出了基于UC3875UC3875移相控移相控制技術(shù)的制技術(shù)的X X射線管電源的研究。射線管電源的研究。安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.1 2.1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.2 2.2 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWMPWM電路電路 圖圖2.2 2.2 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWMPWM電路電路

3、 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.2 2.2 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWMPWM電路電路 圖圖2.3 2.3 模態(tài)模態(tài)1 1（t0t1t0t1） 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.2 2.2 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWMPWM電路電路 圖圖2.4 2.4 模態(tài)模態(tài)2 2（t1t2t1t2） 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.2 2.2 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWMPWM電路電路 圖圖2.5 2.5 模態(tài)模態(tài)3 3（t2t3t2t3） 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.2 2.2 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PW

4、MPWM電路電路 圖圖2.6 2.6 模態(tài)模態(tài)4 4（t3t4t3t4） 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.2 2.2 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWMPWM電路電路 圖圖2.7 2.7 模態(tài)模態(tài)5 5（t4t5t4t5） 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.3 UC38752.3 UC3875的介紹和外圍電路的設(shè)計(jì)的介紹和外圍電路的設(shè)計(jì) 圖圖2.8 UC38752.8 UC3875外圍電路圖外圍電路圖芯片振蕩頻率由估算公式確定： 設(shè)計(jì)的電路工作頻率為10kHz左右。 887CRR4f安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.4 UC38752.4 UC3875單板實(shí)物圖和輸出

5、的單板實(shí)物圖和輸出的PWMPWM波形波形 圖圖2.8 UC38752.8 UC3875單板實(shí)物圖和輸出單板實(shí)物圖和輸出PWMPWM波形波形安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.5 EXB8412.5 EXB841外圍驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖外圍驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖 當(dāng)高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入時(shí)，通過內(nèi)部光耦電路，使互當(dāng)高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入時(shí)，通過內(nèi)部光耦電路，使互補(bǔ)輸出電路的上管導(dǎo)通，忽略飽和壓降，補(bǔ)輸出電路的上管導(dǎo)通，忽略飽和壓降，3 3腳輸出電壓接近腳輸出電壓接近15V15V，使，使IGBTIGBT導(dǎo)通。當(dāng)?shù)碗娖叫盘?hào)輸入時(shí)，當(dāng)導(dǎo)通。當(dāng)?shù)碗娖叫盘?hào)輸入時(shí)，當(dāng)3 3腳輸出腳輸出-5V-5V的低電平時(shí)，使的低電平時(shí)，使I

6、GBTIGBT關(guān)斷。關(guān)斷。 圖圖2.9 2.9 基于基于EXB841EXB841驅(qū)動(dòng)電路圖驅(qū)動(dòng)電路圖安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.6 2.6 驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖和驅(qū)動(dòng)波形驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖和驅(qū)動(dòng)波形 圖圖2.9 2.9 驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖和驅(qū)動(dòng)波形驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖和驅(qū)動(dòng)波形 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.7 2.7 逆變電路測(cè)試與分析逆變電路測(cè)試與分析 由上圖可以看出，經(jīng)過移相全橋逆變之后，只有在對(duì)角的由上圖可以看出，經(jīng)過移相全橋逆變之后，只有在對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)開通，電路才能完成能量的傳遞。通過改兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)開通，電路才能完成能量的傳遞。通過改變驅(qū)動(dòng)脈沖的變驅(qū)動(dòng)脈沖的“重疊重疊”部分，

7、即可改變逆變電路輸出的波形，部分，即可改變逆變電路輸出的波形，從而經(jīng)過高壓升壓整流電路調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。從而經(jīng)過高壓升壓整流電路調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。 圖圖2.10 2.10 全橋逆變電路輸出的波形全橋逆變電路輸出的波形 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.8 2.8 倍壓整流電路分析倍壓整流電路分析 圖圖2.11 2.11 六倍壓整流電路六倍壓整流電路 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.9 2.9 雙向六倍壓整流電路雙向六倍壓整流電路 逆變輸出的交變電壓經(jīng)過逆變輸出的交變電壓經(jīng)過1 1：3030的高頻升壓變壓器先升壓，的高頻升壓變壓器先升壓，得到峰值約為得到峰值約為8.0kV8.0kV

8、左右的交流電壓，然后經(jīng)過兩個(gè)左右的交流電壓，然后經(jīng)過兩個(gè)6 6倍壓整流倍壓整流電路進(jìn)一步升壓，最后輸出電路進(jìn)一步升壓，最后輸出80kV80kV左右的直流負(fù)高壓。左右的直流負(fù)高壓。 圖圖2.12 2.12 雙向雙向六倍壓整流電路六倍壓整流電路 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 采用采用1000010000：1 1比例的高壓碳棒或者電阻分壓電路測(cè)量輸出電壓。比例的高壓碳棒或者電阻分壓電路測(cè)量輸出電壓。經(jīng)檢測(cè)輸出的高壓直流電壓約為經(jīng)檢測(cè)輸出的高壓直流電壓約為80kV80kV，穩(wěn)定度在，穩(wěn)定度在100V100V之內(nèi)。滿足之內(nèi)。滿足高壓直流電源設(shè)計(jì)要求。高壓直流電源設(shè)

9、計(jì)要求。 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)電壓反饋電路的設(shè)計(jì)電壓反饋電路的設(shè)計(jì) 電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 高壓直流電源閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)高壓直流電源閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)MAX471 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.14 2.14 燈絲電源閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)燈絲電源閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 電流調(diào)理電路電流調(diào)理電路 電流反饋電路電流反饋電路 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)電流保護(hù)電路電流保護(hù)電路 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)3.2 3.2 展望展望（1 1）高壓直流電源的高電壓絕緣技術(shù)與結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)。由）高壓直流電源的高電

10、壓絕緣技術(shù)與結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)。由于本電源的電壓等級(jí)比較高，所以在具體試驗(yàn)過程中的絕緣于本電源的電壓等級(jí)比較高，所以在具體試驗(yàn)過程中的絕緣問題會(huì)遇到些麻煩，安全及其穩(wěn)定性能都需要進(jìn)一步加強(qiáng)。問題會(huì)遇到些麻煩，安全及其穩(wěn)定性能都需要進(jìn)一步加強(qiáng)。（2 2）集成控制器）集成控制器UC3875UC3875控制電路和快速保護(hù)電路的技術(shù)?？刂齐娐泛涂焖俦Ｗo(hù)電路的技術(shù)。基于基于UC3875UC3875芯片的控制電路有些繁瑣，控制方法可以進(jìn)一步芯片的控制電路有些繁瑣，控制方法可以進(jìn)一步精確。精確。（3 3）由于本論文還未應(yīng)用到數(shù)字控制，可以運(yùn)用單片機(jī)或）由于本論文還未應(yīng)用到數(shù)字控制，可以運(yùn)用單片機(jī)或者者DSPDSP

11、提升電源的精度，向數(shù)字電源發(fā)展。提升電源的精度，向數(shù)字電源發(fā)展。安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)2.4 UC38752.4 UC3875單板實(shí)物圖和輸出的單板實(shí)物圖和輸出的PWMPWM波形波形 圖圖2.8 UC38752.8 UC3875單板實(shí)物圖和輸出單板實(shí)物圖和輸出PWMPWM波形波形安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)電壓反饋電路的設(shè)計(jì)電壓反饋電路的設(shè)計(jì) 電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 高壓直流電源閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)高壓直流電源閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)MAX471 安安 徽徽 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)3.2 3.2 展望展望（1 1）高壓直流電源的高電壓絕緣技術(shù)與結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)。由）高壓直流電源的高電壓絕緣技術(shù)與結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)。由于本電源的電壓等級(jí)比較高，所以在具體試驗(yàn)過程中的絕緣于本電源的電壓等級(jí)比較高，所以在具體試驗(yàn)過程中的絕緣問題會(huì)遇到些麻煩，安全及其穩(wěn)定性能都需要進(jìn)一步加強(qiáng)。問題會(huì)遇到些麻煩，安全及其穩(wěn)定性能都需要進(jìn)一步加強(qiáng)。（2 2）集成控制器）集成控制器UC3875UC3875控制