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1、基于UC3875移相控制技术的X射线管 电源的研究,姓名：*学号：*导师：*,安 徽 工 业 大 学,Study of the Power Supply for X-ray Tube Based on UC3875 Phase-shifting Control,目 录,1 本课题的研究理论基础2 本课题的主要工作3 总结与展望,安 徽 工 业 大 学,安 徽 工 业 大 学,1.1 本课题研究背景,近年来，X射线检测装置在工业产品质量检验、医学、工业用X射线测厚仪、无损检测等领域都有非常重要的应用，而且其具有安装方便、重量轻、可靠性高、故障率低等许多优点。但由于高压直流电源技术的滞后阻碍了X射
2、线检测装置的发展，所以如何解决高压直流电源技术在X射线检测装置中的应用成为人们越来越关心的问题。本课题就是为了解决这一问题，提出了基于UC3875移相控制技术的X射线管电源的研究。,1 本课题的研究理论基础,安 徽 工 业 大 学,1.2 X射线管概况,如图1所示，X射线管主要由阴极、阳极和玻璃管三部分组成，阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。,图1.1 X射线的产生原理,安 徽 工 业 大 学,1.3 传统高压直流电源,图1.2 传统高压直流电源,缺点：所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大。电压质量差，纹波系数比较大。解决办法：电路的高频化。提高工作频率就可以减少变压器绕组的匝数
3、以及减小铁芯的尺寸，从而使得变压器小型化。,安 徽 工 业 大 学,1.4 全桥逆变整流电路,图1.3 全桥逆变整流电路,存在的问题：在提高开关频率的同时，开关损耗以及电磁干扰都相应的增大了，电路效率严重下降。解决的方法：软开关技术。它利用以谐振为主的辅助换流手段，可以解决开关损耗和开关噪声问题，从而使得开关频率可以大幅度提高。,安 徽 工 业 大 学,2 本课题的主要工作2.1 系统框图,图2.1 系统框图,安 徽 工 业 大 学,2.2 移相全桥型零电压开关PWM电路,图2.2 移相全桥型零电压开关PWM电路,安 徽 工 业 大 学,2.2 移相全桥型零电压开关PWM电路,图2.3 模态1
4、（t0t1）,安 徽 工 业 大 学,2.2 移相全桥型零电压开关PWM电路,图2.4 模态2（t1t2）,安 徽 工 业 大 学,2.2 移相全桥型零电压开关PWM电路,图2.5 模态3（t2t3）,安 徽 工 业 大 学,2.2 移相全桥型零电压开关PWM电路,图2.6 模态4（t3t4）,安 徽 工 业 大 学,2.2 移相全桥型零电压开关PWM电路,图2.7 模态5（t4t5）,安 徽 工 业 大 学,2.3 UC3875的介绍和外围电路的设计,图2.8 UC3875外围电路图芯片振荡频率由估算公式确定：设计的电路工作频率为10kHz左右。,安 徽 工 业 大 学,2.4 UC3875
5、单板实物图和输出的PWM波形,图2.8 UC3875单板实物图和输出PWM波形,安 徽 工 业 大 学,2.5 EXB841外围驱动电路设计图,当高电平驱动信号输入时，通过内部光耦电路，使互补输出电路的上管导通，忽略饱和压降，3脚输出电压接近15V，使IGBT导通。当低电平信号输入时，当3脚输出-5V的低电平时，使IGBT关断。,图2.9 基于EXB841驱动电路图,安 徽 工 业 大 学,2.6 驱动电路实物图和驱动波形,图2.9 驱动电路实物图和驱动波形,安 徽 工 业 大 学,2.7 逆变电路测试与分析,由上图可以看出，经过移相全桥逆变之后，只有在对角的两个开关管同时开通，电路才能完成能
6、量的传递。通过改变驱动脉冲的“重叠”部分，即可改变逆变电路输出的波形，从而经过高压升压整流电路调节输出电压的大小。,图2.10 全桥逆变电路输出的波形,安 徽 工 业 大 学,2.8 倍压整流电路分析,图2.11 六倍压整流电路,安 徽 工 业 大 学,2.9 双向六倍压整流电路,逆变输出的交变电压经过1：30的高频升压变压器先升压，得到峰值约为8.0kV左右的交流电压，然后经过两个6倍压整流电路进一步升压，最后输出80kV左右的直流负高压。,图2.12 双向六倍压整流电路,2.10 高压电源电路的设计,图2.13 X射线管阴阳极供电高压电源电路图,安 徽 工 业 大 学,安 徽 工 业 大
7、学,2.11 高压直流电压的输出,采用10000：1比例的高压碳棒或者电阻分压电路测量输出电压。经检测输出的高压直流电压约为80kV，稳定度在100V之内。满足高压直流电源设计要求。,图2.13 输出的直流电压和电阻分压电路,2.12 灯丝电源的设计,本课题是利用脉冲给灯丝供电，此脉冲是由全桥逆变输出得到，逆变桥的开关管是由SG3525控制器来提供驱动信号。,图2.14 灯丝电源电路和输出的灯丝电源波形,安 徽 工 业 大 学,安 徽 工 业 大 学,电压反馈电路的设计,电流保护电路的设计,2.13 高压直流电源闭环反馈网络,MAX471,安 徽 工 业 大 学,2.14 灯丝电源闭环反馈网络
8、设计,电流调理电路,电流反馈电路,安 徽 工 业 大 学,电流保护电路,安 徽 工 业 大 学,3 总结与展望3.1 总结 本文主要针对X射线管的具体特性，在比较研究了相关理论的基础上，设计了一台电源用于X射线管的具体方案，通过实验调试得到了相应的实验结果。试验结果都满足设计指标，达到设计要求。（1）采用UC3875作为控制的移相式零电压PWM软开关电源，具有高频、能耗小、体积小等优点，同时电源工作波形纹波小，谐波少，减少了输出电压的脉动分量，抑制了开关尖峰嗓声，且运行可靠。（2）将高频技术运用在高压电源的设计中，进一步减小了高压电源的体积；（3）利用正负双向倍压整流电路大大减小了直流高压输出的纹波；,安 徽 工 业 大 学,3.2 展望（1）高压直流电源的高电压绝缘技术与结构工艺技术。由于本电源的电压等级比较高，所以在具体试验过程中的绝缘问题会遇到些麻烦，安全及其稳定性能都需要进一步加强。（2）集成控制器UC3875控制电路和快速保护电路的技术。基于UC3875芯片的控制电路有些繁琐，控制方法可以进一步精确。（3）由于本论文还未应用到数字控制，可以运用单片机或者DSP提升电源的精度，向数字电源发展。,THATS ALL!THANK YOU!,安 徽 工 业 大 学,
